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水電站無壓隧洞設(shè)計(jì)方案分析論文
［摘要］兩河村小型水電站無壓隧洞的原設(shè)計(jì)方案中隧洞的施工存在工作面少，工期長，防洪壓力大等問題，引水隧洞的施工工期成為影響電站能否早日發(fā)揮效益的最大因素。針對此問題，根據(jù)實(shí)際地形、地質(zhì)、洪水等情況，通過分析論證后，優(yōu)化方案中取消原設(shè)計(jì)方案中兩處溝道中的明涵，變?yōu)樗矶�，同時(shí)增加兩條支洞，通過方案優(yōu)化后，可以將隧洞施工中原來的六個(gè)工作面增加至八個(gè)工作面，同時(shí)避免了洪水的影響。同時(shí)可縮短工期及節(jié)約工程投資，為工程早日發(fā)揮效益提供保障。
［關(guān)鍵詞］無壓隧洞；設(shè)計(jì)方案；優(yōu)化
1工程概況
兩河村小型水電站為徑流引水式電站，主要由低壩引水樞紐、輸水隧洞、壓力前池、壓力管道和電站廠房等建筑物組成[1]。擋水壩采用WES曲線實(shí)用堰，全斷面溢流，壩頂長度66m，最大高度9m。電站進(jìn)水口布設(shè)于河道左岸，渠首設(shè)進(jìn)水閘一孔，孔口尺寸4m×2m（寬×高）、沖沙閘兩孔，孔口尺寸3m×3m(寬×高)。電站設(shè)計(jì)水頭60.0m，設(shè)計(jì)引水流量11m3/s，電站裝機(jī)5000kW，輸水隧洞線路長5380m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無壓隧洞。隧洞設(shè)計(jì)比降1/2000，斷面凈尺寸為3m×4.3m（寬×高）。
2隧洞設(shè)計(jì)方案
2.1隧洞
電站輸水隧洞布置于河道左岸，輸水隧洞線路長5380m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無壓隧洞。隧洞設(shè)計(jì)比降1/2000，斷面凈尺寸為3m（寬）×4.3m（高）�？紤]到隧洞地質(zhì)的不確定性，設(shè)計(jì)采用兩種主要襯砌形式，隧洞進(jìn)出口及不良地質(zhì)段落隧洞底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，側(cè)墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400mm，拱頂襯砌后，進(jìn)行回填灌漿處理；其余隧洞斷面底板及側(cè)墻采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，拱頂采用C25細(xì)石混凝土噴護(hù)，噴護(hù)厚度80mm。為降低外壓對隧洞襯砌斷面的影響，隧洞沿線拱頂徑向均布置φ50mm排水孔。隧洞施工采用鉆爆法施工。1號(hào)隧洞樁號(hào)0+000~0+980，長980m，為便于施工，增加工作面，根據(jù)地形條件，在樁號(hào)0+980處，設(shè)計(jì)有1號(hào)支洞，同時(shí)為便于出渣和排煙，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，工程結(jié)束后將支洞進(jìn)行封堵。2號(hào)隧洞樁號(hào)0+980~2+930，長1950m，樁號(hào)2+930處為一條小溝道，常年有水，此處設(shè)計(jì)為1號(hào)明涵，明涵長度為60m，明涵采用C25鋼筋混凝土箱涵，斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。3號(hào)隧洞樁號(hào)2+930～4+140，長1210m，樁號(hào)4+140處為一條小溝道，季節(jié)性有水，此處設(shè)計(jì)為2號(hào)明涵，明涵長度為80m，明涵亦采用C25鋼筋混凝土箱涵，斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。4號(hào)隧洞樁號(hào)4+140~5+380，長1240m，樁號(hào)5+380處接入前池。
2.2明涵
1號(hào)明涵位于樁號(hào)2+930處，溝道內(nèi)常年有水，設(shè)計(jì)此處為隧洞施工時(shí)的一個(gè)進(jìn)口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，需要做施工導(dǎo)流，根據(jù)地形條件及溝道洪水計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)在溝道內(nèi)修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎(chǔ)坐落于基巖上，圍堰長62.5m、高度為4.5m，頂寬1.0m，臨水側(cè)坡比為1∶0.25，背水側(cè)鉛直[2]。2號(hào)明涵位于樁號(hào)4+140處，季節(jié)性有水，設(shè)計(jì)此處亦為隧洞施工時(shí)的一個(gè)進(jìn)口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，此處亦需要做施工導(dǎo)流，根據(jù)地形條件及溝道洪水計(jì)算調(diào)查結(jié)果，設(shè)計(jì)在溝道內(nèi)修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎(chǔ)坐落于基巖上，圍堰長35.2m、高度為3.0m，頂寬0.8m，臨水側(cè)坡比為1∶0.25，背水側(cè)鉛直[2]。明涵施工采用土石方明挖進(jìn)行施工，完成后進(jìn)行回填，恢復(fù)溝道地形原貌。
3存在問題
該水電站為低壩徑流引水式電站，輸水隧洞線路較長，因最大因素。受地形條件影響，隧洞采用鉆爆法施工，同時(shí)受工作面限制，出渣和通風(fēng)排煙困難較大，工期得不到保障。為了縮短隧洞施工工期，隧洞施工需盡可能可采用多個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行施工，按照此設(shè)計(jì)方案，考慮到汛期洪水的影響，共有六個(gè)工作面可以常年進(jìn)行施工。但是，汛期雖然有圍堰進(jìn)行施工導(dǎo)流，在汛期施工時(shí)，亦存在著一定的不安全因素，影響著隧洞施工安全。明涵施工需等隧洞施工基本結(jié)束時(shí)方可進(jìn)行，同時(shí)由于受洪水影響，導(dǎo)流難度較大，需安排在枯水期施工，因此，明涵施工極大的限制了工期安排計(jì)劃，直接影響著工程進(jìn)度。為了保證施工安全，同時(shí)加快施工進(jìn)度，根據(jù)地形、地質(zhì)、洪水等實(shí)際情況，需要對原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。
4方案優(yōu)化
4.1優(yōu)化思路
針對原設(shè)計(jì)方案中工期較長和施工時(shí)受洪水的影響的兩個(gè)問題，設(shè)計(jì)方案優(yōu)化時(shí)，重點(diǎn)對其解決。為縮短隧洞施工工期，經(jīng)過對地形、地質(zhì)、洪水等實(shí)際情況的認(rèn)真研究和反復(fù)論證，將1號(hào)明涵與2號(hào)明涵處原各一個(gè)工作面變?yōu)楦鲀蓚�(gè)工作面，即將原設(shè)計(jì)的六個(gè)工作面增加至八個(gè)工作面。為了減小洪水的影響，取消原設(shè)計(jì)中在溝道處的明涵，變?yōu)樗矶�，在溝道中不出現(xiàn)土石方明挖，即可避免施工時(shí)洪水的影響。
4.2設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化
依據(jù)優(yōu)化思路，設(shè)計(jì)考慮取消原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵與2號(hào)明涵，同時(shí)在1號(hào)明涵與2號(hào)明涵溝道附近各增加一條支洞。2號(hào)支洞設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果及地形條件，原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵在穿越溝道時(shí)，此處巖體最小覆蓋厚度為3.2m，溝道內(nèi)基巖裸露，巖性為大理巖夾千枚巖，裂隙不發(fā)育，圍巖比較穩(wěn)定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅(jiān)固系數(shù)（f）為6~8，成洞條件較好，優(yōu)化后設(shè)計(jì)2號(hào)支洞位于原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵溝道內(nèi)靠近主洞上游側(cè)，樁號(hào)2+900，支洞長65m，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，即斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。工程結(jié)束后進(jìn)行封堵。調(diào)整后，主洞穿越溝道施工時(shí)，宜邊開挖邊支護(hù)，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時(shí)襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設(shè)計(jì)方案[2]即底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，側(cè)墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400mm，拱頂襯砌后，進(jìn)行回填灌漿處理。3號(hào)支洞設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果及地形條件，原設(shè)計(jì)的2號(hào)明涵在穿越溝道時(shí)，此處巖體最小覆蓋厚度為4.5m，溝道內(nèi)基巖裸露，巖性為微風(fēng)化~新鮮的結(jié)晶灰?guī)r，巖層結(jié)構(gòu)面緊密，裂隙多閉合，巖塊致密堅(jiān)硬，該段圍巖總體基本穩(wěn)定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅(jiān)固系數(shù)（f）為8，成洞條件較好，優(yōu)化后設(shè)計(jì)3號(hào)支洞位于原設(shè)計(jì)的2號(hào)明涵溝道內(nèi)靠近主洞下游側(cè)，樁號(hào)4+200，支洞長86m，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，即斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。工程結(jié)束后進(jìn)行封堵。調(diào)整后，主洞穿越溝道施工時(shí)，亦邊開挖邊支護(hù)，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時(shí)襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設(shè)計(jì)方案[3]。
5優(yōu)化后方案的可行性
對優(yōu)化的方案與原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，優(yōu)化后的方案，取消了明涵的施工，減少了土石方明挖的工程量，減少了對植被的破壞，減少了水土流失，減少了溝道施工導(dǎo)流設(shè)施，減少了溝道洪水對隧洞施工的干擾和安全隱患，保證了隧洞施工的安全性，同時(shí)增加了隧洞施工的工作面，可以縮短隧洞施工工期。優(yōu)化后的方案中增加了支洞，表面上工程費(fèi)用有一定的增加，但經(jīng)過與原方案比較，取消的明涵施工，減少的土石方開挖，減少溝道臨時(shí)施工導(dǎo)流等的費(fèi)用與之相比較，相差不大，同時(shí)又可以保證隧洞全年施工，且不用再受溝道洪水的侵?jǐn)_，又可以縮短工期，優(yōu)勢比較明顯，優(yōu)化后的方案切實(shí)可行。
6結(jié)語
由于受地形條件的限制，本電站的輸水隧洞均較長（980m~1950m），隧洞的施工工期直接影響著電站的發(fā)電效益，因此，需要盡可能縮短隧洞施工工期。本文通過對隧洞原設(shè)計(jì)方案從地形、地質(zhì)、洪水影響、工期安排、造價(jià)等綜合因素分析研究后，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)分析了其可行性。后期通過科學(xué)管理，合理安排施工，工程付諸實(shí)施后，能高效、安全、經(jīng)濟(jì)和成功的實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，爭取電站盡早投入運(yùn)行，早日發(fā)揮效益。
參考文獻(xiàn)
�。�1］GB50071-2014，小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
�。�2］SL379-2007,水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
�。�3］SL279-2016水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
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