【某输水隧道工程的工程布置与建筑物设计计算案例】5500字

某输水隧道工程的工程布置与建筑物设计计算案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u15929某输水隧道工程的工程布置与建筑物设计计算案例综述 128020输水隧洞设计 128690设计依据 123161输水隧洞轴线选择 36892输水隧洞布置方案比选 35966方案一 329417方案二 34098方案比较 4624隧洞设计 4425输水管道设计 79569输水管道口径 710050管道敷设 79972管道埋深 729322沟槽开挖 724503管槽回填 822676管道连接 823613管道防腐 814385管道附件 86778管桥设计 920573结合井设计 96891征地范围和数量 912110工程占地范围 1011246永久征地 101762（1）隧道进出口 1018686（2）管桥 1031090（3）临时占地 1029871（4）建设用地投资 10输水隧洞设计设计依据设计流量重庆市万州区三水厂搬迁工程远期供水量35万m3/d，取水泵房至净水厂间原水输水工程由1#隧洞、埋管、管桥和2#隧洞组成，隧洞采用无压隧洞过流方式，隧洞内水流为明流，隧洞不承担内水压力，根据远期供水量计划，考虑到水厂自用水5%和综合水头损失5%，输水隧洞设计流量为4.66m3/s。设计采用的主要规范、标准《水利水电工程初步设计报告编制规程》SL619-2013；《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）；《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008；《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》SL251-2000；《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97；《水工隧洞设计规范》SL279-2002；《水利水电工程边坡设计规范》SL386-2007；《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；《水利水电工程设计工程量计算规定》SL328-2005；《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001；《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004；《水利水电工程施工总布置设计导则》DL/T5192-2004；其它相关规程、规范。设计基本资料（1）气象万州位于中纬度，属湿润亚热带季风气候区，气候要素和天气特点都有明显的季节变化，具有冬暖、春早、无霜期长、雨量充沛、湿度大、日照少，云雾多等特点。年平均气温在18℃左右；最低月平均气温为5～7℃，极端最低气温在0℃以下；最高月平均气温28℃以上，极端最高气温为42.1℃以上。年降雨量为1100～1300mm，降雨量年内分布不均，最大降雨强度197.1mm/h，夏季最多，占全年雨量的34～46％；春秋次之，占全年雨量的25～30％，冬季最少，占全年雨量的4～5％。常年阴天日数200天左右，平均日照时数1484.4h。（2）地震据历史地震资料，万州地区地震活动稀少而微弱，以城区为中心的50km范围内，历史上至今没有Ms≥4.5级的地震记载。根据国家地震局《中国地震烈度区划图》（1990），调查区属于弱震区，地震基本烈度为Ⅵ度。输水隧洞轴线选择轴线选择原则本工程输水隧洞线路较长，地形地质条件影响大，输水隧洞轴线遵照以下列原则比选：（1）输水隧洞具备成洞条件，隧洞轴线长度较短(轴线最好是直线)，施工条件（适宜布置施工支洞、弃渣方便）较优；（2）输水隧洞进、出口宜布置在覆盖层浅、不存在潜在滑坡体处；（3）与整个输水线路顺滑衔接；（4）工程投资较省。输水隧洞布置方案比选本工程一期20万m3/d，二期规模达到35万m3/d，方案一采用无压自流隧洞方案，根据施工条件选择断面；方案二采用洞内敷设管道方案，为了提高输水安全可靠性，方案二按敷两根输水管道条件选择断面，其输水管道按一期规模敷一根，二期增加一根进行设计。方案一本方案沿取水泵房和水厂的直线埋地敷管输水几乎不可能，因为沿线地形中间高两端低，大部分高程在300m（56年黄海）以上，最高约为523m（56年黄海），局部有深沟，管道翻山正常运行影响很大；因此，采用无压自流隧洞输水，且按远期规模设计，一次建成。输水线路需跨越滩边河，河底高程低于输水隧洞底高程，滩边河将输水隧洞分成两部分，即1#输水隧洞和2#输水隧洞，根据输水线路布置，1#输水隧洞长2.611km，2#输水隧洞长11.157km，设计纵坡分别均为1‰，断面尺寸见图4.3-1。1#、2#隧洞间采用采用自流输水管和管桥跨越滩边河。根据施工条件（通风管直径、出渣运输机械尺寸等）、工程投资和工程类比，1#输水隧洞和2#输水隧洞净断面尺寸为2.5m×2.7m，2#输水隧洞的施工支洞净断面尺寸为2.5m×2.7m。方案二本方案管道从取水泵房到水厂，根据地形条件可全隧洞敷设管道方式输水，见下图，隧洞长约13.55km。隧洞断面见图4.3-2。洞内按敷设2根DN1400mm，经水力计算2根DN1400mm见表4.3-3，根据计算结果DN1400mm水头损失80.96m。方案比较方案一，无压自流隧洞，工程量小投资省，缺点，受水压及地形限制，局部需管道连接；方案二，不受水压控制，可以全线隧洞贯通，但洞内敷管，增加隧洞断面，工程量加大，投资也增大。考虑本工程线路大部分成洞条件都较好，受水压控制因素小，推荐方案一。隧洞设计隧洞布置1#输水隧洞进口桩号K0+632.92，为了调压，进口布置结合井；出口桩号K3+244.23，出口接管桥；输水隧洞进口底板高程为262.73m，出口底板高程为260.12m。2#输水隧洞进口接管桥，桩号为K3+508.79，出口桩号K14+666；输水隧洞进口底板高程为256.14m，出口底板高程为244.98m。1#和2#输水隧洞底部纵坡均为1‰，沿程输水流量为4.66m³/s。隧洞断面形式有压隧洞断面形式一般采用圆形断面，无压隧洞一般采用城门洞形或马蹄形。灌区无压隧洞大多采用城门洞形断面，其优点是便于施工放样、开挖出渣和混凝土施工。图2.1隧道最小开挖断面结合本工程的规模、沿线地质情况以及便于施工等因素，且本工程输送原水，为无压隧洞，因此隧洞断面采用城门洞型，1#隧洞和2#隧洞断面尺寸均为2.5×2.7m，顶拱半径1.25m，圆弧角180°，净断面面积6.08m2图2.1隧道最小开挖断面洞身支护及衬砌设计根据地质勘探成果，洞线穿越围岩类别为Ⅲ～Ⅴ类。洞身支护及衬砌应按围堰分段分类设计，具体方案如下：1#输水隧道Ⅲ类围岩共3段，长1.795km。城门洞型断面，常规钻爆法施工。隧道开挖宽度3.32m，过水断面净宽2.5m。初期支护均为喷C25砼厚8cm+Φ22系统锚杆+局部顶拱挂钢筋网，拱墙预留变形量3cm，二次衬砌钢筋混凝土厚30cm，拱墙衬砌外设高分子复合自粘防水卷材包裹，衬砌砼每10m设环向施工缝，缝间设止橡胶止水带。1#输水隧道Ⅳ类围岩共5段，长0.759km。城门洞型断面，常规钻爆法施工。隧道开挖宽度3.66m，过水断面净宽2.5m。初期支护为喷C25砼厚10cm+Φ22系统锚杆+拱墙挂钢筋网，拱墙预留变形量8cm，二次衬砌钢筋混凝土厚40cm拱墙衬砌外设高分子复合自粘防水卷材包裹，衬砌砼每10m设环向施工缝，缝间设止橡胶止水带。1#输水隧道，Ⅴ类围岩共2段，长82.2m。城门洞型断面，常规钻爆法施工。Ⅴ类围岩段分两种情况进行初期支护，一是隧道口，开挖宽度3.9m，过水断面净宽2.5m，初期支护为I14型钢拱架、顶拱120°范围设φ89（6）大管棚、喷C25砼厚20cm、Φ22系统锚杆、拱墙挂钢筋网，二次衬砌钢筋混凝土厚40cm；二是洞内，开挖宽度3.9m，过水断面净宽2.5m，初期支护为I14型钢拱架、顶拱120°范围设φ42（4）小导管、喷C25砼厚20cm、Φ22系统锚杆、拱墙挂钢筋网，二次衬砌钢筋混凝土厚40cm；拱墙衬砌外设高分子复合自粘防水卷材包裹，衬砌砼每10m设环向施工缝，缝间设橡胶止水带。隧道顶拱均匀布设排水孔，排水孔按3×3m梅花型布置，深入基岩2.0m。隧道进出口明洞钢筋混凝土衬砌厚拱墙为70cm、底板为40cm。洞身防排水设计本输水工程主要是解决万州区人民饮用水需求，为了饮用水安全可靠，该工程尽量做到安全、独立运行。由于输水隧道沿途地表设有化工厂、污水处理厂，为防止污染的地下水渗入隧道，采取了四种防排水措施：（1）在隧道拱墙衬砌混凝土的外围设一圈高分子复合自粘防水卷材；（2）在底板左右两侧设纵向排水沟槽，沟槽内铺设φ150PVC排水花管，空隙部位填筑过滤碎石；（3）底板开挖完成后，喷5cm厚的混凝土，再铺设一层复合土工膜防渗，底板衬砌混凝土浇筑在土工膜上；底板土工膜在边墙部位折起与边墙部位的防水卷材粘合，在衬砌混凝土的外围形成一道封闭防水圈。（4）在隧道衬砌混凝土中掺加防水剂，增强衬砌混凝土的密实性和防水性。不良地质洞段超前支护设计（1）洞口管棚为确保施工安全，进、出口段20m范围内采用管棚法支护，管棚设置在管顶120°范围内，采用Φ89无缝钢管，环向间距40cm，倾角1°。长管棚采用宽2m、厚0.6m的C30钢筋混凝土套拱作为管棚导向墙，套拱在洞外施做，内设4榀I14工字钢，工字钢上预埋Φ101无缝钢管作为管棚导向管，管棚灌浆采用425#普通硅酸盐水泥浆，注浆压力及注浆量根据现场试验确定。（2）洞内超前锚杆和注浆小导管对于受地质构造影响严重的洞段，开挖临空后的数小时内可能剥落或局部坍塌，应先进行超前支护，再开挖，开挖后立即进行初期支护。根据目前的地质勘探结果，对隧道围岩不稳定的Ⅳ、Ⅴ类围岩，采取超前支护措施。Ⅳ类围岩不良地质段超前支护措施采用φ25超前锚杆，沿隧道纵向在拱顶180°范围布置。锚杆环向间距30cm，单根管长4m，搭接长度不小于1m，倾角为5～10°。Ⅴ类围岩不良地质段超前支护措施采用φ42（4）注浆小导管，沿隧道纵向在拱顶120°范围布置小导管。小导管环向间距40cm，单根管长4m，搭接长度不小于1m，倾角为5～10°。小导管注浆采用425#普通硅酸盐水泥浆，注浆压力及注浆量根据现场试验确定。施工时应根据实际地质情况和现场监测情况，确定最终的超前支护型式及参数，使工程达到安全、经济、合理。输水管道设计输水管道口径本工程输水线路中有有两段管道，第一段从起点至1#隧道进口，管道长度约825，第二段从1#隧道出口至2#隧道进口，管道长度约263m（含管桥），管道总长1088m。经过经济技术比较，管线长1088m时，2根DN1400管道比2根DN1200管道造价更高。但采用DN1400管道，近期5年时间节省的电费即可抵扣工程投资增加值，效益可观。因此推荐采用DN1400管道。管道敷设管道埋深本工程所处地区气候温暖，管道埋深不考虑土壤冰冻深度。对无车辆通行的部位，管顶埋深按1.0m控制，在有车辆通行的部位，管顶埋深按1.2m左右控制，沿公路敷管采用混凝土包封。沟槽开挖根据《给水排水管道施工及验收规范》等相关要求，管槽开挖边坡按临时边坡考虑，结合本地区的地质情况，岩石地层采用垂直开挖；土质边坡为1∶0.75。开挖沟槽时，沟底设计标高以上0.2～0.3m的原状土应予以保留，禁止扰动，铺管前人工清理，如局部超挖，需用砂土或符合要求的原土填补并分层夯实；管沟沟底为岩石基础时，应对管沟起伏差较大的部位进行修整处理，以保证管道的受力条件和运行要求。管槽回填管道安装铺设完毕后需尽快回填，回填土为良土，即无腐殖质和粒径超过2cm砾石的土。回填方式采用分层碾压回填法，流程为先回填30cm厚度的回填土，压实之后再次回填，同时保证管腔两侧同步上升。管道敷设在不同地段时需对地基做不同处理。如在岩石地段时需先铺设20cm厚砂砾层；在粘性土、砂性土等地段时需先人工找平；在软基地段时采用碎石回填的方式。管道连接本工程所用钢管全部采用双面焊接。管道防腐根据地勘报告，管桥处地下水对钢结构具有为微腐蚀性。为确保管道长久运行安全，钢管内外壁均需防腐。本工程采用内外涂环氧树脂复合钢管，基材采用螺旋钢管，材质Q345B，内防腐材料满足生活饮用水卫生标准。管道附件输水管道附件包括排气阀、检修阀、放空阀、水锤消除器等设备。为止通水不畅或空气受压，引起水锤，本工程选用自动进排气阀，输水管道隆起点设进排气阀，管线竖向布置平缓时，宜间隔1000m左右设空气阀。为了便于故障的管段断流以便进行检修，本工程每隔1000m左右设置一个检修阀，压力等级1.6MPa。同时在管道上下凹部位设置放空阀，便于冲洗管道和管道检修。在输水管线可能产生负压断流弥合水锤处设置专门防止负压水锤的真空补气阀，此外，在泵站出水管上应设置水锤消除器，在水泵出口端设置缓闭止回阀都是消除水锤的有效措施。管桥设计输水管道跨越滩边河采用2根DN1400钢管作为自承式管桥，按一次性建成双管进行设计。管桥全长72m，共分为4跨，两端设镇墩，中间设置3榀钢筋混凝土管桥架。管桥架为低桩承台，采用直径为800mm的钻孔灌注桩，所有桩基均需嵌入中风化岩层。1#管桥架和3#管桥架低桩承台上部设钢筋混凝土框架，框架顶部设钢筋混凝土梁板平台，平台顶部设置滑动支座和伸缩节，补偿钢管的纵向温度应力，2#管桥架低桩承台上部设双柱平台，平台顶部设置滑动支座。管桥两侧管线在转弯处共设置6处镇墩，其中2#结合井～1#镇墩之间管线、6#镇墩～3#结合井之间管线坡度较缓，按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的相关规定进行开挖与回填。2#～3#镇墩之间管线、4#～6#镇墩之间管线开挖沟槽，镇墩之间采用支墩架管的方式铺设，且这几段管线端头部位设置伸缩节，补偿温度应力变形，开挖沟槽边坡采用喷锚挂网支护。1#镇墩和2#镇墩之间管线水平倾角约为73°，垂直高差约为22m，属于陡坡段输水管线。该段管槽可以采用爆破加人工清坡的方式开挖，开挖出宽5m，深2m的管槽后，需在管槽底部设置直径25mm，深度为6m的锚杆，锚杆布置间距为2m×2m。铺设完管道之后，该段管槽采用C25素混凝土浇筑回填，将该段管道完全包覆。结合井设计为使输