掌鸠河引水供水工程过普渡河大断裂措施研究与设计

杨 禧

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650051）

昆明掌鸠河引水供水工程的主要功能是将昆明北部掌鸠河流域的优质水源输送到昆明市。该工程引水线路全长97.7 km，沿线地质条件复杂，区域内地震基本烈度高，北段（普渡河以北）为Ⅶ度，南段（普渡河以南）为Ⅷ度。

普渡河大断裂始于金沙江以北，往南沿普渡河河谷至禄劝县东后继续向南延伸，经昆明、滇池、玉溪盆地西缘，止于峨山县附近，全长近300 km。该断裂带由数条近于平行的断裂组成，总体走向近南北，主干断裂破碎带宽50～400 m，由构造角砾岩、破裂岩、糜棱岩、断层泥等组成。根据云南省地震局勘察工作成果可知：普渡河断裂带区域内若发生小于6.5级的地震，地表不会发生错移；若发生大于6.5级的地震，地表将发生不大于50 mm的错移；极端情况下最大错移不超过200 mm。

1 过大断裂带措施研究

普渡河大断裂带影响范围广（全长近300 km，主干断裂带宽50～400 m），其主干断裂与西北向断裂交汇于厂口隧洞附近，输水线路南段大部分输水建筑物都接近或处于其影响带内。改变输水线路的布置是不可行的，故须研究采用其他有效的工程处理措施，使输水线路能适应一定的变位，经调研可知，过大断裂带处理措施设计国内尚无相应规程规范可执行，也无类似的工程经验可借鉴。考虑到掌鸠河引水供水工程的重要性，根据该地区的实际地质资料，经过慎重调查研究及设计计算，确定了如下设计标准和方案。

1.1 设计标准的确定

1.1.1 正常设计工况

由于普渡河大断裂带处于地震高发地区，引水工程正常运行过程中发生大于6.5级地震的情况较为频繁，故所采取的措施应能使输水建筑物满足至少50 mm的万向变位。该输水工程线路长，绝大部分（尤其是普渡河大断裂带）地处偏僻的崇山峻岭之中，不仅缺乏地质资料，地勘工作也很难做到系统、完整、准确，加之地震工况偶然因素较多，因此，为使所研究的工程措施安全可靠、经济合理，应确定一个安全系数。

通过查阅 《水电站压力钢管设计规范》、《混凝土重力坝设计规范》、《水闸设计规范》、《水工设计手册》以及其他有关资料，并借鉴以往的工程设计经验，综合分析得到：正常设计工况下，根据地勘工作深度的不同，取得的地质、水文等资料的可信度以及所选用的设计理论、方法等的不同，建筑物的安全系数一般取1.05～3.0。掌鸠河引水供水工程为国家 “九五”， “十五”计划期间昆明市重要的生命线，考虑工程的重要性以及现有的地质资料、地勘工作实际情况以及经济性等因素后将正常设计工况时过大断裂带工程措施设计的安全系数定为2.0，即输水建筑物可适应100 mm的万向总变位。

1.1.2 校核工况

校核工况下，建筑物安全系数一般取为1.0。根据云南省地震局勘察成果可知，本工程所处的普渡河断裂带区域内即使发生极端情况，最大错移也不超过200 mm。因此，本工程措施校核工况的设计依据为：即使发生极端情况（最大错移不超过200 mm）时，也能最大限度地确保过大断裂带的输水建筑物不遭受严重损害，一般损坏经过短期简单修复后便能及时投入使用。

1.2 过大断裂带措施设计

根据所确定的设计标准，经过详细的计算研究，明确了以下过大断裂带工程措施设计方案：

（1）措施一。在主干断裂与西北向断裂交汇处厂口隧洞内，设置长450 m的洞内明钢管道。明钢管道以50 m为一个设计单元进行设计，在一个设计单元内，设有一个双向滑动支座和一个固定球型摆动支座，两端各设置一个万向不锈钢波纹伸缩节，以适应正常运行时大断裂的变位要求。其中，双向滑动支座可分别适应顺管轴向以及垂直管轴向±100 mm的位移，固定球型摆动支座可适应0.02弧度的万向角变位，两端的不锈钢波纹伸缩节不仅能满足钢管顺轴向、垂直管轴向以及角向所产生的万向变位，并能将前后两个设计单元有效地连结起来；除上述作用外，两端不锈钢波纹伸缩节的设计考虑了能充分满足极端情况下最大错移不超过200 mm时的大变位要求。

（2）措施二。在厂口隧洞内每10 m设置一条伸缩沉降缝，分段适应隧洞变位需要，尽量避免隧洞衬砌产生集中变位和破坏，并通过提高隧洞衬砌结构的设计强度，确保设有洞内明钢管道的隧洞，在极端情况下即使断裂带发生错动，隧洞衬砌破坏也不会严重影响洞内明钢管道的正常运行。

（3）措施三。设置专门的检查维修支洞，并设有交通、排水、通风等设施，以满足快速检查维修的要求，最大限度地缩短破坏修复的时间，将地震可能产生的破坏损失降到最低，确保洞内明钢管道的正常供水。

2 实践验证及经验教训

掌鸠河引水供水工程于2007年3月开始试通水运行，并于2008年3月进行停水检查。检查过程中发现：普渡河大断裂带厂口隧洞洞内明钢管道支座出现了较大的变位（最大侧向位移达170 mm，接近极限位移值200 mm），部分不锈钢波纹伸缩节已接近极限工作状态，部分支座已失去滑动及转动功能，但钢管道尚未破坏，仍然在正常供水。

据调查2007年雨季前现场工作人员多次进洞检查，情况基本正常。雨季期间由于水泵发生故障，洞内积水无法及时排除，致使洞内淹满了水。受水浮力的作用，钢管道支座脱离约束开始产生较大变位，由于万向伸缩节适应变形的能力较强，故钢管道仍在大变位情况下正常工作。经现场检查及鉴定分析，对钢管道支座及伸缩节进行了复位、修复或更换抢修工作，并加强了洞内排水设施的配备，确保任何情况下洞内均可排水通畅，以避免类似事故再次发生。抢修工作完成后，经过试通水试验后，正式向昆明市供水，至今运行正常。

3 结语

掌鸠河引水供水工程过普渡河大断裂带工程措施（厂口隧洞洞内明钢管道）的设计不仅能满足正常情况下常规变位的要求，而且在特殊情况下即使产生接近极限位移值200 mm的变位，钢管道仍能坚持正常供水，表明所采取的措施在极限位移范围内所产生的破坏是可控、可修复的，不会严重影响工程的正常使用，设计是安全、经济、合理的，完全满足实际工程预期要求。其经验和成果可供类似工程借鉴。