水电工程泄水洞支护结构设计分析

精品文档-下载后可编辑水电工程泄水洞支护结构设计分析在水电工程中，泄水洞的主要功能使面向下游泄洪、放水灌溉、以及水力发电提供通道，基于这一功能而在坝端周边岩体结构上或在坝下涵洞内开凿的隧洞结构[1]。随着水电工程建设规模的不断扩大，泄水洞结构设计方案也有特大、特长的发展趋势。同时，泄水洞所处地区的地质单元结构也逐渐复杂，除存在一般浅埋隧洞常见问题外，泄水洞结构设计中还可能受到高地应力、高外水压力、涌水等不良地质条件的影响，必须通过加强支护的方式，提高结构的稳定性[2-4]。由此可见，泄水洞支护结构的设计及其稳定性的监测分析是非常重要的。

1工程概况

重庆市黔江区诸佛江重点河段综合治理工程为重庆市中小河流域治理规划建设项目，工程级别为5级，防洪标准10年一遇。工程整治范围为渗坝场镇分洪隧洞，总长度2.30km。隧洞布置于渗坝场镇密坑桥下游约510m、菖蒲溪终点下游约60m、菖蒲溪河道右岸；出口位于三岔河支流红洞溪左岸，三岔河最终流入诸佛江。

2整体设计思路

综合对本工程建设目标以及所处地区地质、气候、水文等相关条件的综合分析，将泄水洞布置于渗坝场镇密坑桥下游约510m，菖蒲溪终点落水洞下游约60m，菖蒲溪河道右岸；出口位于三岔河支流红洞溪左岸。隧洞工程全长2.30km。整个泄水洞由进口段、分洪隧洞和出口段三部分组成。进口段长238.72m，分为水平段和收缩段，渠道宽8.0―41.0m。水平段进口设置一拦污钢筋网，以阻拦上游顺洪水而下的树枝、石块等。水平段水域较宽，根据水流条件，护坡型式采用直立式挡墙、挡墙+斜坡、镇脚+斜坡和自然段四种护岸型式。收缩段渠道宽6.0―8.0m，底坡坡降i=1:16.0，采用C20砼边墙，墙高6.61―7.61m。分洪隧洞长2050m，进口底板高程为641.0m，出口底板高程为628m，隧洞底坡坡降i=3.00―6.43‰，隧洞采用城门洞型，断面尺寸为4.5―6.0×6.09―6.23m（宽×高），出口接三岔河小支沟红洞溪，出口设置消力池，消力池长10.0m。对进出口洞脸两侧天然岸坡进行挂网喷护。

3支护方案设计

在本工程中，根据前期勘察资料中所得到的相关数据，对不同围岩类别采取不同的支护型式设计方案。本工程前期地质调查资料中有关不同围岩类别的岩土力学数据（如表1）。其中，针对Ⅱ级围岩，采取支护方案为顶拱和边墙不衬砌、底板为混凝土浇筑；针对Ⅲ级围岩，采取支护方案为顶拱和边墙仅喷砼、底板为混凝土浇筑；针对Ⅳ围岩，采取支护方案为底板、边墙、顶拱均采用钢筋混凝土衬砌；针对Ⅴ级围岩，采取支护方案同样为底板、边墙、顶拱均采用钢筋混凝土衬砌[5]。遵循这一思路，具体的方案设计措施为：

3.1桩号“渗0+000.000―渗0+050.000”支护方案

本段隧洞长50m，底坡坡降为i=3.00‰，进口底板高程为641.0m，末端终点高程为640.85m，隧洞过水断面尺寸为6.0×6.23m（宽×高）。进口处为保证为有压进水，在隧洞进口设置一胸墙，胸墙底高程为644.90m。排气孔采用C20砼，净空尺寸为0.8×0.8m，衬砌厚度为0.3m。排气孔顶高程为650m。现场勘察资料显示，本区围岩结构有Ⅳ、Ⅴ类，具体支护形式为：（1）针对本区Ⅳ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.3m，顶拱和边墙先采用钢丝网和C2O喷砼（厚15cm）进行一期支护，再采用C20钢筋砼进行二期支护，C20钢筋砼厚0.3m，并在施工中设置长5m的φ22系统锚杆（间距为2.0m）。（2）针对本区Ⅴ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.35m，顶拱和边墙先采用钢丝网和C2O喷砼（厚20cm）进行一期支护，再采用C20钢筋砼进行二期支护，C20钢筋砼厚0.35m，并在施工中设置长5m的φ22系统锚杆（间距为2.0m）。

3.2桩号“渗0+050.000―渗2+050.000”支护方案

本段隧洞长2000m，底坡坡降i=6.43‰，进口底板高程为640.85m，末端高程为628.00m，隧洞过水断面尺寸为4.5―5.5m×6.09―6.10m（宽×高）。现场勘察资料显示，本区围岩结构有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩，具体支护形式为：（1）针对本区Ⅱ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.2m，顶拱和边墙均不采用支护措施，仅在施工中设置长5m的φ22随机锚杆。（2）针对本区Ⅲ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.2m，顶拱和边墙采用钢丝网和C2O喷砼（厚10cm）进行支护，并在施工中设置长5m的φ22随机锚杆。（3）针对本区Ⅳ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.3m，顶拱和边墙先采用钢丝网和C2O喷砼（厚15cm）进行一期支护，再采用C20钢筋砼进行二期支护，C20钢筋砼厚0.3m，并在施工中设置长5m的φ22系统锚杆（间距为2.0m）。（4）针对本区Ⅴ类围岩，支护方案为：底板采用C20钢筋砼衬砌，厚0.35m，顶拱和边墙先采用钢丝网和C2O喷砼（厚20cm）进行一期支护，再采用C20钢筋砼进行二期支护，C20钢筋砼厚0.35m，并在施工中设置长5m的φ22系统锚杆，锚杆间隔距离按照2.0m标准设计。

3.3特殊区段支护方案

第一，对于围岩条件较差的局部洞段，隧洞开挖后首先采用钢格栅对侧墙和拱顶进行临时支护，间距0.65m；钢格栅拱架和钢格栅立柱由主筋4Φ22、筘筋Φ6.5＠400和斜筋Φ10焊接成断面为200×200mm桁架。格栅间采用Φ6.5钢筋网片及Φ22钢筋连接；格栅内填充块石砼，厚度0.2m。格栅与围岩之间采用锚杆连接，锚杆间距1.2―1.5m梅花型布置，锚入围岩内3―3.5m。格栅外侧浇筑钢筋砼，格栅锚杆外延长到衬砌砼中。隧洞底板钢筋砼与基岩之间采用锚筋连接，间距1.5m梅花型布置，锚入基岩4.5m。第二，针对软弱、破碎地层而言，在凿空后发生塌孔的可能性大，并且操作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前导管支护。超前导管采用直径50mm的无缝钢管制作，钢管长5m，导管的前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6―8mm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20―30cm梅花形布设直径6mm的溢浆孔。

4结束语

在本工程泄水洞支护方案的实施过程当中，为了帮助工作人员及时了解泄水洞的工作状态，及时发现异常问题并妥善处理，确保各种水位条件下隧洞结构的稳定性，确保工程建设的安全，在现场施工中对泄水洞结构稳定性进行全面监测分析。通过现场