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文檔簡介
1、<p> 淺議水利工程隧洞設(shè)計</p><p> 摘要:水利工程隧洞設(shè)計的合理性和高技術(shù)性是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵,但水利工程隧洞規(guī)模較大,工序技術(shù)多樣化,且容易受地形、地質(zhì)因素影響,因而在其規(guī)劃設(shè)計之初,必須要考慮全面。本文結(jié)合康家壩水庫工程實例,從隧洞開挖、隧洞支護與襯砌、圍巖的開挖與支護、混凝土襯砌等幾個方面,探討水利工程隧洞設(shè)計要點。 </p><p> 關(guān)鍵詞:水利工
2、程;隧洞;設(shè)計要點 </p><p> 中圖分類號: TV 文獻標識碼: A </p><p><b> 1、工程概況 </b></p><p> 康家壩水庫屬中型屯蓄水庫工程,水庫位于臨滄市永德縣烏木龍鄉(xiāng),瀾滄江水系二級支流秧瑯河的上游康家壩河上。壩址區(qū)左岸現(xiàn)有省道羊勐公路通過,交通方便。距永德縣城109km,距臨滄115km,距昆明6
3、27km。水庫總庫容2349.9萬m3。工程由樞紐工程、引水工程、輸水灌溉工程組成,主要建筑物有攔河壩、導(dǎo)流輸水隧洞、溢洪道、引水渠道、輸水灌溉渠道等。攔河壩壩型為粘土心墻風化料壩,壩頂高程2131.00m,最大壩高60m;溢洪道布置于左壩肩,型式為正槽開敞式;導(dǎo)流輸水隧洞布置于左岸,位于大壩和溢洪道之間,為城門型無壓洞,采用閘前有壓、閘后無壓形式。 </p><p> 2、總干渠初步設(shè)計分析 </p&g
4、t;<p> 2.1、總干渠初步設(shè)計概述 </p><p> 總干渠由水庫輸水隧洞出口取水,渠首高程2076.10m,渠末高程2049.50m,全長8.241km,設(shè)計流量3.99m3/s,加大流量4.99m3/s。按照過水建筑物類別劃分為四段,主要建筑物有倒虹吸前明渠段長1.682km、黃家寨倒虹吸(長1.329km)、倒虹吸后明渠段長2.00km、輝家寨隧洞(長3.221km)。 </
5、p><p> 2.2、隧洞段工程地質(zhì)條件 </p><p> 該隧洞軸線較長,地形地貌較好,地層巖性簡單,洞頂以上巖土覆蓋層厚度較大,成洞條件較好,物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,建材質(zhì)量較好,儲量豐富,運距較近,但構(gòu)造發(fā)育,巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,滲透指標較大,漏水;圍巖穩(wěn)定性較差,綜合評價,該隧洞工程地質(zhì)條件較差。按水利水電工程地下洞室圍巖分類為Ⅳ類不穩(wěn)定巖體。輝家寨隧洞圍巖分類為:進口段為Ⅳ類不
6、穩(wěn)定巖體,中段Ⅱ~Ⅲ類為基本穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性差巖體,出口段為Ⅳ類不穩(wěn)定巖體;該隧洞軸線較長,地形地貌較好,地層巖性簡單,洞頂以上巖土覆蓋層厚度較大,成洞條件較好,物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,建材方便,質(zhì)量較好,儲量豐富,運距較近,但構(gòu)造發(fā)育,巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,滲透指標較大,漏水。另外,各洞段巖體砂、泥巖比例相差較大,節(jié)理裂隙發(fā)育程度不等,圍巖以Ⅳ類為主,次為Ⅴ類,并交替出現(xiàn)。 </p><p> 3、水利工程隧洞
7、設(shè)計要點分析 </p><p> 3.1、隧洞挖掘前期工作 </p><p> 在進行隧洞挖掘的工作之前,測量人員要按照設(shè)計好的比例在洞臉上做好標識,施工人員沿著標記,按照規(guī)定好的坡比向前挖掘。在挖掘中,要注意保護進出洞臉和兩側(cè)的邊坡,必要時需要開挖工作與支護措施同時進行。在設(shè)計隧洞挖掘的橫截面大小時,要考慮到方便大型挖掘設(shè)備和機器出入的方面,同時也要涉及到經(jīng)濟因素,通常情況下,如果斷
8、面設(shè)計成圓形,其內(nèi)徑至少要在1.8m 以上,如果是非圓形截面,要保證高度>1.8m,寬度在1.5m 以上。在施工過程中,為了保證施工人員和建筑體的安全,最好先將洞外的建筑建設(shè)完畢,同時清理好所有的巖石、砂礫和土塊,再引導(dǎo)隧洞進洞,這樣可以有效提高在洞口施工的安全性。根據(jù)相關(guān)的安全規(guī)定,在洞室內(nèi)的挖掘一定要注意控制深度,其徑直方向上超過的深度不能大于10cm,對超挖的部分必須使用相同標號的混凝土進行回填處理。 </p>&l
9、t;p> 3.2、輝家寨隧洞支護方案 </p><p> 3.2.1、初步設(shè)計開挖、支護方案 </p><p> 根據(jù)地質(zhì)勘探的建議和工程處理措施,初步設(shè)計確定的隧洞支護方案為:按不同圍巖類別每30~120cm設(shè)置一榀12號工字鋼鋼支撐,并布設(shè)超前注漿錨桿,采取邊開挖邊襯砌的施工方法。 </p><p> 3.2.3、施工階段開挖、支護方案 </
10、p><p> 3.2.3.1、施工階段開挖支護方案 </p><p> 結(jié)合康家壩水庫工程建設(shè)推進,施工單位,為了控制節(jié)約施工成本,以強調(diào)安全施工、加快施工進度為目的,在施工中采取的施工工藝為:①采用全斷面開挖鋼支撐支護、對開挖面噴護C15混凝土、全洞貫通后,再進行襯砌和混凝土澆筑;②施工過程中,采取一次性全斷面開挖長度1~3m,根據(jù)開挖所揭露的圍巖類型、以及巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育程度,結(jié)構(gòu)
11、破碎程度,圍巖穩(wěn)定性等,分析開挖中出現(xiàn)掉塊、邊墻塌方、地下水出漏等現(xiàn)象,采用不同的鋼支撐型式支護形式,為了保證進出口長時間暴露但不危急洞室開挖施工,支護用量大。 </p><p> 3.2.2.2、施工設(shè)計支護方案 </p><p> 針對本工程的圍巖,主要以Ⅱ~Ⅲ及Ⅲ類不穩(wěn)定圍巖、Ⅳ類圍巖為主,局部為Ⅴ類圍巖。巖體主要以灰白色中厚層狀砂巖和礫巖、二迭系下統(tǒng)茅口組(P1)灰?guī)r夾白云質(zhì)弱
12、風化灰?guī)r(內(nèi)部有溶蝕洞穴、地下暗河[干]存在)、泥盆系下統(tǒng)溫泉組(D1W)頁巖、砂巖夾硅質(zhì)巖為主,設(shè)計主要的支護方案: </p><p> 支護方案(1)(Ⅳ類圍巖為主,局部為Ⅴ類圍巖,詳見圖1、圖2):①鋼支撐采用14號工字鋼,每榀間間距為40~80cm(在施工過程中,根據(jù)實際開挖揭露的地質(zhì)情況,Ⅳ類圍巖按照80 cm間距布設(shè),Ⅴ類圍巖按照40 cm間距布設(shè)),鋼支撐之間聯(lián)系鋼筋采用Φ20鋼筋,排距80cm,
13、搭口錯開布置;②對Ⅳ類圍巖比較破碎、Ⅴ類圍巖,為保證施工安全,在隧洞開挖方向采用50mm鋼管做超前支護,管子間距30cm,每排20棵;③鎖固錨桿采用Φ20鋼筋,L=2.0m,在鋼支撐的底部左、右以及頂部各采用2棵共同約束固定,共計6棵/榀;④聯(lián)系筋采用Φ20鋼筋,排距80cm,頂部聯(lián)系筋之間采用φ6.5鋼筋掛網(wǎng),間距30cm×30cm;⑤Ⅳ類圍巖噴6cm厚的C15混凝土,Ⅴ類圍巖噴10cm厚的C15混凝土。 </p>
14、;<p><b> 支護方案(1) </b></p><p><b> (圖1) </b></p><p><b> (圖2) </b></p><p> 支護方案(2)(Ⅱ~Ⅲ類及Ⅲ類穩(wěn)定性差圍巖,詳見圖3):錨噴襯護段,噴6cm厚C15混凝土并采用局部系統(tǒng)錨桿加固,錨桿桿徑2
15、0mm,長2m,梅花型布設(shè),排間距3m,加固掛網(wǎng)鋼筋。 </p><p><b> 支護方案(2) </b></p><p><b> (圖3) </b></p><p><b> 說明: </b></p><p> 1、錨桿采用Φ20鋼筋,L=2.0m,梅花形布置,排
16、距3m; </p><p> 2、采用φ6.5鋼筋掛網(wǎng),間距30cm×30cm,噴C15砼6cm厚,以現(xiàn)場監(jiān)理計量為準。 </p><p> 3.3、襯砌優(yōu)化設(shè)計 </p><p> 針對目前已實施的支護型式,結(jié)合工程實際情況,按照復(fù)合式襯砌的受力特性,將輝家寨隧洞襯砌作以下優(yōu)化設(shè)計:(1)對于在Ⅲ類圍巖中作初期支護的部分,按照附圖中的斷面形式進行襯
17、砌:襯砌厚度30cm,分布鋼筋采用φ10@250,受力鋼筋采用Φ14@250,詳見圖4;(2)對于Ⅰ、Ⅱ類圍巖無論有無初期支護均按圖4進行襯砌;(3)對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖,斷面已使用管棚支護,初期支護已基本穩(wěn)定,利用結(jié)構(gòu)力學方法,將初期支護和二次襯砌承受荷載按比例分配后進行計算。 </p><p> 在計算出受力狀況后,取最危險工況(即不考慮初期支護承受荷載時的Ⅴ類圍巖情況)進行應(yīng)力驗算,最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在頂拱處,為
18、363kN/m2,遠小于C20混凝土的允許拉應(yīng)力937.75 kN/m2,最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在直墻墻頂附近,為616 kN/m2,遠小于C20混凝土的允許壓應(yīng)力7692.3 kN/m2。所以,理論上在使用30cm厚的C20混凝土襯砌基礎(chǔ)上不用配置鋼筋或按構(gòu)造配置即可。但是隧洞本身存在著受力復(fù)雜,不可預(yù)見因素多等因素,實際計算可能會與實際狀況存在一定差異,在經(jīng)濟條件允許條件下,為了確保工程安全,使工程具有一定的安全富裕,取用Ⅳ、Ⅴ類圍巖中襯砌
19、的鋼筋配置同Ⅲ類圍巖如圖5所示,配置單層直徑14mm間距20cm的鋼筋。 </p><p> 圖4 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖襯砌型式圖 </p><p> 圖5 Ⅳ、Ⅴ類圍巖襯砌型式圖 </p><p><b> 4、結(jié)束語 </b></p><p> 目前水利工程隧洞設(shè)計還有很多技術(shù)難點未得到解決,但隨著水利隧洞工程設(shè)
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