阿勒泰地区黄泥滩供水工程6.2千米隧洞衬砌方案

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(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 阿勒泰 836500)

1 工程概况

黄泥滩灌区供水工程位于新疆维吾尔自治区阿勒泰地区富蕴县喀拉布勒根乡境内，距富蕴县118km，距216国道72km，距福海至恰库尔图公路10km，富蕴县至杜热公路穿过工程区，现有的简易公路直达施工场地，交通便利。

黄泥滩灌区供水工程主要任务为：使已完建的峡口水库发挥效益，充分利用该水库调节能力，保障水库北岸灌区的灌溉及其他用水，为重点工程喀腊塑克水利枢纽淹没区移民安置提供水源保证。供水工程隧洞设计流量为8.2m3/s，加大流量为10.2m3/s，总长度6.20km，下游控制的灌溉面积为0.93万hm2。

该工程主要建筑物引水隧洞级别为4级，临时建筑物围堰和竖井建筑物级别为5级。

2 水文气象及工程地质

2.1 气象与水文

项目区多年平均气温3.4℃，极端最低气温-42.7℃， 极端最高气温39.6℃，多年平均降水量114.1mm，多年平均蒸发量1844.4mm，多年平均日照时数2873.4h，多年平均风速3.0m/s，最大积雪深度0.28m，最大冻土深度150cm。

乌伦古河发源于阿尔泰山东段海拔3350m的达拉大板。该河由大青河、小青河、查干河以及源自蒙古国的布尔根河汇流而成，自北向南流，在二台水文站上游折向西北流，流经青河、富蕴、福海三县，最终注入吉力湖。从河源至湖口全长821km，其中乌伦古河干流全长523.0km，流域总面积3.79万km2。喀拉布勒根水文站控制了乌伦古河全部天然径流，多年平均径流量为10.4亿m3。

由于河水主要以融雪水补给，因此悬移质含沙量较少，其年平均含沙量为0.001～0.28kg/m3，年输沙量为1.12万～46.4万t，输沙率最大月出现在5～6月。推移质取悬移质输水量的10%，故多年平均推移质量为3.6万t/年。

2.2 工程地质

该工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应地震基本烈度为VI度区；工程区动反应谱特征周期为0.40s。

引水洞线地质构造相对复杂，在第三系岩层覆盖区存在一个明显的古风化壳，厚度5～15m，古风化壳下岩石完整性差，洞室岩类别主要为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，岩性以安山岩、凝灰岩和花岗岩为主。工程区无活动性断层和孕震构造存在，属地震和地质构造稳定区。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 引水隧洞洞线的总体布置

进口布置在峡口水库上游3.5km的河道大拐弯处，出口位于黄泥滩平地。地形总的特征是两端低洼，中间部位为冲积平台，地势较高，呈马鞍形。根据地形地质条件选择了A、B、C三条洞线进行比选论证，综合比较后将B线作为该设计阶段推荐洞线，纵坡取1/1520。引水洞进口位于乌伦古河河道大拐弯，出口位于黄泥滩台地，后接南线方案引水干渠至黄泥滩灌区。

3.2 隧洞段设计

a.引水洞。根据黄泥滩灌区所控制的地面高程，反推总干渠首端渠底高程，确定黄泥滩引水隧洞箱涵段进口底板高程731.40m、出口底板高程727.46m。根据水量平衡计算，在保证南岸与北岸黄泥滩灌区用水、下游河道及生态用水前提下，按正常蓄水位737.50m、加大流量10.2m3/s进行设计，设计工况下洞内流态为无压流，洞身断面为城门洞形。

b.上游引水渠段。上游引水渠段总长275m，主要包括箱涵段、重力式挡土墙段和进口扭面段。桩号0+100～0+275段采用箱涵，断面为矩形，断面尺寸2.8m×3.2m，钢筋混凝土结构，混凝土等级C25F200W6，箱涵以上开挖边坡取1∶1.2；桩号0+50～0+100段采用重力式浆砌石挡土墙和浆砌石扭面连接，浆砌石均采用C20F200细粒混凝土勾缝砌筑；桩号0+000～0+050段采用1∶2.5边坡开挖。

c.闸室段。闸井段设一平板事故门、一道平板工作门，孔口尺寸2.8m×3.2m，闸室底板高程731.28m，全长8.9m，宽5.2m，闸井顶高程742.28m，闸井顶部设11.0m长的平台。

d.洞身段。洞身段长5816m，其中桩号0+284～0+300.9段为消力池段，边墙为80cm厚钢筋混凝土结构，底板为65cm厚钢筋混凝土结构；桩号0+300.9～0+450段大开挖，断面为城门洞形，底宽2.8m，高3.2m，纵坡1/1520，以上开挖边坡为1∶1.0， 设计工况下洞内流速1.572m/s。

e.出口连接段。该段总长度100m，采用矩形断面，纵坡1/1520，糙率0.015，加大水深2.32m，设计水深1.95m，钢筋混凝土结构，衬砌厚度30cm，混凝土等级均采用C20F200W6。矩形断面以上开挖边坡取1∶0.75，高程735.56m处设1.5m宽的马道，隧洞出口矩形断面与下游渠道梯形断面采用10m的扭面连接。

3.3 隧洞衬砌方式

对于城门洞断面的钻爆法施工段，采用一次喷锚支护与二次钢筋混凝土衬砌相结合的复合式衬砌。一次喷锚支护作为永久衬砌结构的一部分，根据地质情况的不同，在洞周一定范围内打系统锚杆并挂网、喷混凝土，使洞体围岩成为一个承载结构，这样可以减少作用在二次支护结构上的荷载，充分发挥围岩的承载能力。

3.3.1 一次喷锚支护

Ⅱ类围岩:自稳条件好，开挖后变形很快稳定，不做喷锚支护。Ⅲ类围岩：喷8cm厚的混凝土，顶拱挂网φ8@20cm×20cm。Ⅳ类围岩：喷10cm厚的混凝土，布设系统锚杆φ22，入岩长度为1.50m，间、排距为@1.00m×1.00m，顶拱挂网φ8@15cm×15cm。Ⅴ类围岩：喷12cm厚的混凝土，布设系统锚杆φ22，入岩长度为1.5m，间、排距为@1.00m×1.0m,全周挂网φ8@10cm×10cm，并架设H125型钢支撑，排距0.50m。其中对Ⅲ、Ⅵ、Ⅴ类围岩段进行固结灌浆处理，排距宜采用2.0～4.0m，每排不宜少于6孔，孔位宜作对称布置，孔深为3.0～5.0m，灌浆压力0.4 ～0.8MPa，为避免钻灌浆孔时碰到钢筋,衬砌体内须预留灌浆孔,孔径50mm。锚杆采用普通砂浆锚杆,若遇挂网支护段,锚杆须与钢筋焊接。

对隧洞工程来说，工程地质的准确性至关重要。由于该工程隧洞线路长、埋深较大，不可能把地质条件探测得一清二楚，在施工期，应根据不同洞段的地质条件、地质预测与施工过程中的围岩监控量测成果，分析及选择支护形式和支护时间，判断围岩的稳定性，随时调整支护设计参数。通过适时喷锚支护 ，充分发挥围岩的自承作用，依据现场量测采用反演理论来指导隧洞的设计及施工。

3.3.2 二次衬砌

根据计算结果选择最不利工况配筋，并进行限裂验算，通过分析确定混凝土衬砌厚度：0+450～1+250段,岩性为晶屑岩屑凝灰岩，围岩类别划分为Ⅲ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm；1+250～3+000段,岩性为晶屑岩屑凝灰岩,围岩类别划分为Ⅲ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm；3+000～3+066.5段,受F3断层破碎带影响，岩体呈镶嵌碎裂结构或碎裂结构，围岩总体评价为Ⅳ～Ⅴ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm；3+066.5～3+555m,岩性为晶屑岩屑凝灰岩，围岩类别划分为Ⅲ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm；3+555～5+480段,岩性为安山岩，围岩类别划分为Ⅱ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm；5+480～6+100段,岩性为花岗岩，围岩类别划分为Ⅲ～Ⅳ类，采用模筑钢筋混凝土，厚度40cm。隧洞钢筋混凝土衬砌一般按10m长设伸缩缝，缝内设沥青木板，中间放置橡胶止水带。在顶拱90°～120°范围内进行回填灌浆，回填灌浆的排距宜为2.0～6.0m，灌浆压力为0.3～ 0.5MPa，灌浆孔应深入围岩5cm以上。

4 施 工

a.导流方式。黄泥滩灌区供水工程不承担防洪任务，防洪任务由峡口水库承担，乌伦古河洪水大小不影响黄泥滩灌区安全。峡口水库蓄水后，引水隧洞进口在库内正常蓄水位737.5m以下，需修筑围堰，以确保引水隧洞和闸井段的正常施工。引水明渠段在枯水期开始施工，9月15日以后峡口水库水位可降至730.0m以下，在入冬以前可完成引水明渠段的修建，故不影响其正常施工。施工期间需在围堰下游设置排水沟和集水坑，以排除施工期间围堰渗水。

b.施工进度。该阶段施工总工期为19个月。其中工程准备期2个月，主体工程施工期15个月，工程完建期2个月。

5 结 语

富蕴县黄泥滩灌区供水工程于2007年3月开工建设，2010年5月正式投产。实践证明：该工程已发挥效益，运行情况良好，建设以来没有出现任何引水隐患。工程的建设为人、畜、草提供了可靠的水源保障。目前已开发灌溉面积0.93万hm2，为人工饲草料地，定居游牧人口1.4万人。工程的建成，改变了牧民生活方式，由游牧转变为定牧或半定牧(即夏天高山放牧，冬季在农区以舍饲为主、放牧为辅)，每年游牧时间可从365天缩短至182.5天左右。可置换天然草场75.22万hm2，保护草原生态，保护区域生态环境。