大溪河引水隧洞衬砌优化效果分析评价_龚曙晖.pdf

48 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）大溪河引水隧洞衬砌优化效果分析评价龚曙晖1，庾江华2（1.湖南省益阳市资阳区水利局，湖南 益阳 413001；2.湖南百舸水利建设股份有限公司，长沙 410007）摘 要：大溪河引水工程属于椒花水库工程的一部分，主要起到为椒花水库大坝下游道补充河道生态流量和灌溉用水。经过对开挖揭露出的隧洞地质条件、监控量测采集的数据进行分析，在确保隧洞安全、使用功能的情况下可以对隧洞的衬砌进行优化。鉴于此，文章依据现有数据进行优化方案的设计，分析优化方案在技术上可行性，经济上合理性，运行安全可控与否。最终的结论是本隧洞的衬砌优化不仅可以缩短建设工期、还可以节约工程建设成本。文章的研究成果可以为相似的工程设计提供借鉴。关键词：引水隧洞；衬砌设计；方案优化调整;可行性；优化设计影响评估中图分类号：TV672.1文献标识码：B1 研究背景及研究意义1.1 研究背景长株潭城市群正处于工业化中期阶段，兼具东部发达地区和中西部地区的发展特征，战略定位是全国两型“社会”建设的示范区，中部崛起的重要增长极，湖南省新型城镇化、新型工业化和新农村建设的引领区。建设椒花水库是解决浏阳市主城区、金阳新区和长沙县城（含长沙经济技术开发区）供水的需要。因此，为解决椒花水库建坝后，坝下游河段到大溪河的生态基流问题，需从大溪河（浏阳河上游）通过引水隧洞引水到椒花河。大溪河引水工程是拆除原达浒河坝并在下游 10m 新建引水枢纽，经坝下引水隧洞引水至椒花水库坝址下游右岸入椒花河，引水设计流量 2.5m3/s。引水隧洞为 5 级建筑物，设计洪水标准为 10a 一遇，校核洪水标准为 20a 一遇。大溪河引水隧洞施工过程中揭露的工程地质情况表明，引水隧洞衬砌存在优化设计的可能。为此我们提出了引水隧洞衬砌优化的建议，引水隧洞是永久工程，设计使用年限为 50a，对引水隧洞衬砌进行优化必须在不影响工程安全及功能的情况下进行。1.2研究意义文章以大溪河引水隧洞为研究对象，经对引水隧洞状况分析：从隧洞开挖贯通揭露的围岩状况来看，与初设阶段地质报告结论符合性好，岩石较完整，仅局部存在滴渗，除进出口存在类、类围岩洞段外，其它洞段围岩均为类，且均进行一次支护施工；通过对开挖洞段的变形观测，顶拱及侧墙变形趋于收敛且变形值很小，表明洞段稳定性和安全性较好；对相应的引水隧洞段顶拱衬砌进行优化，不影响隧洞过水功能要求；在不影响工程安全及功能的情况下，优化隧洞衬砌可节省工程投资。经对引水隧洞地质条件、隧洞安全、使用功能、工程造价等方面分析，可对除进出口洞段外的类围岩洞段衬砌进行优化，即取消类围岩顶拱衬砌、相应对回填灌浆和固结灌浆进行优化设计，但底板和侧墙厚度不变，引用流量时过水断面水阻糙率与文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-04-07作者简介 龚曙晖（1970-），男，湖南益阳人，高级工程师，研究方向为工程施工、工程管理。通讯作者 庾江华（1965-），男，湖南衡阳人，高级工程师，研究方向为工程施工、工程管理。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.006 49 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）初设相同，技术上可行，经济上合理；引水隧洞为向椒花坝下河道引用生态用水和灌溉用水的无压隧洞，引水隧洞将顶拱混凝土衬砌优化为喷混凝土支护，可保证工程安全总体可控。2 工程概述2.1 工程概况椒花水库工程位于湖南省浏阳市，坝址位于浏阳河上游大溪河左岸支流椒花河的下游，距离达浒镇 5km，距离浏阳 40km，坝址控制流域面积共有132.5km2，多年平均径流量共 1.24 亿 m3。工程任务以城镇生活和工业供水、防洪为主，兼顾灌溉、发电和下游生态环境补水等综合利用，为等大（2）型工程。在工程建成后，向浏阳市主城区、金阳新区和长沙县城（含长沙经济技术开发区）供水，多年平均供水量为8130万m3，其中向浏阳市主城区供水2220万m3，向金阳新区供水3710万m3，向长沙县城供水2200万m3；防洪保护对象为官渡平原两岸乡镇及沿河农田、浏阳市城区；灌溉范围为椒花水库大坝下游的龙潭坝灌区，建成后向龙潭坝灌区673.33hm2补充供水，多年平均补水量为490万m3；椒花电站装机容量2.2MW，多年平均发电量为697万kWh；下游生态环境补水对包括双江口断面、浏阳河入湘江口和浏阳河下游湿地等生态补水。椒花水库工程共由三个部分构成，其中有水库枢纽工程、大溪河引水工程和供水工程。文章主要讨论地为大溪河引水工程，其中包括引水枢纽（含泄洪闸、自由溢流坝、引水闸、鱼道及两岸连接坝段等）、引水隧洞及左右进场道路等建筑物。2.2 工程施工进展情况椒花水库工程于 2020 年 12 月 7 日正式开工。2021 年 4 月初，导流洞开挖贯通，10 月 12 日完成导流洞衬砌和灌浆施工。上游围堰于 2022 年 1 月初截流，3 月 31 日填筑至设计高程。至 9 月底，枢纽大坝右岸坝肩高程 122112m 边坡开挖施工，左岸坝肩高程 122112m 边坡开挖施工。引水工程引水隧洞于 5 月 11 日开挖贯通，引水枢纽正在施工。供水工程的江湾隧洞、蕉溪岭隧洞进出口以及1#、2#、3#施工支洞控制主洞段正在开挖支护施工；4#、5#施工支洞以及浏阳支线隧洞出口尚未开始施工。2.3 地质情况2.3.1 基本地质条件大溪河引水隧洞段为构造剥蚀中低山地貌，沿线地面高程 140420m 之间，地表植被茂密，沟谷发育，切割深度一般在 50100m 之间，为构造剥蚀中低山地貌，而引水隧洞穿越山体沿线没有深切冲沟。隧洞沿线地下水类型主要为基岩裂隙水，接受大气降水和地表水补给；以地下径流的形式向大溪河、椒花河排泄。钻孔中地下水对普通混凝土均具重碳酸型弱 中等腐蚀、钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀。2.3.2 工程地质评价根据数据显示，大溪河引水隧洞地质条件，不存在岩爆、塌方、突涌水、有害气体和高低温等地质问题。文章主要采用评分法对引水隧洞围岩进行分类。桩号 0+0000+010 段，隧洞埋深 2.014.0m，围岩以弱风化黑云母英云闪长岩为主，岩体波速20105510m/s，钻孔岩石 RQD 值 25%的约占67%，以极破碎为主。弱风化岩体透水率约 3.5Lu，为弱透水性。围岩以、类为主。桩号 0+0100+220m，隧洞埋深 1495m，围岩为微新黑云母英云闪长岩，为中硬 坚硬岩；岩体波速 33806450m/s，钻孔岩石 RQD 值多为50%90%，质量较差 较好。岩体透水率一般小于 3.0Lu，属弱透水性。围岩以类为主，结构面发育部位为、类。桩号 0+2200+240m，隧洞埋深 90100m；围岩为黑云母英云闪长岩（QbH）与浅变质岩（Ptls）接触带，在地表发现接触带上发育有小面积的蚀变现象。该段岩体完整性差，围岩以、类为主，需要加强支护措施。桩号 0+2403+200m，隧洞埋深 30150m，围岩为中元古界长城系冷家溪群（Ptls）浅变质砂岩、砂质板岩、泥质板岩。沿线地表发育，5 条走向近NWW 向冲沟，隧洞最小埋深在 30m 以上，对隧洞影响不大。隧洞围岩以微新岩体为主，洞轴线与岩层走向呈大角度相交，对隧洞稳定较为有利。岩体透水率 0.65.7Lu，属微透水 弱透水性。围岩以类为主。50 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）桩号 3+2003+228m，隧洞埋深 1030m，围岩为中元古界长城系冷家溪群（Ptls）浅变质砂岩、砂质板岩、泥质板岩。围岩以强、弱风化为主，风化裂隙局部发育，围岩以类为主，局部为类。综合分析，推荐方案隧洞围岩类占 7%，类占 90%；、类占 3%。3 衬砌优化缘由及优化设计思路3.1 缘由和依据3.1.1 优化缘由以引水隧洞施工承包商（湖南百舸水利建设股份有限公司椒花项目部）提交的“关于优化引水隧洞二衬的报告”为依据，其中明确表示“根据引水隧洞已开挖洞段围岩情况，未见明显地下水”，引水隧洞洞段“基本为类围岩，成洞条件较好。基于安全、技术、经济等因素，在不影响工程安全及功能的情况下，申请对引水隧洞除进出口段外的 类围岩洞室”衬砌进行优化。3.1.2 优化依据本设计变更报告主要内容参照水规计2020283号水利工程设计变更管理暂行办法编制，主要依据有：建设工程勘察设计管理条例；建设工程质量管理条例；长沙市政府投资建设项目管理办法（长政发20205号）；长沙市政府投资建设项目财政评审办法；湖南椒花水利枢纽开发建设股份有限公司工程设计变更管理暂行办法（试行）；椒花水库工程设计施工总承包合同；水工混凝土结构设计规范（SL191-2008）；水利水电工程锚喷支护技术规范（SL377-2007）；水工隧洞设计规范（SL279-2016）。3.2 优化设计思路3.2.1 优化项目引水隧洞优化项目包括引水隧洞衬砌分段长度、隧洞衬砌尺寸、止水型式等调整，取消顶拱衬砌混凝土，把回填灌浆和固结灌浆取消，加强顶拱排水措施。3.2.2 优化内容引水隧洞的优化内容包括：将引水隧洞标准段衬砌分段长度由 9.0m 调整为 12.0m，进出口、类段调整为 10m；进出口段的、类洞段采用城门洞形衬砌隧洞（2.40m2.80m，宽 高）；类围岩的标准段采用城门洞形由2.40m2.80m 调整为 2.60m3.10m，采用喷混凝土支护；类围岩洞段洞顶排水孔深度由 1.0m调整为 2.0m；洞段接缝止水由铜片止水调整为橡胶止水；引水隧洞洞轴线位置、底板高程及一次支护形式维持不变；隧洞段的类、类、类洞段的衬砌厚度仍为 0.3m、0.4m、0.5m。4 优化设计可行性分析4.1 技术分析4.1.1 水文地质条件隧洞进口段及上游段围岩为黑云母英云闪长岩，为中硬岩坚硬岩；其余洞段围岩为砂质板岩夹变质砂岩、板岩，为中硬岩。根据引水隧洞地质条件，不会存在岩爆、塌方、突涌水、有害气体和高低温等地质问题。因此，引水隧洞的水文地质条件可支撑优化方案的实施。4.1.2 隧洞变形通过对开挖洞段的变形观测，顶拱及侧墙变形趋于收敛且变形值很小，表明洞段稳定性和安全性较好；从隧洞开挖贯通揭露的围岩状况来看，现阶段引水隧洞的变形情况与初设阶段地质报告结论符合性较好，岩石较完整，仅局部存在滴渗，除进出口存在类、类围岩洞段外，其它洞段围岩均为类，且均进行了一次支护施工。从变形监测数据分析，引水隧洞开挖洞室已趋于稳定，变形数值已收敛。4.1.3 变更优化方案技术分析引水隧洞采用无压自流从大溪河向椒花坝下河道引用生态用水和灌溉用水，除进出口洞段围岩类别为类、类，其它洞段围岩类别均为类，顶拱喷混凝土部位钻设系统排水孔，可及时将地下水排出，保证洞室围岩稳定。引水隧洞工程地质、水文地质条件较好，变形已趋于稳定，变形数值已收敛。轴线位置、进出口底板高程及一次支护形式不变；根据衬砌段定型模板规格，调整衬砌分段长度，优化标准段和渐变段衬砌混凝土尺寸，衬砌混凝土浇筑施工方法相同，不会增加施工难度，技术上是可行的。51 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g