靖会工程甘沟干渠隧洞改扩建方案比选设计

[摘要] 甘肃省白银市靖会电力提灌工程位于靖远县南部、会宁县北部，该工程现有总干渠一条，干渠5条。甘沟干渠是靖会工程的五条干渠之一，从靖会工程峡门干渠末端取水，设6级泵站提水至会宁县城，渠道全长45.79km。为解决会宁县城严重缺水问题，需对甘沟干渠进行改扩建，加大供水能力。改建任务中17座隧洞改扩建为主要内容。甘沟干渠改扩建工程可行性研究设计过程中拟定了两种改建方案，即原隧洞改扩建方案和并隧洞方案。

[关键词] 甘沟干渠；改扩建方案；隧洞改扩建；改扩建设计

[abstract] BaiYinShi jing gansu province will power project is located in southern JingYuanXian mineralized, HuiNingXian north, this project has a total flows, the main article 5. Kennedy is the main channel of the article will project the jing one of five main, from jing will end the main gate gorge project to water, a level 6 pump station carry water to huining county, channel is a 45.79 km. To solve the problem of serious huining county, need to be expanded to ditch the main gump, increase water supply capacity. 17 a tunnel in reconstruction task expansion as the main content. Kennedy ditch the main reconstruction projects feasibility study, design process draws up the two rebuilding scheme, where the original tunnel reconstruction programme and and tunnel scheme.

[keywords] Kennedy ditch the main; The reconstruction programme; Expansion of tunnel; Expansion design

1概述

甘肃省白银市靖会电力提灌工程位于靖远县南部、会宁县北部，于1971年11月开工建设，1973年8月建成通水。该工程从靖远县城西约2km的黄河右岸取水，提水级数17级，设计流量12m3/s，年提水量1.232亿m3，总提水高度529m，设计灌溉面积30.42万亩。灌区现有总干渠一条，长57.2km，干渠5条（三场塬干渠、白草塬干渠、关川干渠、峡门干渠、甘沟干渠），总长121.6km。甘沟干渠是靖会工程的五条干渠之一，从靖会工程峡门干渠末端取水，设6级泵站提水至会宁县城，渠道全长45.79km。该干渠原设计流量1.5 m3/s，控制灌溉祖厉河川甘沟段川台地面积3.3万亩、城区水库1座、人饮水库1座，年供水量900万m3。

为解决会宁县城严重缺水问题，对该工程进行扩大供水规模设计。甘沟干渠改扩建工程渠线总长45.79km，渠首设计流量为2.03 m3/s，加大流量为2.24 m3/s，实灌面积3.3万亩，供水任务主要是灌溉和会宁县城及沿线村镇供水。本次改扩建内容有明渠（暗渠）长30.37 km；隧洞27座，均为城门洞型，总长11.54km，其中有17座隧洞需改建；改建倒虹吸9座，总长1.66km；渡槽5座，总长433.82m；座槽6座，总长625.72m；泵站6座，设计总扬程145.78m；其他主要建筑物有163座。17座隧洞改扩建为关键内容。

2隧洞改扩建方案比选

甘沟干渠工程区地处陇西黄土高原东北部，东靠屈吴山，南面为华家岭。海拔高程1550～2400m，相对高差50～200m，区内沟壑纵横，地形破碎。粱峁与沟壑相间，黄土广布，总体呈黄土梁峁地貌景观。地势总的趋势为东南高西北低。甘沟干渠改扩建工程沿线共有27座隧洞，总长11.54km，隧洞断面均为城门洞形。本次改扩建可研设计拟定了两种改建方案，即原隧洞改扩建方案和并隧洞方案。

2.1隧洞工程现状分析

甘沟干渠1#～26#隧洞侧墙为砼预制块衬砌，顶拱为钢筋砼预制件衬砌，隧洞底板均为现浇砼衬砌。27#隧洞侧墙洞身段为砼预制块衬砌，水泥砂浆抹面，进出口加强段侧墙为现浇砼衬砌，顶拱为钢筋砼预制件衬砌，底板均为现浇砼衬砌。隧洞底宽1.0～1.4m，其中1#～16#隧洞底宽为1.4m，17#～26#隧洞底宽为

1.2m，27#隧洞底宽为1.0m；隧洞侧墙高1#～26#为1.35m，27#隧洞侧墙高为

1.1m；1#～9#隧洞顶拱半径为0.69m，顶拱圆心角为121°，10#～16#隧洞顶拱半径为0.77m，顶拱圆心角为131°，17#～26#隧洞顶拱半径为0.63m，顶拱圆心角为125°，27#王嘴隧洞顶拱半径为0.5m，顶拱圆心角为180°。部分隧洞底板及侧墙有纵向或横向裂缝，顶拱砼预制件出现掉快、缺失等现象。隧洞经最大过流能力复核计算，4#、6#、18#、19#、21#～27#均能满足本次设计过流要求，但4#洞底板冲刷严重，进出口冻胀开裂，有数条纵横向裂缝，顶拱破损部分断裂，故4#洞和其余不满足本次设计过流要求的隧洞共计17座需改建或拆除重建。

2.2隧洞改扩建方案比选

⑴ 地形、地质条件

甘沟干渠隧洞进出口均布置在“V”字型冲沟两侧及Ⅲ级阶地前缘斜坡，除12#隧洞出口为岩土混合边坡外，其余隧洞进出口均为土质边坡，现状隧洞洞口多为人工开挖边坡，坡度较陡，一般在60～70º之间，地形较完整，基本无不良物理地质现象，现状边坡稳定。

甘沟干渠隧洞为城门洞型，预制混凝土衬砌，已运行三十余年，除4#隧洞由于湿陷变形破坏影响正常运行外，其余各隧洞无变形破坏现象，运行良好。甘沟干渠共有隧洞27座，除2#隧洞、5#隧洞及12#隧洞围岩岩性为上第三系砂质泥岩、砂岩及含砾砂岩，4#隧洞洞身段围岩岩性为的delQ3滑坡堆积黄土，27#隧洞出口段，围岩岩性为plQ41粉质壤土之外，其余各隧洞洞身围岩岩性均为 plQ31中～重粉质壤土和plQ2离石黄土。根据成因及时代，分为上第三系基岩洞段、plQ2离石黄土洞段、plQ31中～重粉质壤土洞段、delQ3黄土滑坡洞段及plQ41粉质壤土洞段。

⑵ 隧洞改扩建方案比选

考虑工程区地形、地质以及上下游渠道建筑物衔接的实际情况，隧洞改扩建拟定了两种方案，即原隧洞改扩建方案和并隧洞方案。方案比较见表1。

表1 隧洞改扩建方案比较表

由隧洞改扩建方案比较表可看出，并隧洞方案工程投资大，选线难度大，多数隧洞无并洞条件，综合两方案优缺点，本次改扩建设计推荐原隧洞扩建方案。

3隧洞改扩建设计

隧洞改扩建共计17座，其中12座隧洞需拆除衬砌扩建，总长4.13km，分别为1#～5#、7#、10#～12#、15#、17#和20#隧洞，5座隧洞经加固减糙处理后可满足本次设计过流要求，不需拆除重建，总长2.46km，分别为8#、9#、13#、14#和16#隧洞。

改建隧洞围岩类型有基岩、黄土和粉质壤土三种类型，其中2#、5#以及12#隧洞部分洞段围岩有基岩，其他隧洞均为黄土或粉质壤土类型。改建隧洞中，4#隧洞由于隧洞内水外渗，导致地基湿陷变形20～40cm，洞内局部有宽2～4cm裂缝，变形破坏严重，其他隧洞经运行多年，围岩基本稳定，无明显变形破损现象，只是局部底板鼓起，有裂缝现象。

拆除重建隧洞的断面形式依据所穿越的围岩地质条件、洞长、埋深、施工方法等确定，断面尺寸根据水工隧洞规范要求，由隧洞的进、出口高程和加大流量确定，对无通航低流速无压隧洞中，若通气条件良好，在恒定流情况下，洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15％，净空高度不应小于400mm，对较长的隧洞和不衬砌或锚喷衬砌的隧洞，上述数值可适当增加。甘沟干渠原隧洞横断面为城门洞（圆拱直墙）型式，经综合考虑工程投资以及施工工期等因素，隧洞改扩建横断面原采用断面简单的城门洞（圆拱直墙）型式，顶拱圆心角采用180°。甘沟干渠隧洞工程横断面尺寸以通过加大流量时满足上述要求控制。

拆除重建隧洞横断面尺寸基本为最小施工断面，衬砌砼浇筑采用普通的人工小模板，故衬砌砼浇筑完成后迎水面不是很光滑，参考现有运行隧洞工程水力学试验成果资料，改建隧洞设计糙率取0.015，不改建隧洞为砼预制块衬砌，糙率取0.016。

根据围岩类型的不同，洞内支护及衬砌形式有所不同。支护衬砌断面型式有两种，即围岩类型为黄土及粉质壤土的Ⅰ型衬砌断面和围岩类型为基岩的Ⅱ型衬砌断面。

⑴Ⅰ类衬砌断面

Ⅰ型衬砌断面针对围岩类型为黄土及粉质壤土的洞段，设计中Ⅰ型衬砌断面均为城门洞型。Ⅰ型衬砌待开挖时视开挖情况随即设全封闭式钢拱架支护，钢拱架型号为Ⅰ12工字钢，间距为0.8～1m，钢拱架用Φ25连接筋固定，全隧洞顶拱和侧墙采用挂网喷C25砼一次支护，喷C25砼，厚度为100mm；二次衬砌采用现浇C25钢筋砼衬砌，厚300mm，断面尺寸：隧洞净高为2.0m，隧洞净宽为1.8m，顶拱圆弧半径为0.9m，顶拱圆心角为180°，衬砌砼浇筑完成后顶拱120°范围做回填灌浆处理，使衬砌砼与围岩紧密结合。

⑵Ⅱ型衬砌断面

Ⅱ型衬砌断面针对围岩类型为基岩的洞段，设计中Ⅱ型衬砌断面为城门洞型。Ⅱ型衬砌断面开挖后布设钢拱架挂网喷C25砼一次支护，钢拱架型号为Ⅰ12工字钢，间距为0.5～0.8m，钢拱架用Φ25连接筋固定，喷C25砼厚度为100mm；二次衬砌为现浇C25钢筋砼衬砌，厚度300mm，断面尺寸为：隧洞净高为2.0m，隧洞净宽为1.8m，顶拱圆弧半径为0.9m，顶拱圆心角为180°，衬砌砼浇筑完成后顶拱120°范围做回填灌浆处理，使衬砌砼与围岩紧密结合。

加固减糙隧洞侧墙和顶拱采用挂钢丝网M40水泥砂浆抹面处理方案，底板进行面层凿毛，清理干净后用M40水泥砂浆抹面，砂浆厚度控制在20mm左右。

4结语

甘沟干渠改扩建工程隧洞改扩建最终选择原隧洞改扩建方案，该方案不需征地移民、工程量小、施工期短且节约工程投资。尽快完成甘沟干渠隧洞改扩建，使靖会灌区甘沟干渠改扩建工程尽快达到设计规模，解决会宁县城严重缺水问题，加速城镇化进程，加快社会主义新农村建设，促进社会和谐稳定。

［参考文献］

GB 50288－99，灌溉与排水工程设计规范［S］，国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部，1999。

SL 279－2002，水工隧洞设计规范［S］，中华人民共和国水利部，2002。

SL 191－2008，水工砼结构设计规范［S］，中华人民共和国水利部，2008。