黄土塬区隧洞工程的选线分析及设计优化(2)

3、设计优化

3.1、隧洞平面布置

水工隧洞的平面布置应尽量按直线布置，以缩短洞长、节省投资。由于本工程为塬边地段的土洞，所以布置时应尽量向塬内布置，保证洞线离塬边沟壑水平距离不小于120m，避免产生偏压，防止水流冲刷塬边土体影响洞身稳定;受地形限制隧洞出口位于塬边，地形破碎，拟采用修筑170m平洞深入塬内土体，确保出口段的2#陡坡和隧洞的稳定安全。

根据实际地形和进出口建筑物布置情况，确定本次隧洞布置为：隧洞起点0+105到G3控制点为直线，由G3点向东偏转至G4点，再由G4点向南偏转至隧洞出口3+030桩号，隧洞总长度2925m。由1#陡坡、平洞段、2#陡坡、3#陡坡段等3部分组成;其中：1#陡坡进口桩号为0+105，陡坡末端桩号为0+285，消力池出口桩号为0+305;平洞段桩号分别为0+305—2+660和2+860—3+030，全长2525m;2#陡坡进口桩号为2+660，陡坡末端桩号为2+840，消力池出口桩号为2+860。

受地形限制，隧洞洞线共需布置水平弯道2处，保证水流平顺，弯道半径取6倍的洞宽，即12m。

3.2平洞设计

3.2.1横断面设计

由于本工程的隧洞为土洞，根据《水工隧洞设计规范》(SL279-2002)中的规定土洞宜采用无压隧洞，所以本隧洞按无压隧洞设计。

虽然《水工隧洞设计规范》(SL279-2002)第8节\"土洞的支护与衬砌\" 中规定，土洞横断面形式宜采用圆形或马蹄形，应避免采用矩形或圆拱直墙型。但考虑到工程所在地的黄土直立性较好、地下水位深度大于100m，加之本隧洞设计流量为4.0m3/s，校核流量为5.0m3/s，流量不大、断面尺寸较小，并参考《公路隧洞设计规范》(JTJ026-1990)和《铁路隧洞设计规范》(TB10003-1999)的有关条文规定，为了便于施工，拟定隧洞断面为城门洞型。

3.2.2横断面尺寸

规范规定非圆形断面隧洞的横断面最小尺寸为：高度不小于1.8m，宽度不小于1.5m;在低流速无压隧洞，洞内俞幅不小于15%，高度不小于40cm。按照《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-1999)的规定，灌溉隧洞的断面应按加大或校核流量设计，所以本断面按校核流量5m3/s进行设计，以拟定的纵坡1/500、2.0×2.0m城门洞型断面进行水力计算，经计算校核水深HMax=1.31m，校核流速vMax=1.91m/s，洞内俞幅为27%，满足规范要求;故确定断面尺寸为：底宽2.0m，直墙高度为1.0m，圆拱半径为1.0m。

3.2.3纵断面设计

隧洞的纵坡，应根据运用要求、上下游衔接、施工和检修等原因综合分析比较以后确定。无压隧洞的纵坡应大于临界坡度。为了便于施工期的运输及检修时排除积水，有轨运输的底坡一般为千分之三到千分之五，但不应大于千分之十;无轨运输的坡度为千分之三到千分之十五，最大不宜超过千分之二十。由于本工程为无压灌溉输水隧洞，隧洞坡度直接影响隧洞的过流能力，并为了施工方便，便于运输，综合考虑本隧洞设计坡比为1/500。

3.2.4施工支洞

对于长隧洞，选择洞线时，还应注意利用地形、地质条件，布置一些施工支洞、斜洞、坚井、以便增加工作面，有利于改善施工条件，加快施工进度。本工程隧洞均为土质隧洞，由于断面尺寸较小，机械施工难度较大，建议采用人工边挖边衬的施工方法。为缩短工期、方便施工、节省投资，除进出口外，拟在洞身右侧1+570处及2+500处各设施工平洞2条，共计6个工作面，确保施工进度要求。

4、运行

南支与岔口连通工程自2009年12月16日完工验收投入运行以来，减少了水库至岔口间15.3km的天然河道输水损失，使水的利用系数由目前的河道利用系数0.68提高到0.81(高干、南支渠系利用系数各提高到0.95)，多年平均节水约448万m3。同时，也解决了高干渠的退水问题。从而改变了低干的河道输水模式，变低干系统集中大流量短历时供水为小流量适时适量供水。促使灌区产业结构进一步的调整，目前农村产业结构已发生了较大变化，原来单一的以粮食作物为主的耕作方式，已演变成粮食作物种植面积逐渐减少、经济作物果类、蔬菜种植面积逐步增加，用水趋势呈现小流量、长历时的新变化。

5、总结心得

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。

参考文献

《水工隧洞设计规范》(SL279-2002)

《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-1999)

《公路隧洞设计规范》(JTJ026-1990)

《铁路隧洞设计规范》(TB10003-1999)

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