黄土塬区隧洞工程的选线分析及设计优化

摘 要：隧洞的选线及设计优化是隧洞建设的关键,它关系到隧洞的造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等到方面。因此，应该在勘测工作的基础上拟定不同方案，考虑各种因素，进行技术比较后选定。本文通过具体工程设计实例分析，分析不同地质、地形条件对隧洞选线及细部设计的影响，供大家参考。

关键词：土质隧洞;选线;设计

1 前言

桃曲坡水库灌区属资源性缺水地区，灌区相对水源不足，灌区因其特殊的地形条件限制，分为塬上灌区和塬下灌区两部分。塬上灌区由桃曲坡水库高洞放水，经高干渠系输水灌溉;塬下灌区由桃曲坡水库低洞放水入沮河河道流入岔口枢纽后，经东、西干渠和民联干渠引水灌溉。然而从水库至岔口间15.3km的天然河道输水损失多年平均约448万m3，水的利用系数仅为0.68。南支与岔口连通工程的实施一方面可调整供水方向、减少河道输水损失、提高灌溉保证率，另一方面可适应市场需求，满足小流量、长历时供水、合理利用水资源。

南支与岔口连通工程位于富平县梅家坪镇，西起桃曲坡水库灌区高干南支渠7+556.1处，东至岔口引水枢纽，全长3.157KM，总落差71.60m。

工程位于鄂尔多斯台地向斜南缘，渭河以北黄土残塬地基之上，该区地震烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为a=0.1g,地震动反应谱特征周期Tg=0.4s,工程位于断裂活动较弱区域，属Ⅱ类较稳定区。地形地貌以残塬沟壑为主，分布着第四系黄土，黄土厚度达80～100m,地质结构简单。地基土属中～高压缩性土，具中等透水性，土的稠度为坚硬至可塑状态。地基土为自重湿陷性黄土，黄土层的湿陷下界为17.10～23.50m，湿陷等级为Ⅱ～Ⅳ级。

工程处于渭北黄土塬区，属半干旱地区，年降水量少，水文地质条件简单，地下水主要是埋藏于第四纪地层中的潜水。地下水埋深在100m以下，地下水对工程的影响不大，不会浸蚀砼。且该地区最大冻结深度0.6m，且冻结期间地下水位低于冻深的最小距离远大于2m，故地基不存在冻胀问题。

2、方案论证

南支与岔口连通工程的建设目的是为实现冬春灌期间向塬下灌区补水及小流量适时供水，满足灌区用水需求，促使灌区产业结构调整，同时解决高干渠退水问题。因此，该工程从平面位置上要求线路最短、满足自流输水、与已有建筑物干扰最小。经现场踏勘，选择南支渠与210国道相交处作为该工程起点，向东西方向延伸83.64m，然后折向东北后沿石川河右岸塬边布置，末端投入岔口枢纽右岸，线路全长3.156km，总落差71.60m(连通工程起点至末点)，具备自流输水条件。平面线路折点编号依次为G1～G6，初设选线时曾进行了不同方案比较，如果按南支渠210国道前东西方向渠道走向直接延伸，虽然线路仅为1.4km，但交汇处位于岔口枢纽下游，只能实现与西干渠连通，需穿越米家堡村，地形陡峭，陡坡布置难度大，而且，需另外修建约1km的退水渠方能退水入石川河，因此，此方案不尽合理。另外，如果将G4、G5、G6等3个折点北移，虽然可以减少渠道长度80m，但要和铁路交叉1次，且地形破碎，偏离岔口枢纽较远，东西干渠引水条件不好。综合以上比较，选定的渠道平面走向基本靠近岔口枢纽，从铁路桥涵两桥墩中间通过，明显优于以上方案。

该工程剖面布置方案结合地形条件，将其布置成明渠方案和明涵与隧洞结合方案。现分述如下：

(1)明渠方案：线路全长3.156km，上段0+000～0+105纵向设计比降为1/2000，横断面形式按全断面现浇砼弧底梯形设计，弧段半径1.5m，内边坡1：1，渠深1.6m;中段0+105～2+860纵向设计比降为1/2000，横断面形式与上段相同，弧段半径1.2m，内边坡1：1，渠深2.3m，最大挖深16.96m，根据需要，渠堤以上8m设一宽1.5m的戗台，标准断面以上开挖边坡按1：0.5设计，该段渠道开口宽度5.6～25.8m。下段2+860～3+050布置成3级陡坡，落差分别是：P1=9.8m、P2=21.92m、P3=27.55m。此方案需新建渠道长3.156km，建筑物12座，其中：分水闸1座，公路桥1座，生产桥3座，人行桥2座，陡坡4座，汇流口1座。

(2)明涵与隧洞结合方案：

依据确定的线路平面走向，为减少永久占地，进口采用跌井;中间0+105—3+030间因挖方深度较大布置成隧洞，全长2925m，断面形式采用城门洞型，断面尺寸2.0×2.0m，顶拱半径1.0m，净高2.0m，衬砌厚度0.3m。为减少对隧洞的冲刷，在隧洞进口0+105与2+660桩号各设一陡坡斜洞，坡比1：6，跌差30m;隧洞设计比降为1/500，布置各类建筑物2座，其中：分水闸1座，汇流口1座。

(3)方案比较：综上所述，明渠方案虽然施工简单，但由于渠道挖深大，土方开挖量高达33.5万m3，几乎是隧洞方案的7.5倍，永久占地比隧洞方案多110亩，仅土地赔偿费就高达284万元，末端三级陡坡落差较大，消能工要求高，容易造成下游河道砌石护坡的冲涮，工程运行的安全性较难控制,工程估算总投资1348.3万元;明涵与隧洞结合方案相对明渠方案虽然施工难度大，但由于节省土地，总投资比明渠方案约低135万元。而且，洞内流速明显大于渠道流速，避免了经常性清淤给运行带来的不便。综合以上因素，从节省投资、便于管理、减少占地等角度出发，该工程结合地形条件，采用明涵与隧洞结合方案。

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