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古學(xué)水電站引水隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

文檔作者：黃華文檔來源：中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司宜昌設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年12月30日
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２０１７ 年第６ 期
２０１７ Ｎｕｍｂｅｒ ６
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１５６ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１５６
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１７．０６．００６
收稿日期：２０１７ －０４ －０６ 作者簡介：黃　華，男，工程師，主要從事水電站水道和廠房設(shè)計(jì)方面的工作。
古學(xué)水電站引水隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究
黃　華
（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司宜昌設(shè)計(jì)院，湖北宜昌?。矗矗常埃埃玻?
摘要：古學(xué)水電站引水隧洞洞線長、埋深大、地質(zhì)條件較復(fù)雜，洞挖斷面與襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式對工程造價(jià)占比大。通過
對隧洞線路比選，針對不同洞段的地質(zhì)情況選用不同的襯砌和支護(hù)形式，對引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了內(nèi)力與配筋等承載
力、隧洞開裂等正常使用極限狀態(tài)計(jì)算分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，引水隧洞襯砌圓形過水?dāng)嗝媾c洞挖馬蹄形斷面的結(jié)
構(gòu)型式最優(yōu)。
關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)；引水隧洞；洞線比選；襯砌結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化
中圖分類號：ＴＶ７３２ ＋．３　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１７）０６ －００２１ －０５
Structural Design of the Diversion Tunnel in Guxue Hydropower Station
ＨＵＡＮＧ Ｈｕａ
（Ｙｉｃｈａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｐｏｗｅｒｃｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｇｕｘｕｅ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｅ ａｎｄ
ｇｒｅａｔ ｄｅｐｔｈ， ａｎｄ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｏｆ ｇｒｅａｔ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｅ ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｒｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ．Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ
ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｏｒｓｅｓｈｏｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｈｏｉｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ． Key words： ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ； ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｅ； ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
　　隧洞結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)劣直接反映了結(jié)構(gòu)內(nèi)力大小和
配筋多少，也反映了隧洞洞挖工程量、混凝土工程量的
多少，尤其是在洞線長、埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜的隧洞
工程中，隧洞結(jié)構(gòu)施工難度大，結(jié)構(gòu)承受地應(yīng)力和外水
壓力大，這就要求具有更好的隧洞結(jié)構(gòu)型式，因此，這
就要求對隧洞結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)化研究，以使結(jié)構(gòu)尺寸、
內(nèi)力大小、配筋量和工程量更少，工程投資更加節(jié)省，
具有十分重要的工程實(shí)際意義。本文結(jié)合古學(xué)水電站
引水隧洞的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)行闡述。
１　工程概況
古學(xué)水電站位于四川省甘孜州得榮縣境內(nèi)，是金
沙江左岸一級支流定曲河鄉(xiāng)城至得榮段梯級開發(fā)的第
八級，亦為定曲河干流梯級開發(fā)的最后一級，水庫正常
蓄水位２ ２７０．００ ｍ，總庫容３２．２８ 萬ｍ３ ，電站裝機(jī)２
臺，單機(jī)容量４５ ＭＷ，總裝機(jī)容量９０ ＭＷ，屬于三等中
型工程，采用引水式開發(fā)。工程樞紐主要由攔河壩、左
岸輸水建筑物、左岸岸邊式地面廠房等建筑物組成，其
中輸水建筑物級別為３ 級，結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ級。大
壩為混凝土閘壩，最大壩高為１４．５ ｍ；有壓引水隧洞
總長約１４ ３８８ ｍ，洞徑５．６ ｍ，隧洞進(jìn)口底板高程
２ ２５９．７０ ｍ，額定引用流量７７．８ ｍ３ ／ｓ，調(diào)壓室處隧洞
底板高程２ ２１４．９０ ｍ，縱坡０．２９２１％。根據(jù)隧洞沿線
圍巖條件，采用噴混凝土支護(hù)和混凝土襯砌，設(shè)計(jì)水頭
為１０ ～８２ ｍ；調(diào)壓室采用帶上室的埋藏式阻抗調(diào)壓
室，圓筒豎井內(nèi)徑１２．５ ｍ，阻抗孔內(nèi)徑２．４ ｍ；調(diào)壓室
后為壓力管道，埋管內(nèi)徑４．４ ｍ；壓力管道接岸邊式地
面廠房，廠址位于定曲河左岸卡日共村上游３５０ ｍ 處
２１ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１７ 年第６ 期
的一級階地上。
引水隧洞沿線山勢巍峨，地形完整，從上游向下游
依次穿過涌水溝、曲堆溝、四郎溝、建英溝、格擁溝、埡
口溝等六條沖溝。引水隧洞洞軸線與巖層走向夾角
１５°～５３°，隧洞埋深４６ ～６１６ ｍ，隧洞沿線穿越的地層
巖性為三迭系中統(tǒng)曲嘎寺組第一段（Ｔ２ ｑ１ ）灰色鈣質(zhì)、
砂質(zhì)板巖夾中基性火山巖（灰綠色玄武巖）、薄層狀灰
巖及薄～中厚層砂巖。引水隧洞位于俄木學(xué)背斜東
翼，背斜軸向Ｓ２０°Ｗ 與隧洞軸線方向近于平行，東翼
巖層產(chǎn)狀２３°／ＳＥ∠３５°，巖層走向與隧洞軸線交角較
小。圍巖類別主要為Ⅲ類和Ⅳ類，局部為Ⅴ類，Ⅲ類圍
巖洞段占６２．７％，Ⅳ類圍巖洞段占３４．５％，其中Ⅴ類
圍巖洞段占２．８％。工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動相對穩(wěn)定，
壩址、廠址地震基本烈度為Ⅶ度，引水隧洞設(shè)計(jì)烈度為
７ 度。
２　引水隧洞設(shè)計(jì)
對于引水線路為長深引水隧洞，施工工期往往是
電站建設(shè)的控制工期，在整個電站系統(tǒng)中占有舉足輕
重的地位，從而對電站引水隧洞的結(jié)構(gòu)型式提出了更
高的要求。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般來說，長深引水隧洞工
程投資約占建筑工程直接投資的７０％左右，超過了建
筑工程投資的大部分，這就要求引水隧洞線路布置更
加優(yōu)化。
2．1　引水洞線比選
通常，引水隧洞洞線布置應(yīng)在適應(yīng)樞紐總布置要
求的前提下，做到地質(zhì)條件好、水力學(xué)條件優(yōu)、施工方
便、工程造價(jià)低廉。在地質(zhì)條件方面，根據(jù)沿線巖性、
產(chǎn)狀、斷層、節(jié)理和地下水位線分布等因素，盡可能避
開不利的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件地段，力求洞線短、
構(gòu)造簡單，上覆巖體厚度大而完整，邊坡穩(wěn)定，水文地
質(zhì)條件好。在水力學(xué)條件方面，應(yīng)考慮運(yùn)行要求及水
力條件，結(jié)合沿線建筑物的基礎(chǔ)高程、上下游側(cè)的銜
接、施工條件和運(yùn)行檢修條件等確定隧洞的縱坡，要求
洞頂壓力沿線在任何工況下均不宜小于０．０２ ＭＰａ。
在施工條件方面，應(yīng)選擇交通條件好，易于施工方便的
地段，并兼顧工程造價(jià)等。
定曲河得榮河段河道自北向南蜿蜒而下，壩址以
下約６．９ ｋｍ 的河段較為平順，無較大轉(zhuǎn)彎段，其后至
廠址間河道形成左凸右凹的大彎道。根據(jù)壩、廠址間
地形條件，在定曲河左岸擬定了引①線和引②線兩條
引水線路方案進(jìn)行比較，這兩個方案進(jìn)水口和調(diào)壓室
布置相同，按水頭損失一致的原則擬定引水隧洞洞徑，
圍巖類別相同的洞段，其開挖、支護(hù)襯砌型式及施工綜
合月進(jìn)尺保持一致。
兩條洞線方案隧洞沿線地質(zhì)條件相當(dāng)，引①線方
案引水隧洞主洞雖比引②線方案長５２４ ｍ，但引①線
方案施工支洞總長度卻短２ ０８６ ｍ，施工工期縮短６ 個
月，工程投資亦節(jié)?。?５３４ 萬元?？紤]本工程控制工
期的關(guān)鍵項(xiàng)目是引水線路，引①線方案具有工期短，投
資省等優(yōu)點(diǎn)，故推薦引①線方案為引水隧洞洞線代表
性方案進(jìn)行研究，該方案引水隧洞進(jìn)口底板高程
２ ２５９．７０ ｍ，調(diào)壓室處隧洞底板高程２ ２１７．７０ ｍ，從進(jìn)
水口末端至調(diào)壓室中心線，隧洞全長１４．３８８ ｋｍ，縱坡
約０．２９２１％，平面上引水隧洞共設(shè)置了６ 個轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，
除第一個轉(zhuǎn)彎點(diǎn)轉(zhuǎn)彎半徑為４０ ｍ 外，其余均為１００ ｍ。
2．2　引水隧洞襯砌斷面型式設(shè)計(jì)
根據(jù)隧洞工程現(xiàn)場情況及其沿線圍巖類別、作用
水頭，對引水隧洞擬采用分段襯砌：Ⅳ類、Ⅴ圍巖采用
０．５ ｍ 厚鋼筋混凝土襯砌，雙層配筋，Ⅲ類圍巖局部破
碎帶采用０．３ ｍ 厚鋼筋混凝土襯砌，單層配筋，其余洞
段采用噴射混凝土支護(hù)，據(jù)此通過混凝土襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)
算分析研究，以合理確定隧洞的襯砌型式。
２．２．１　方案擬定
考慮本工程特點(diǎn)，按水頭損失一致的原則，分別擬
定馬蹄形和圓形兩種過水?dāng)嗝孢M(jìn)行計(jì)算分析，為施工
方便和與施工現(xiàn)場相一致，開挖斷面均采用平底馬蹄
形型式。
馬蹄形過水?dāng)嗝娣桨福翰扇●R蹄形開挖與馬蹄形
襯砌結(jié)合型式，Ⅲ類圍巖采用Ａ －１ 型噴護(hù)方式，Ⅲ類
圍巖局部破碎帶采用Ａ －２ 型鋼筋混凝土襯砌，Ⅳ、Ⅴ
類圍巖采用Ａ －３ 型鋼筋混凝土襯砌，如圖１ 所示。
圓形過水?dāng)嗝娣桨福翰扇●R蹄形開挖與圓形襯砌進(jìn)行
組合的結(jié)構(gòu)型式，Ⅲ類圍巖采用Ｂ －１ 型噴護(hù)方式，Ⅲ
類圍巖局部破碎帶采用Ｂ －２ 型鋼筋混凝土襯砌，Ⅳ、
Ⅴ類圍巖采用Ｂ －３ 型鋼筋混凝土襯砌，如圖２ 所示。
２．２．２　計(jì)算方法
計(jì)算工況考慮了運(yùn)行期、檢修期和施工期三種典
型工況，作用荷載主要有內(nèi)水壓力、外水壓力、山巖壓
力、襯砌自重及灌漿壓力等，馬蹄形襯砌過水?dāng)嗝娌捎?
水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范附錄Ｉ 中的邊值法進(jìn)行計(jì)算，圓形
襯砌過水?dāng)嗝嬗?jì)算方法采用水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范附錄Ｇ
中的圓形有壓隧洞襯砌計(jì)算法。對于正常使用極限狀
態(tài)，按限制裂縫開展寬度進(jìn)行隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，持久狀況
時(shí)允許裂縫寬度?。埃玻?ｍｍ，短暫狀況時(shí)?。埃常?ｍｍ。
２２ 萬方數(shù)據(jù)
黃　華：古學(xué)水電站引水隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究２０１７ 年６ 月
圖1　馬蹄形襯砌方案斷面圖
圖2　圓形襯砌方案斷面圖
２．２．３　計(jì)算分析
按照上述計(jì)算方法采用自編“水工隧洞鋼筋混凝
土襯砌計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)ＳＤＣＡＤ ４．０”，分段進(jìn)行
內(nèi)力與配筋計(jì)算，引水隧洞兩種襯砌方案內(nèi)力與配筋
計(jì)算成果見表１，主要工程量及投資對比表見表２。
表1　引水隧洞兩種襯砌方案內(nèi)力與配筋計(jì)算成果
序號計(jì)算段部位
計(jì)算內(nèi)力
Ａ 方案
軸力
／ｋＮ
彎矩
／（ｋＮ· ｍ）
Ｂ 方案
軸力
／ｋＮ
彎矩
／（ｋＮ· ｍ）
每米計(jì)算配筋（主受力筋）
Ａ 方案Ｂ 方案
１ ２ 型斷面 （Ⅲ類圍巖）
內(nèi)側(cè) １ ０５８．７ ２９９．０ ９０．７ ２２．５ ７矱２８ ３矱１４ 外側(cè) －１ ８７２．５ －６１８．０ －１ ８８１．７ －７６．４ ７矱２８ ３矱１４ ２ ３ 型斷面 （Ⅳ類圍巖）
內(nèi)側(cè) １ ２８５．９ ４５６．８ １１７．７ ３４．１ ７矱３２ ５矱１８ 外側(cè) －２ ２９２．１ －８７６．５ －２ ２９５．４ －９４．５ ７矱３２ ５矱１８ ３ ３ 型斷面 （Ⅴ類圍巖）
內(nèi)側(cè) １ ５５３．２ ７９５．７ ２７４．５ １５９．３ ７矱３６ ７矱２８ 外側(cè) －２ ２６８．２ －１ １０８．８ －２ １６３．３ －１７２．６ ７矱３６ ７矱２８ 　注：襯砌混凝土強(qiáng)度等級Ｃ２５，主筋采用ＨＲＢ３３５ 鋼筋；表中為各斷面最不利工況計(jì)算內(nèi)力及配筋結(jié)果。
２３ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１７ 年第６ 期
表2　引水隧洞兩種襯砌方案主要工程量及投資對比表
序號項(xiàng)目名稱
工程量
Ａ 方案Ｂ 方案
增或減單價(jià)／元合計(jì)／萬元
１ 石方洞挖／ｍ３ ５８２ ６６２ ５８６ ０４３ ３ ３８１ １９７．４１ ６６．７４ ２ Ｃ２５ 襯砌混凝土／ｍ３ ６６ ６９７ ８０ ２３４ １３ ５３７ １ ０１８．０８ １ ３７８．１７ ３ 噴 Ｃ２０ 混凝土／ｍ３ ２９ ５０９ ２９ ６７１ １６２ １ ０９５．２４ １７．７４ ４ 鋼筋／ｔ １４ ４５４ ７ ９２５ －６ ５２９ ９ ８２１．５９ －６ ４１２．５２ ５ 機(jī)編鍍鋅鋼絲網(wǎng)／ｍ２ ９０ ７９７ ９２ ２０７ １ ４１０ ６０．００ ８．４６ ６ 合計(jì) －４ ９４１．３９ 　注：兩方案工程量相同項(xiàng)表中未列出，工程投資按照材料市場單價(jià)計(jì)算分析。
　　根據(jù)計(jì)算分析，馬蹄形襯砌斷面相對于圓形斷面，
側(cè)邊直墻與圓拱及底板交匯處應(yīng)力集中較明顯，受力
條件較差，襯砌混凝土配筋量大，馬蹄形襯砌隧洞的工
程投資約增加４ ９４１．３９ 萬元。從類似工程的施工情
況看，馬蹄形過水?dāng)嗝娴撞坑衅脚_，可以降低開挖出
渣、施工排水的難度，施工條件好，但配筋量大，會大幅
增加工程投資。對于圓形過水?dāng)嗝?，圓形斷面開挖后，
為滿足施工條件需預(yù)留虛渣形成出渣、排水的操作平
臺，由于開挖斷面不大，在一定程度上減少了開挖凈
空，從而增加了開挖出渣和襯砌的施工難度，影響施工
進(jìn)度，故不采用圓形開挖的圓形過水?dāng)嗝?。本工程?
洞洞徑不大，圓形襯砌斷面受力條件簡單，馬蹄形開挖
斷面施工方便，考慮長有壓引水隧洞因受到工期限制，
需先襯側(cè)墻與頂拱，再襯底拱，以便有利于側(cè)墻與頂拱
的反縫處理。因此，推薦本工程隧洞采用圓形襯砌斷
面與馬蹄形開挖斷面的組合斷面。
2．3　引水隧洞各襯砌型式支護(hù)設(shè)計(jì)
根據(jù)古學(xué)水電站引水隧洞圍巖特征、隧洞斷面尺
寸等情況，并類比國內(nèi)與本工程地質(zhì)條件相近、洞徑相
當(dāng)?shù)囊矶粗ёo(hù)參數(shù)，對整個引水隧洞進(jìn)行支護(hù)設(shè)
計(jì)。引水隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)將遵循圍巖承載（圍巖松動
圈，以及內(nèi)、外水壓力等）的設(shè)計(jì)思想，通過適當(dāng)?shù)闹?
護(hù)，控制因洞室開挖形成的應(yīng)力重分布來最大限度的
利用圍巖的自承能力，采用噴錨支護(hù)和固結(jié)灌漿加固
圍巖，使圍巖和噴錨支護(hù)成為聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)。按照這
一設(shè)計(jì)思路，根據(jù)隧洞沿線不同的地層巖性及圍巖類
別，引水隧洞初期支護(hù)參數(shù)及支護(hù)范圍如圖３ 所示。
對于Ⅲ類圍巖地段，巖體較堅(jiān)硬完整，整體性較
好，在少量支護(hù)的情況下亦能基本自穩(wěn)，這類地段主要
依靠圍巖本身承載。隧洞頂拱及兩側(cè)梅花型布設(shè)直徑
矱２２、長３．０ ｍ、間距１．５ ｍ 的系統(tǒng)錨桿，視現(xiàn)場情況布
置矱２２、長３．０ ｍ 的隨機(jī)錨桿，掛矱８ ＠１５０ ｍｍ ×
１５０ ｍｍ 鋼筋網(wǎng)片，噴１５ ｃｍ 厚Ｃ２０ 混凝土支護(hù)，底部
澆筑２０ ｃｍ 厚常態(tài)混凝土。
Ⅲ類圍巖局部破碎帶隧洞邊、頂拱布設(shè)矱２２、長
３．０ ｍ、間距１．５ ｍ 的系統(tǒng)錨桿，視現(xiàn)場情況布置矱２２、
長３．０ ｍ 的隨機(jī)錨桿，掛矱４＠１００ ｍｍ ×１００ ｍｍ 機(jī)編
鍍鋅鋼絲網(wǎng)，噴８ ｃｍ 厚Ｃ２０ 混凝土進(jìn)行初期支護(hù)，永
久襯砌支護(hù)為３０ ｃｍ 厚模注鋼筋混凝土襯砌。
ＩＶ 類圍巖地段巖體整體性稍差，開挖后圍巖會產(chǎn)
生塑性變形，初期不支護(hù)時(shí)可能產(chǎn)生局部塌方或塑性
破壞，該類地段圍巖節(jié)理及溶蝕裂隙相對發(fā)育。隧洞
頂拱及兩側(cè)梅花型布設(shè)直徑矱２５、長４．５ ｍ、間距
１．５ ｍ 的系統(tǒng)錨桿，掛矱４＠１００ ｍｍ ×１００ ｍｍ 機(jī)編鍍
鋅鋼絲網(wǎng)，噴１０ ｃｍ 厚Ｃ２０ 混凝土，并視情況布設(shè)鋼格
柵或型鋼支撐進(jìn)行初期支護(hù)。永久襯砌支護(hù)為５０ ｃｍ
厚模注鋼筋混凝土襯砌。
Ｖ 類圍巖地段巖體較破碎，整體性較差，易產(chǎn)生塑
性變形，圍巖容易出現(xiàn)較大范圍的垮塌。隧洞頂拱及
兩側(cè)采用型鋼支撐和梅花型布設(shè)直徑矱２５、長４．５ ｍ、
間距１．０ ｍ 的系統(tǒng)錨桿，掛矱４＠１００ ｍｍ ×１００ ｍｍ 機(jī)
編鍍鋅鋼絲網(wǎng)，噴１５ ｃｍ 厚Ｃ２０ 混凝土，并視情況布設(shè)
超前錨桿或管棚等措施進(jìn)行初期支護(hù)。永久襯砌支護(hù)
為５０ ｃｍ 厚模注鋼筋混凝土襯砌。
為提高圍巖承載力、減少滲漏，保證引水隧洞圍巖
穩(wěn)定和安全運(yùn)行，延長隧洞使用年限，對混凝土襯砌段
進(jìn)行全斷面固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔深入圍巖５ ｍ，間排
距為３ ｍ；頂拱１２０°范圍進(jìn)行回填灌漿。
２４ 萬方數(shù)據(jù)
黃　華：古學(xué)水電站引水隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究２０１７ 年６ 月
2．4　引水隧洞防沙措施
水庫泥沙來源主要為地表侵蝕顆粒和風(fēng)化巖石，
古學(xué)水電站壩址以上集水區(qū)巖性以板巖、灰?guī)r、大理
巖、片巖為主，易于風(fēng)化變質(zhì)；水庫推移質(zhì)主要是由河
流兩岸和兩岸支溝的崩塌、滑坡及人類活動影響造成。
一般來說，引水隧洞內(nèi)水體經(jīng)過水庫沉沙和進(jìn)水口攔
蓄后，推移質(zhì)堆積在在進(jìn)水口附近，泥沙則會隨水體進(jìn)
入隧洞、水輪機(jī)，磨損水輪機(jī)葉片。但是由于古學(xué)水電
站年降水量較小，隧洞來水平均含沙率甚微，其中粒徑
相對更小，洞內(nèi)水流流速僅為３．１６ ｍ／ｓ，泥沙啟動流
速低很難帶動進(jìn)水口附近的泥沙，故可不必考慮洞內(nèi)
泥沙淤積。
圖3　引水隧洞各類圍巖段初期支護(hù)圖
　　古學(xué)水電站引水隧洞較長，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，局
部圍巖條件較差，襯砌開裂、掉塊等難以避免，故在引
水隧洞的施工支洞①、③、⑤號堵頭處設(shè)置進(jìn)人檢修
門，寬１．０ ｍ，高１．８ ｍ，同時(shí)在主洞Ⅲ類圍巖噴護(hù)段末
端設(shè)置５ 個集渣坑，以便匯集石渣和泥沙，定期進(jìn)行清
渣檢修。
2．5　隧洞監(jiān)測
隧洞監(jiān)測是隧洞工程設(shè)計(jì)和施工信息反饋的一個
重要部分，對于洞線長、埋深大、地質(zhì)條件較復(fù)雜的隧
洞，監(jiān)測更是相當(dāng)重要，必不可少，以便于評價(jià)施工期
圍巖穩(wěn)定性，結(jié)合圍巖變形特征，確定隧洞支護(hù)的適當(dāng)
時(shí)機(jī)，為選擇合理的施工方案提供依據(jù)；為隧洞支護(hù)設(shè)
計(jì)提供較為恰當(dāng)?shù)膰鷰r參數(shù)，為隧洞今后的安全運(yùn)行
與可靠管理提供支撐。
根據(jù)隧洞在施工期及運(yùn)行期的實(shí)際條件，在引水
隧洞具有代表性的關(guān)鍵部位布置４ 個監(jiān)測斷面，在４
個監(jiān)測斷面布設(shè)１２ 套三點(diǎn)式巖體變位計(jì)、９ 支錨桿應(yīng)
力計(jì)、４ 支鋼筋計(jì)、３ 支單向應(yīng)變計(jì)、１ 支無應(yīng)力計(jì)及４
支滲壓計(jì)。
３　結(jié)　論
１）長深引水隧洞的地質(zhì)條件復(fù)雜，采用現(xiàn)有的地
質(zhì)勘探手段難以準(zhǔn)確查清地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照先
整體后局部、先布置后結(jié)構(gòu)的思維，從地質(zhì)條件、水力
學(xué)條件、施工條件、工程造價(jià)等多方面比較分析。
（下轉(zhuǎn)第５８ 頁）
２５ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１７ 年第６ 期
凝土灌注樁基礎(chǔ)形式，該樁型可通過上部組件支架立
柱底部的錨固板與預(yù)埋在灌注樁內(nèi)的螺栓緊固連接。
通過對比單樁２ 根“Ｉ”型（全絲扣）螺栓、２ 根“Ｌ”型
（部分絲扣）螺栓、單根“Ｕ”型（部分絲扣）螺栓三種形
式，考慮施工方便、定位準(zhǔn)確、成本最低等因素，最終確
定單樁采用單根Ｕ 型螺栓的形式。經(jīng)過螺栓從混凝
土中拔出、錨栓被拔斷、錨栓被水平荷載剪斷三種工況
的計(jì)算，確定“Ｕ”型螺栓直徑為１４ ｍｍ，寬１２０ ｍｍ，單
腿長３３０ ｍｍ（含絲扣長６０ ｍｍ），材質(zhì)為Ｓ２７５（歐標(biāo)），
其抗壓強(qiáng)度為２７５ ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度為４３０ ＭＰａ。
５）鋼筋混凝土材料設(shè)計(jì)。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)
范，樁身混凝土強(qiáng)度等級不得小于Ｃ２５，同時(shí)考慮本工
程面積大，樁的數(shù)量多，地勘報(bào)告取樣數(shù)量少，鄰近地
區(qū)土壤具有強(qiáng)腐蝕性等因素，確定本工程混凝土強(qiáng)度
等級采用Ｃ３０ 細(xì)石混凝土，鋼筋采用Ｂ４００Ｃ（Ｔ），ｆｙ ＝
４００ Ｎ／ｍｍ２ ， ｆｕ ＝５００ Ｎ／ｍｍ２ ， 混凝土保護(hù)層厚度
５０ ｍｍ。
３　現(xiàn)場試驗(yàn)
場區(qū)約０．３ ｍ 以下土體為灰白色結(jié)晶土，膠結(jié)性
很好，摩阻力和承載力均較大，結(jié)合抗壓承載力計(jì)算成
果，現(xiàn)場可不開展抗壓承載力計(jì)算。故本工程施工前
可不開展現(xiàn)場抗壓承載力試驗(yàn)，開展現(xiàn)場抗拉承載力
試驗(yàn)即可。
施工前根據(jù)地勘報(bào)告成果及樁基礎(chǔ)布置圖，設(shè)計(jì)
在場區(qū)范圍內(nèi)共擬定了６ 個試驗(yàn)樁，在達(dá)到７ ｄ 齡期
后，開始抗拔承載力試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，抗拔承載力滿足設(shè)
計(jì)要求。
４　結(jié)　論
阿爾及利亞Ｄｊｅｌｆａ 光伏電站為我國在阿爾及利亞
中標(biāo)的２３３ ＭＷ 光伏項(xiàng)目１６ 個電站中的一個，該電站
作為首批設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)同時(shí)要考慮整個項(xiàng)目的
工程造價(jià)，施工便利等因素。本工程設(shè)計(jì)時(shí)為了利用
已有打樁設(shè)備，通過設(shè)計(jì)計(jì)算并與廠家溝通，最終確定
了鋼筋混凝土灌注樁直徑為２２０ ｍｍ。本工程于２０１６
年４ 月建成并投產(chǎn)發(fā)電，截至目前電站及其光伏支架
基礎(chǔ)運(yùn)行良好。
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（上接第２５ 頁）
２）長深引水隧洞襯砌斷面形式選擇的合理性不
僅決定著施工難易、工期與投資，而且對隧洞承載力極
限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)影響頗大，因此，隧洞襯砌
結(jié)構(gòu)受力與配筋、隧洞裂縫寬度等應(yīng)結(jié)合隧洞實(shí)際地
質(zhì)條件來確定隧洞襯砌最優(yōu)過水?dāng)嗝?。采用圓形襯砌
斷面與馬蹄形開挖斷面組合型式，能更好地兼?zhèn)鋬煞N
斷面的優(yōu)勢將可能成為一種趨勢。
３）長深引水隧洞應(yīng)在洞中采取設(shè)置集渣坑，以便
匯集隧洞中可能的石渣和泥沙沉積，有利于定期進(jìn)行
清渣檢修。
４）工程監(jiān)測是隧洞設(shè)計(jì)和施工信息反饋的重要
部分，對于長引水隧洞必不可少，可以根據(jù)工程的重要
性選擇合理的觀測項(xiàng)目。
５）古學(xué)水電站于２０１０ 年１２ 月開工，２０１５ 年８ 月
投產(chǎn)發(fā)電，筆者對本電站隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究成果對降
低隧洞工程造價(jià)發(fā)揮了重要的作用。工程投產(chǎn)后，電
站運(yùn)行情況表明引水隧洞已經(jīng)受住了運(yùn)行期和施工期
的各種考驗(yàn)，采取圓形襯砌與馬蹄形開挖組合斷面的
隧洞結(jié)構(gòu)型式在今后類似工程中可借鑒推廣。
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５８ 萬方數(shù)據(jù)

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