新疆某输水工程无压隧洞设计方案比选

雷震霄

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

新疆某输水工程无压隧洞设计方案比选

雷震霄

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

结合新疆某输水工程长距离输水工程无压输水隧洞实际情况，隧洞断面型式从工程地质条件、结构受力等方面进行比选，推荐优化的马蹄形断面型式；纵坡从施工条件、工程量、投资等方面进行比较，在输水隧洞均能满足主体设计功能的前提下，最终选取1/5000作为经济纵坡比。

长距离输水工程；无压隧洞；断面型式；纵坡；比选

1 工程概况

新疆某输水工程为Ⅰ等工程，主要建筑物为Ⅰ级，是一项跨流域、长距离调水工程，工程设计年供水量为7亿m3，设计输水流量40m3/s。线路总长392.3km，其中：隧洞总长375.4km，压力管线（包括埋涵）总长16.9km，主要建筑物包括：拦河引水枢纽1座、输水隧洞2座、水库1座、泵站1座、分水闸1座，压力管道、埋涵及阀井等附属建筑物。

本工程隧洞工程分为两部分，其中一段隧洞为无压隧洞，总长92.15km，设计输水流量13m3/s，隧洞前后接进出口埋涵。该隧洞位于中低山区，海拔685～1 002.5m，隧洞段上覆岩体厚度20～295m，最大埋深295m。

2 无压隧洞设计方案比选[1-3]

2.1 隧洞断面型式比选

本工程隧洞段按照设计流量为13m3/s，针对隧洞的钻爆段进行，拟定了城门洞形、圆形和马蹄形3种断面尺寸进行比选（见图1）。3种洞型衬砌厚度及配筋计算比选成果见表1，主要工程量及投资计算成果比选见表2。

图1 隧洞型断面型式

从表1看出：考虑结构受力条件，岩性条件较好的锚喷断面，圆形断面最好，马蹄形断面次之，城门洞形受力条件较差，所需衬砌厚度和配筋都较大。

从表2看出：经投资分析，锚喷段城门洞形断面建筑工程费用最高，共计879万元；圆形断面建筑工程费用次之，共计856万元；马蹄形断面建筑工程费用最少，共计794万元。

从施工条件分析，施工钻爆开挖难易程度依次是圆形、马蹄形、城门洞。施工交通条件方面，圆形断面底部需浇筑混凝土以满足设备交通要求，并对后期混凝土衬砌浇筑造成施工干扰，工期较长；城门洞和马蹄形洞不需回填混凝土铺路，工期上两者差距不大。

经过综合比较，在本工程隧洞钻爆法施工段中，马蹄形断面最为经济。因此，结合施工条件以及工程投资综合考虑，选取马蹄形断面方案为钻爆洞段推荐洞型。

2.2 隧洞纵坡比选

由于隧洞布置在压力管道和水库之间，结合隧洞纵坡比选对经济效益的影响，纵坡采用1/2 500、1/5 000和1/7 500进行比选。3种纵坡比的马蹄形无压引水隧洞主要设计参数见表3，工程量及经济指标见表4。

表1 3种洞型衬砌厚度及配筋计算成果比选表

表2 隧洞洞型比选每km主要工程量及投资表

表3 隧洞纵坡比选设计参数成果表

从表3、4可以看出：纵坡比选方案各经济指标差距不大，其中1/2 500纵坡方案最优，1/7 500纵坡方案最差。1/2 500纵坡方案最小开挖洞径4.7m，在采用钻架台车、钢模台车、TBM等较大设备施工时，对通风和交通影响略大，1/7 500纵坡方案坡度最缓，洞内输水流速过低。1/5 000纵坡方案各方面比较处于适中位置，结合经济比较、施工影响及输水流速等方面综合考虑，本隧洞纵坡比选推荐采取1/5 000。

表4 隧洞纵坡比选方案工程量及经济指标表

3 结语

新疆某输水工程隧洞的断面型式从施工条件、工程量、投资等方面进行比较，在输水隧洞均能满足主体设计功能的前提下，隧洞断面型式选取为马蹄形。马蹄形断面介于圆形和城门洞形之间，兼具两者的优点：过流面积大、断面整体受力条件较好、工程量较小、断面底部曲面较为平缓便于施工等，对无压隧洞工程来说是较为合适的断面型式。由于隧洞纵坡直接影响到隧洞的洞线长度、断面尺寸、出口高程等关键要素，进而影响到管线的长度以及年运行费用，故选择合适的隧洞纵坡是本工程设计的一项重要内容。本输水工程隧洞的纵坡从施工条件、工程量、投资等方面进行比较，在输水隧洞均能满足主体设计功能的前提下，最终选取1/5 000作为经济纵坡。

[1]SL279-2002，水工隧洞设计规范[S].

[2] 李 炜.水力计算手册（第二版）[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[3]SL252-2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

（责任编辑：周 群）

Comparison and selection of free-flow tunnel deign alternatives for a water delivery project in Xinjiang

LEI Zhen-xiao
（Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang,Urumqi 830000,China）

Combined with the actual conditions of the free-flow tunnel of a long-distance water delivery project in Xinjiang,the types of tunnel cross-section were compared in respects of engineering geological conditions and structure stress before the optimized horseshoe section type was recommended.Under the precondition that tunnel will satisfy the functional requirements,longitudinal slope alternatives were compared in respects of construction conditions,construction quantities and cost etc.,before the longitudinal slope ratio of 1/5000 was selected finally.

Long-distance water delivery project;free-flow tunnel;section type;longitudinal slope;comparison and selection

TV672.1；TV554

B

1003-1510（2016）04-0044-03

2016-05-09

雷震霄（1990-），男，陕西西安人，新疆水利水电勘测设计研究院助理工程师，学士，主要从事水利工程设计工作。