魚劍口電站引水隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì)

2023年12月31日發(fā)(作者：駕駛員心理)

?２?　四川水利　２０１０．Ｎｏ．６　魚劍口電站引水隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì)　姚世宏　，項(xiàng)慶偉　（１．四川安和水利水電ｘ．ｆｉ＿ｃ＿有限公司，成都，６１０２１３；　２．重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶，４０００２０）　【摘要】魚劍口電站引水隧洞長(zhǎng)７７６２．７５ｍ，為內(nèi)徑６．２ｍ的圓型有壓隧洞，設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力０．１ＭＰａ一０．４８ＭＰａ。隧　洞圍巖主要為灰?guī)r，洞線處于強(qiáng)巖溶地區(qū)，跨越５條地下巖溶管道，致使工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)分析了巖溶地　區(qū)有壓隧洞襯砌設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，針對(duì)不同洞段的地質(zhì)情況選用不同的襯砌形式，并對(duì)施工中遇到的特殊問題作出了相應(yīng)的　處理設(shè)計(jì)。為電站的順利發(fā)電創(chuàng)造了條件。　【關(guān)鍵詞】魚劍口電站引水隧洞巖溶反縫處理　１　工程概況　魚劍口水電站位于重慶豐都三建鄉(xiāng)與安寧鄉(xiāng)　境內(nèi)，是長(zhǎng)江右岸支流——龍河最后一級(jí)梯級(jí)電　站。電站為建壩壅水與長(zhǎng)隧洞引水混合式開發(fā)，　主要建筑物有攔河壩、進(jìn)水塔、引水隧洞、調(diào)壓井、　電站廠房等，裝機(jī)容量３　ｘ２０ＭＷ。　引水隧洞是本工程重要引水建筑物，自取水　口至調(diào)壓井全長(zhǎng)７７６２．７５ｍ。隧洞設(shè)計(jì)洞徑　６．２ｍ，混凝土襯砌厚度０．３ｍ～０．６ｍ，隧洞底板高　量１０２ｍ　／ｓ，設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力０．１ＭＰａ～０．４８ＭＰａ。　施工采用“鉆爆法”，引水隧洞穿越的巖層以灰?guī)r　為主（７０％以上），巖溶較發(fā)育，其次為泥灰?guī)r、泥　（頁）巖、砂巖。施工中，灰?guī)r洞段出現(xiàn)７處巖溶　大量涌水，泥（頁）巖、泥灰?guī)r洞段有較大的塌方，　部分地段拱架變形，給施工帶來一定困難。　該工程于２００１年８月開工，２Ｏ０４年ｌ０月５　日下閘蓄水，經(jīng)過７２ｈ運(yùn)行、放空檢查情況良好，　并于２００４年１０月２５日正式并網(wǎng)發(fā)電。　程為２３７．８０ｍ一２２０．５５ｍ，最大埋深８４０ｍ，引用流　圖１　魚劍口水電站樞紐總體平面布置　２地質(zhì)條件　２．１地形地貌。施工區(qū)屬中山地貌，中部最高　山嶺——方斗山山脊（背斜），海拔高程１ｌＯＯｍ一　１２００ｍ，河床高程為２３０ｍ～１７０ｍ，相對(duì)高差　ｌＯ００ｍ左右。山脊走向?yàn)楸睎|３０。～４０。，兩側(cè)呈　現(xiàn)“山”字形階梯，中間高兩翼低。區(qū)間內(nèi)溝谷深　切，谷內(nèi)常見基巖灘地和跌水，覆蓋較淺。河流、　溝槽和山系走向受構(gòu)造控制。　２．２地層巖性。引水隧洞穿越一套古生界二　迭系下統(tǒng)（Ｔ１）一中生界三迭系上統(tǒng)（Ｐ３）地層，大　致可分為三種巖性洞段：灰?guī)r段、巖屑砂巖段、泥　灰?guī)r及泥（頁）巖段。隧洞進(jìn)口處為三迭系須家　

２０１０．Ｎｏ．６　四川水利　?３?　河組（ｒＩ３　ｘｊ）巖屑砂巖洞段，地層最新；隧洞上、下　游為雷口坡組（Ｔ２Ｌ）泥質(zhì)灰?guī)r、泥頁巖段；隧洞中　部為灰?guī)r段，地層為嘉陵江組（Ｔｌｊ）、飛仙關(guān)組　（Ｔｌｆ）、長(zhǎng)興組（Ｐ２ｃ）、毛口組（Ｐ１ｍ）、龍?zhí)督M　（Ｐ２Ｌ）、棲霞組（Ｐ１ｑ），最老地層為二迭系下統(tǒng)棲　霞組。引水隧洞橫穿方斗山背斜，共穿越八大巖　組，兩翼地層基本對(duì)稱一致。　２．３地質(zhì)構(gòu)造。本區(qū)基本烈度為ＶＩ度。方斗　山背斜為本區(qū)的單一構(gòu)造形跡，背斜軸部與山脊　一致。在工區(qū)內(nèi)，背斜東南翼（隧洞上游）巖層較　陡，產(chǎn)狀為ＮＥ２０。～５５。、ＳＥ　３５。～６５。；西北翼　（隧洞下游）巖層較緩，產(chǎn)狀為ＮＥ２０。一４０。、ＮＷ、　３Ｏ。～５５。。核部巖層有明顯撓曲，洞內(nèi)層面不　明顯，局部近直立。洞內(nèi)主要發(fā)育４組裂隙：①　ＮＥ２０。～５５。ＳＥ或ＮＷ　３Ｏ。～６５。層間裂隙；②　ＮＷ２９０。一３３０。、ＳＷ或ＮＥＬ７０。一８５。。③ＮＥ７０。　～８０。、ｓＥ或ＮＷ／＿．６０。～８０。。＠ＮＷ２７０。～２８０。、　ＳＷ或ＮＥＬ６５。～７０。，層間裂隙較發(fā)育。　２．４巖溶。本區(qū)碳酸鹽類巖石分布廣泛，表面　的溶溝、溶槽、溶蝕裂隙不明顯或發(fā)育較淺，落水　洞、漏斗，水平方向溶洞及暗河數(shù)量不大。巖溶主　要分布于背斜軸部及北西翼，出露高程多在２２５ｍ　一２３０ｍ；背斜軸部西北翼的“雪玉洞”規(guī)模較大，　長(zhǎng)約十幾ｋｍ，高或?qū)挘保坝啵恚磧?nèi)鐘乳石發(fā)育奇　特，現(xiàn)已開發(fā)為旅游景點(diǎn)。　洞內(nèi)巖溶主要發(fā)育在背斜兩翼的嘉陵江組和　軸部的茅口組～棲霞組，溶蝕類型為溶蝕一構(gòu)造　和溶蝕型，形態(tài)以溶蝕裂隙、蜂窩狀溶孔為主，其　次為溶洞、溶蝕破碎。最大溶洞為背斜北西翼嘉　陵江組第四段（Ｔｌｊ４）Ｋ７＋２３５ｍ處＋６ｍ左右，充　填粘土，無水；（Ｔｌｊ１）Ｋ６＋５００ｍ處４３．５ｍ溶洞，　大量涌水；Ｋ４＋７６７ｍ處溶蝕裂隙，右壁寬０．６ｍ，　雨季大量涌水。　２．５水文地質(zhì)條件。工區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平　均降雨量為９００ｍｍ左右，且集中于４～９月份。　前期推測(cè)方斗山背斜軸部地下水位高程為　４００ｍ～５００ｍ，高于洞線２００ｍ～３００ｍ，兩翼水位　逐漸降低。施工中除溶蝕裂隙、溶洞段涌水外，其　余洞段干燥一潮濕，隧洞下游灰?guī)r洞段水量豐富，　地下水位在１５０ｍ～５０ｍ。隧洞中段（背斜軸部）　水位在枯水期低于洞底４ｍ左右，雨季高于洞底　１ｍ～５ｍ。地下水類型為巖溶裂隙水和基巖裂隙　水，不同巖性的水文地質(zhì)條件差別較大。灰?guī)r洞　段的地下水集中于巖溶通道，受巖溶發(fā)育程度控　制；砂巖段的裂隙水相對(duì)水量較小，泥頁巖為相對(duì)　隔水層，但也存在基巖裂隙水集中出水點(diǎn)。　施工中共出現(xiàn)７處涌水，下游有６處，最大的　涌水是隧洞中部（樁號(hào)４＋７６７ｍ處）的寬溶蝕裂　隙，最大涌水量約為３００ｍ　／ｈ；其它涌水位置分別　為：２＋１８６ｍ（Ｔ１　），４＋７６７ｍ（Ｐ１ｍ），５＋５１０ｍ、５　＋５８２ｍ（Ｐ２ｅ），６＋０５０ｍ（Ｔ１ｌ３），６＋７０６ｍ（Ｔｌｊ２）　附近溶蝕裂隙及（Ｔｌｊ１）６＋５００ｍ處溶洞。　２．６巖石強(qiáng)度。巖屑砂巖濕抗壓強(qiáng)度一般為　５１ＭＰａ～７０．６ＭＰａ，薄層灰?guī)r為３０ＭＰａ一６０ＭＰａ，　中厚層灰?guī)r大于６０ＭＰａ一１００ＭＰａ；紫紅色砂質(zhì)泥　巖夾灰綠色鈣質(zhì)泥巖及頁巖，抗壓強(qiáng)度２０ＭＰａ左　右，較濕泥化抗壓強(qiáng)度僅６ＭＰａ一１０ＭＰａ；泥灰?guī)r　抗壓強(qiáng)度一般為２０ＭＰａ一４０ＭＰａ，含泥量高，強(qiáng)度　變化大（含泥量較高時(shí)強(qiáng)度較低）。　２．７圍巖類別。施工前期，根據(jù)隧洞的工程地　質(zhì)條件、國(guó)內(nèi)圍巖標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外常用的Ｑ系統(tǒng)，采　用ＲＭＲ分類方法進(jìn)行了對(duì)比分類。灰?guī)r碎屑砂　巖段綜合判定為Ⅱ類圍巖；紫紅色泥頁巖（薄層　泥灰?guī)r）段、炭質(zhì)頁巖（煤層）、碎裂巖為Ⅲ～Ⅳ類　圍巖；巖溶破碎帶沉積填物為Ｖ類圍巖。　３　襯砌設(shè)計(jì)　魚劍口電站引水隧洞襯砌形式，是根據(jù)隧洞　各段內(nèi)水壓力及地質(zhì)條件選定，并盡可能最大限　度的利用圍巖，充分發(fā)揮圍巖的作用。即考慮支　護(hù)和襯砌與圍巖的共同作用，同時(shí)考慮水工隧洞　的特點(diǎn)，加固措施滿足水流摩阻小、水量滲漏損失　少的原則。　對(duì)于巖石完整性好的Ⅱ類圍巖，設(shè)計(jì)中曾對(duì)　同等水頭損失條件下的幾種斷面型式進(jìn)行了比較　分析（見圖２）。　圈馬蹄形　平底舄雌形　城門嗣形　圖２幾種隧洞斷面型式　

?４?　姚世宏項(xiàng)慶偉：魚劍口電站引水隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì)　，２０１０．Ｎｏ．６　從圖１中可以看出，噴混凝土襯砌具有投資　省、施工進(jìn)度快、受力結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)點(diǎn)，但也存在　糙率大且難以控制、抗?jié)B性能較差等缺點(diǎn)。由于　本引水隧洞為長(zhǎng)隧洞，如噴錨襯砌必須設(shè)置集石　坑且經(jīng)常檢修，勢(shì)必會(huì)影響發(fā)電效益。根據(jù)筆者　現(xiàn)場(chǎng)感受，對(duì)于中小型電站施工，由于管理不完　善，隧洞開挖的平整度和噴錨襯砌施工質(zhì)量難以　保證，也會(huì)影響發(fā)電效益，因此最終選擇了圓形現(xiàn)　澆混凝土襯砌。　對(duì)于巖石完整性差的Ⅲ、Ⅳ、Ｖ類圍巖，一次　支護(hù)采用噴錨、鋼格柵、鋼拱架，二次支護(hù)采用鋼　筋混凝土，襯砌厚度通過不同的巖石和內(nèi)水壓力　計(jì)算確定。鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彈性力　學(xué)法，對(duì)彈性抗力分布不作任何假定，將襯砌結(jié)構(gòu)　的計(jì)算化為非線性常微分方程組的邊值問題，采　用電算應(yīng)用初參數(shù)法遞推進(jìn)行各工況下襯砌靜力　計(jì)算，選擇最不利工況下的內(nèi)力進(jìn)行襯砌配筋計(jì)　算，襯砌配筋采用半經(jīng)驗(yàn)半極限方法并結(jié)合新規(guī)　范進(jìn)行。　４巖溶的處理　巖溶發(fā)育洞段主要在方斗山背斜兩翼的嘉陵　江組第一段～第四段和背斜軸部的茅口組、棲霞　組中，圍巖類別為Ⅱ、Ⅲ類，完整性良好，表現(xiàn)型式　為溶洞涌水、溶蝕裂隙涌水。　筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的處理經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，對(duì)巖溶洞穴　或裂隙規(guī)模較大，特別是有季節(jié)性涌水的巖溶洞　穴或裂隙，采用堵、導(dǎo)、排等措施是行之有效的。　盡可能在保持原有地下水動(dòng)力環(huán)境不變的情況　下，通過調(diào)整襯砌和加強(qiáng)對(duì)圍巖的錨固和固結(jié)灌　漿，使圍巖與襯砌成為整體來共同承擔(dān)外水壓力。　引水隧洞樁號(hào)Ｋ６＋７０６ｍ為比較典型的溶洞　涌水。該段隧洞圍巖為三迭系嘉陵江組第二段　（Ｔｌｊ２）底部中厚層灰?guī)r與深灰色厚層含礫泥質(zhì)灰　巖（質(zhì)較軟），巖層產(chǎn)狀為ＮＥ４３。ＮＷ／４５。，在兩　巖層界面處出現(xiàn)一條環(huán)洞層問溶蝕裂隙，寬　０．５ｅｒａ～３ｅｍ，充填巖屑及黃泥，左壁頂拱流水，水　量１Ｌ／ｒａｉｎ～２Ｌ／ｍｉｎ。附近層間裂隙間距１ｍ～　４ｍ，主要充填巖屑、方解石脈，沿裂隙滴水。由于　礫泥質(zhì)灰?guī)r強(qiáng)度低且水量較大，設(shè)代人員將圍巖　由Ⅱ類變更為Ⅲ類，施工對(duì)該段進(jìn)行了錨網(wǎng)噴護(hù)　處理。當(dāng)繼續(xù)施工開挖距該處３０ｍ時(shí)，發(fā)現(xiàn)６＋　７０６ｍ處的溶蝕裂隙在左壁洞頂出現(xiàn)異常的黃水，　流量增大，幾小時(shí)后發(fā)生塌落（高ｌｍ、面積２．５ｍ　×３ｍ），大量地下水及泥漿涌出，最大涌水持續(xù)　１ｈ～２ｈ，涌出泥漿及黃水近萬ｍ　；隨后水量減小，　經(jīng)２６ｄ的清淤、排水、加固頂拱后恢復(fù)施工，施工　期間流水量仍保持在２０Ｌ／ｒａｉｎ～６０Ｌ／ｍｉｎ，受降雨　影響變化較大。　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在溶洞口四周布置短錨筋固　定鋼管，在鋼管與巖石之間先用速凝砂漿封堵，然　后用Ｃ１５混凝土回填澆筑封堵；封堵后水流可通　過鋼管集中流出，不影響隧洞的開挖；最后接導(dǎo)流　鋼管至支洞口排出，保持原有的地下水動(dòng)力環(huán)境。　根據(jù)埋深判斷，外水壓力約１５０ｍ，僅靠原襯　砌（厚度為３０ｃｍ素Ｃ２０混凝土）不能滿足要求，　根據(jù)計(jì)算將襯砌調(diào)整為厚３０ｃｍ的Ｃ２５鋼筋混凝　土，同時(shí)增加系統(tǒng)錨桿并與內(nèi)側(cè)受力筋焊接在一　起，共同承擔(dān)外水壓力，最后加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理。　５襯砌反縫處理　隧洞由于線路比較長(zhǎng)，為縮短施工工期，襯砌　采用了先襯邊頂拱后襯底拱的方式進(jìn)行，在邊頂　拱底部形成了一條反縫，如反縫處理不好，極易形　成通縫及滲水通道，削弱襯砌的整體性，改變隧洞　計(jì)算的邊界條件。所以，必須選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸健“福员ＷC隧洞安全。　根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方案，反縫處　理采用預(yù)留鍵槽，預(yù)埋止水片并對(duì)反縫進(jìn)行灌漿。　但實(shí)際操作中，由于預(yù)留鍵槽、預(yù)埋止水片增加了　施工難度，考慮到隧洞承受的內(nèi)水壓力為０．１ＭＰａ　～０．４８ＭＰａ，屬于中低水頭，故未設(shè)置鍵槽，在襯　底拱前反縫設(shè)置，采用遇水膨脹止水條來替代止　水片，待襯砌完成后對(duì)反縫灌漿處理，并對(duì)迎水面　反縫處開一寬８ｃｍ、深３ｃｍ～５ｃｍ的槽，用預(yù)縮砂　漿處理，經(jīng)實(shí)踐達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。　一　施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦方案　施工中實(shí)際采用方案　圖３反縫縫面處理　（下轉(zhuǎn)第２２頁）　

?２２－　龐江：涼灘電站尾水事故檢修門結(jié)構(gòu)探討　２０１０．Ｎｏ．６　本閘門作為檢修門使用時(shí)，靜水啟閉，支承設(shè)　在上游，其工作特點(diǎn)是擋水水頭比啟閉操作水頭　大得多，因此，要求閘門的支承具有較高的承載能　力。同時(shí)，為保證閘門能一次順利下閘，并盡量降　低啟閉機(jī)容量，又要求支承材料具有較低的摩擦　系數(shù)。據(jù)此，本閘門上游支承采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易　于制造、安裝的滑動(dòng)式支承。為滿足上述特性，經(jīng)　過對(duì)多種支承材料的研究、比較，最后決定支承材　料采用嘉興天佑機(jī)械有限公司生產(chǎn)的“ＴＳ一７０Ｃ”　滑塊，其材料為釘板型復(fù)合材料滑道系列油尼龍　塑料合金。滑塊許用荷載為４７ｋＮ／ｍｍ，時(shí)效摩擦　系數(shù)≤０．１，靜水摩擦系數(shù)０．０８，動(dòng)水摩擦系數(shù)　０．０５５，主滑塊按等載荷布置。本閘門雙向支承布　置見圖５所示。　３止水裝置設(shè)計(jì)　止水漏水會(huì)引起閘門振動(dòng)和空蝕，導(dǎo)致閘門　結(jié)構(gòu)、埋件及止水本身的破壞，影響閘門正常工　作，因此必須確保閘門止水效果良好。　閘門的兩種運(yùn)行工況，決定了本閘門頂、側(cè)及　轉(zhuǎn)角需采用雙向止水（雙向Ｐ６０）。為保證上水嚴(yán)　圖５　雙向支承的門葉門槽關(guān)系圖　問采用熱膠合連接，以消除止水橡膠接縫處的漏　水隱患。　密并降低上水與座板之間的摩阻力，對(duì)不銹鋼座　板進(jìn)行了機(jī)械加工。底上水和中間上水采用條型　４啟閉機(jī)選擇　啟閉機(jī)是實(shí)現(xiàn)順利下閘的重要設(shè)備，其布置　與選型在工程設(shè)計(jì)中甚為重要。根據(jù)閘門的操作　上水，止水壓縮５ｍｍ。為避免橡皮翻卷及壓板邊　緣切割橡皮，止水壓板的邊緣加工為圓弧狀。為　條件以及水工建筑物布置因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，　選用２×１０００ｋＮ雙吊點(diǎn)（吊點(diǎn)中心距為５．２８ｍ）　了減少上水與座板間的摩阻力，并提高止水的耐　磨性，頂、側(cè)及轉(zhuǎn)角止水的材料均采用橡塑復(fù)合型　固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。該啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，承載能　力大，運(yùn)行平穩(wěn)可靠且安裝維護(hù)方便。　排水設(shè)施，實(shí)踐證明效果良好。　６．３　實(shí)踐證明，在中低水頭、直徑不大的有壓　橡皮。底止水、中間止水采用整體成型，各止水之　（上接第４頁）　■　６小結(jié)　６．１　水工隧洞是在巖體中開挖而形成的洞室，　所以隧洞主體的圍巖，必須充分利用圍巖自身抗　力，襯砌的作用僅是加固圍巖及滿足水力學(xué)的要　求。　引水隧洞邊頂拱反縫處理中，可以用遇水膨脹止　水條代替止水片，反縫縫面作預(yù)縮砂漿處理后，可　以減少滲水量，減輕鋼筋的銹蝕，增長(zhǎng)襯砌的使用　壽命。　６．４　整個(gè)魚劍口電站引水隧洞的設(shè)計(jì)是成功　６．２對(duì)巖溶管道、暗河、涌水地段，外水壓力按　大部分水頭作用考慮，有壓隧洞對(duì)巖溶洞穴及管　道須作特殊處理外，并可通過固結(jié)灌漿和增加系　統(tǒng)錨桿充分利用圍巖分擔(dān)內(nèi)水壓力，從而減小襯　的，充分考慮了巖溶地區(qū)有壓隧洞襯砌設(shè)計(jì)的特　點(diǎn)，對(duì)不同洞段的地質(zhì)情況選用不同的襯砌形式，　對(duì)施工中遇到的特殊問題作出了相應(yīng)的處理設(shè)　計(jì)，為電站的順利發(fā)電創(chuàng)造了條件。　■　砌厚度，節(jié)省工程投資，并疏通原排水通道或另設(shè)