猴子岩水电站导流隧洞洞身复合衬砌结构设计

梁娟，张有山，张罗彬

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，工程的主要任务为发电，无其它综合利用要求。水库正常蓄水位高程1842 m，相应库容6.62亿m3，总库容7.06亿m3，死水位高程1802 m，调节库容3.87亿m3，电站装机容量1700 MW(425 MW×4台)。大坝坝顶高程1848.5 m，河床段趾板建基面高程1625 m，最大坝高223.5 m。本工程初期导流设计洪水标准采用50年洪水重现期，相应导流设计流量为5590 m3/s。为满足工程施工导流需要，共布置了两条导流隧洞。两条导流隧洞均布置在左岸，靠河侧为1号导流洞，靠山侧为2号导流洞;1号导流隧洞长度为1552.771 m，堵头段以下与非常泄洪洞结合;2号导流隧洞长1979.238 m。1号、2号导流隧洞过流断面尺寸均为13 m×15 m(宽×高)，进口高程为1698 m，出口高程为1693 m。

2 导流隧洞工程地质条件

导流隧洞工程区岩体为志留系上统(S3)～泥盆系下统(D1)变质碳酸盐岩、绢云母石英白云片岩、泥质结晶白云岩等，其中以泥盆系下统(D1)变质碳酸盐岩为主。导流洞工程区无区域性断裂通过，地质构造以次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙为特征。其中规模较大的断层主要有F0、F3，为Ⅱ级结构面，FS-1断层为Ⅲ级结构面。

3 导流隧洞结构设计

3.1 隧洞初期支护措施

根据导流隧洞地质条件、运行条件和施工条件，对导流隧洞洞身采用锚喷、挂网、钢格栅等单一或组合支护为初期支护，钢筋混凝土衬砌为二次支护。初期支护参数参照《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)附录F 采用工程类比法确定，施工过程中根据开挖揭示的地质条件进行动态调整。导流隧洞不同围岩类别初期支护参数见表1。

表1 导流隧洞洞身围岩初期支护参数表

3.2 隧洞衬砌结构设计

(1)荷载分析。

导流隧洞衬砌混凝土的设计荷载主要为山岩压力、衬砌自重、内水压力、外水压力及灌浆压力。

(2)荷载组合与计算工况。

设计工况分为施工期、运行期与封堵期3个阶段，各阶段的荷载组合见表2。

表2 导流隧洞荷载组合表

(3)设计计算参数。

①由于Ⅲ类围岩岩体完整性较好，构造和节理发育较小且产状对隧洞稳定影响较小，Ⅳ及Ⅴ类围岩节理裂隙相对发育，局部稳定性差，尤其是Ⅴ类围岩层间挤压破碎带发育，围岩不稳定。虽然在施工过程中采取了喷锚、格栅钢拱架等加固措施，但主要考虑其作为临时支护，只保证施工期围岩基本稳定及施工安全。故按照《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077-1997)中的相关规定，Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ类围岩垂直均布压力分别为0.1γRB、0.2γRB 及0.3γRB，水平均布压力分别为0、0.05γRH 及0.1γRH;Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ类围岩弹性抗力系数分别为3250 MPa/m、2250 MPa/m 及250 MPa/m。

②内水压力。根据设计流量下导流隧洞压力水头分段确定。

③外水压力。施工期和运行期根据天然地下水位确定;封堵期堵头前按库水位高程1802 m计，堵头后仍根据天然地下水位确定。作用在钢筋混凝土衬砌结构上的外水折减系数βe 根据围岩地下水活动情况、结合所采用的排水措施，按照《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)中附录H 选取。

(4)衬砌厚度及配筋。

利用理正软件，按《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)推荐的边值法对洞身衬砌进行结构设计计算。经过衬砌结构内力计算，在完成围岩初期支护的条件下，分段采取不同的衬砌型式，衬砌配筋计算成果见表3。

表3 导流隧洞衬砌结构配筋计算成果表

4 结语

从现场导流隧洞实际施工情况看，设计成果符合现场设计地质情况。但在实际施工过程中，对于层间错动带宽、层面裂隙发育、岩块间结构松散、自稳能力较差的洞段，在开挖支护过程中，一定要遵循“小进尺、弱爆破、及时支护”的原则，绝不能冒进求快。在架设格栅钢拱架时，应确保各段间的连接质量以及其与岩体间的良好结合。对于格栅钢拱架与岩壁间的空隙，应及时采用喷混凝土、回填混凝土等措施充填，以增加顶拱岩体的切向位移阻力，消除岩体的位移空间。