夹岩水利枢纽及黔西北供水工程金沙分干渠隧洞设计

李帅+聂乾++陈学义+杨训

摘 要：金沙分干渠隧洞设计中，在充分借鉴当地类似工程的成功经验和实测资料的基础上，结合金沙分干渠整体布置，对分干渠8座隧洞的洞型、结构、支护等进行了详细计算分析和设计优化，提高了工程建设投资经济效益和安全性，为工程顺利施工建设提供了重要技术指导设计方案。

关键词：隧洞；结构设计；灌浆

1 工程概况

贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程位于贵州省毕节市及遵义市境内。工程的任务以供水和灌溉为主，兼顾发电，并为区域扶贫开发及改善生态环境创造条件。灌区骨干输水工程由总干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管线、支渠，以及灌区骨干泵站等组成。金沙分干渠总体由北西走向南东，起点接北干渠末端位于金沙县城关镇赖关，终点位于长坝乡新化村但家湾处，途经姚家湾、川主庙、牌坊岩、田坎、八仑沟、大麻窝、上马坪等地，渠线总长35.893km，其中，明渠长17.221km、渡槽0.723km/6座、隧洞6.221km/8座、倒虹管11.728km/12座。渠首底板高程1178.17m，渠末底板高程1130.702m，落差47.468m，综合水力坡降1.32‰。

2 金沙分干渠隧洞设计

2.1 隧洞布置

金沙分干渠在穿越高地（山）及布置渠道绕线不经济时，共布置隧洞8座，总长6.221km。隧洞设计流量为3.2～5.7m3/s，长度为0.216km～2.099km，底坡均为1：1000，糙率n为0.014，洞宽1.6～2.0m，洞高2.062～2.527m，均采用城门洞型。

2.2 隧洞结构设计

金沙分干渠8座隧洞，均采用城门洞型，C25钢筋混凝土全断面衬砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ围岩洞段衬砌厚度分别为0.2m、0.3m、0.3m。

（1）姚家沟隧洞长427m，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号4+788），出口接川主庙倒虹管，隧洞设计流量Q=5.7m3/s，加大流量Q=7.052m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=2.0×2.527m，进口底板高程1172.928m，出口底板高程1172.461m，设计水深1.714m，加大水深2.048m，隧洞最大埋深62m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（2）长田隧洞长216m，是金沙分干渠上最短隧洞，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号17+472），出口接马坎渡槽，隧洞设计流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.427m，进口底板高程1154.724m，出口底板高程1154.440m，设计水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深30m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（3）沙家隧洞长1150m，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号18+217），出口接金沙分干渠渠道（桩号19+367），隧洞设计流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=2.0×2.427m，进口底板高程1154.064m，出口底板高程1152.864m，设计水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深90m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（4）曼家沟隧洞长348m，为无压流，隧洞进口接灰沟倒虹管，出口接金沙分干渠渠道（桩号25+053），隧洞设计流量Q=5.0m3/s，加大流量Q=6.129m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=2.0×2.277m，进口底板高程1148.449m，出口底板高程1148.057m，设计水深1.544m，加大水深1.835m，隧洞最大埋深102m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（5）大麻窝隧洞长2093m，是金沙分干渠上最长隧洞，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号28+534），出口接金沙分干渠渠道（桩号30+627），隧洞设计流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=1.6×2.062m，进口底板高程1144.204m，出口底板高程1142.055m，设计水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深165m，最大外压水头103m。

（6）木蓑衣隧洞长501m，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号30+859），出口接金沙分干渠渠道（桩号31+360），隧洞设计流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=1.6×2.062m，进口底板高程1141.783m，出口底板高程1141.213m，设计水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深72m，最大外压水头23m。

（7）湾子隧洞长528m，为无压流，隧洞进口接申家寨倒虹管，出口接上马坪倒虹管，隧洞设计流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=1.6×2.062m，进口底板高程1138.249m，出口底板高程1137.657m，设计水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深99m，最大外压水头20m。

（8）田坎寨隧洞长958m，为无压流，隧洞进口接金沙分干渠渠道（桩号33+852），出口接金沙分干渠渠道（桩号34+810），隧洞设计流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，断面尺寸：B×H=1.6×2.062m，进口底板高程1135.217m，出口底板高程1134.180m，设计水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深113m，最大外压水头42m。

2.3 隧洞一次支护设计

Ⅲ类围岩洞段采用随机锚杆作为临时支护，锚杆直径为22mm，长度2～3m，布设于顶拱部位。Ⅳ类围岩洞段采用系统锚杆+挂网喷砼作为临时支护，锚杆直径为22mm，长度2～3m，间距1.5m，排距1.5m，布设于顶拱部位；钢筋网为φ8@200，喷砼强度等级C20，厚度10cm。Ⅴ类围岩洞段采用系统锚杆+挂网喷+钢支撑砼作为临时支护，锚杆直径为22mm，长度2～3m，间距1.5m，排距1.5m，布设于边墙及顶拱部位；钢筋网为φ8@200，喷砼强度等级C20，厚度10cm；钢支撑采用14号工字钢，间距0.8m。

2.4 隧洞灌浆及水力计算设计

隧洞顶部120°范围内采用回填灌浆，灌浆孔间、排距3m，呈梅花形布置，灌浆孔伸入围岩10cm。金沙分干渠隧洞均为长隧洞，断面型式城门洞形，按明渠均匀流公式计算[1]，8条无压隧洞水力计算成果表明：隧洞各水力要素均符合设计规范要求。

2.5 隧洞结构计算复核

结构计算采用理正岩土系列软件5.1版隧洞衬砌计算。计算工况考虑运行期及施工期。金沙分干渠选择以大麻窝隧洞结构计算为例，其计算成果为：典型计算中的大麻窝隧洞，其运行工况下最大弯矩值为100.5kN.m，灌浆工况下最大弯矩值为75.3kN.m；运行工况下最大剪力值为90.66kN，灌浆工况下最大剪力值为102.3kN；运行工况下裂缝宽度为0.09mm，灌浆工况下裂缝宽度为0.16mm。

经计算，8个隧洞衬砌材料均为C25钢筋混凝土，参考《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）及《水工隧洞的设计理论和计算》等进行设计，隧洞衬砌设计符合设计规范要求。

3 结束语

水工隧洞是构筑于岩体中的建筑物，由于地质条件千差万别，围岩本构关系较复杂，难以准确定量进行评价描述，给隧洞设计带来很大困难。结合金沙分干渠整体布置，对8座隧洞的洞型、结构参数、支护方式等方面进行了探讨和研究，目前工程已经通过各级专家审查，正在进行施工建设。

参考文献

[1]康金桥，杨火平，史学涛.沐若水电站引水隧洞设计与施工[J].人民长江，2013，44（8）：60-63.