老挝南椰Ⅱ水电站引水隧洞衬砌结构优化设计--中国期刊网

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老挝南椰Ⅱ水电站引水隧洞衬砌结构优化设计

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：周旭云陈为雄高诗莉

[导读] 摘要：老挝南椰Ⅱ水电站引水隧洞总长10948.817m，为马蹄形有压隧洞。

        中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司
        摘要：老挝南椰Ⅱ水电站引水隧洞总长10948.817m，为马蹄形有压隧洞。混凝土衬砌后顶拱内径为4.6m，底宽3.4m。招标阶段混凝土衬砌段：喷锚段：不衬不喷段长度的分段比例为3：4：3，施工图阶段的实际衬砌段比例13%，永久喷锚处理段14%，不衬不喷段长度73%，经发电运行论证，工程满足要求，经济效益显著，可供类似工程参考。
        关键词：引水隧洞衬砌优化设计喷混凝土
        1工程概况
        南椰Ⅱ（Nam Ngiep Ⅱ）水电站位于老挝川圹省，厂址距首都万象267km。枢纽区包括：黏土心墙土石坝（高70.5m）、右岸开敞式溢洪道、右岸泄洪冲沙兼导流洞、右岸引水隧洞、上室阻抗圆筒式调压井、压力钢管道、地面发电主厂房、地面GIS开关站及尾水渠等部分。工程为二等大（2）型工程，其主要建筑物为2级建筑物，设计水头6.5Mpa，设计引用流量45.45m3/s。电站装机容量为180MW。设防烈度采用VII度，工程于2011年开工，2015年发电运行。
        2引水隧洞布置
        引水建筑物由进水口取水闸、有压引水隧洞、调压井、压力钢管道组成。引水隧洞采用单洞三机布置，总长10948.817m，为马蹄形有压隧洞。开挖内径5.6m，混凝土衬砌后顶拱内径为4.6m，底宽3.4m。隧洞综合底坡为i＝0.3663%。
        引水隧洞沿线为花岗岩、闪长岩，岩体强度较高，隧洞沿线山体雄厚，均为相对不透水岩层。引水隧洞除进口段埋深不到100m，其余洞段覆盖深度在100m~364m之间，隧洞平均埋深216m，隧洞埋深条件较佳。
        3地质条件
        引水隧洞大部分洞段为花岗岩，在隧洞后段有长约2km的洞段为闪长岩混辉绿岩、辉长岩。因埋深较大，隧洞围岩以微风化～新鲜岩石为主，弱风化主要集中在进口段。
        隧洞洞身均处于地下水位以下，推测沿线地下水位多在洞顶以上80m～300m之间，渗透性弱。隧洞埋深相对较大，但经分析，隧洞地应力仍以自重应力为主，地应力值总体较低，以中低地应力为主。
        引水隧洞沿线为大面积的火山侵入岩分布，隧洞前部大部分洞段围岩为中粗粒花岗岩、在隧洞后段～调压井范围有闪长岩混辉绿岩、辉长岩等分布。除进口段外，隧洞洞身均处于地下水位以下，沿线地下水位多在洞顶以上80m～300m之间。
        引水隧洞开挖揭露为：Ⅳ类围岩678m，占6.2%，Ⅲb类围岩1991m，占18.2%，Ⅲa类围岩2977m，占27.2%，Ⅱ类围岩5298m，占48.4%，引水隧洞围岩的地质条件整体而言较佳。
        4隧洞内水压力值
        调压室最高涌浪计算值为879.400m，最低涌浪高程计算值为804.600m；引水隧洞沿线内水压力最大值为37m～91m，洞顶最小内水压力为进口段的5m～6m，隧洞洞顶的内水压力满足规范不小于2m的要求。
        5引水隧洞衬砌原则及要求
        引水隧洞在各类围岩情况下的衬砌及支护型式的要求如下：
        （1）Ⅱ类、Ⅲa类围岩洞段（不衬不喷段）
        Ⅱ类、Ⅲa类围岩洞段围岩完整性较佳、充分发挥围岩的承载能力，内水压力由围岩承担，除底板素混凝土C25衬厚20cm，断面其余部分为不衬不喷型式。对于Ⅱ类、Ⅲa类围岩洞段边墙、顶拱的构造破碎带，永久性的喷锚衬砌参数如下：
        ① 掏槽处理，深度15cm；
        ② 掏槽区域喷混凝土C25厚度为15cm；
        ③ 掏槽区域钢筋网Φ6.5@20m×20m；
        ④ 两侧对穿锚杆Φ20@2.5m、L=2.5m。
        施工图阶段，经过开挖揭露，不衬不喷段长度合计8038m，占比73.6%。
        （2）Ⅲb类围岩洞段（永久喷锚段）
        对于Ⅲb类围岩，亦可发挥围岩的承载能力，但其围岩相对较为破碎，在内水作用下容易出现局部失稳，因此采用全断面挂网喷锚支护进行封闭处理，边墙、顶拱区域永久的喷锚衬砌参数如下：
        ① 喷混凝土C25厚度为15cm。
        ② 钢筋网分两种：Φ6.5@20cm×20cm、Φ12～16@20cm×20cm。
        ③ 边墙、顶拱设置系统锚杆Φ20@1.5m×1.5m、L=2.5m。
        ④ 底板素混凝土C25厚度为20cm。
        施工图阶段，经过开挖揭露，实际永久喷锚处理段合计1485m，占比13.6%。

        图1 Ⅱ类、Ⅲa类围岩衬砌典型断面
        （3）Ⅳ类围岩洞段（单层钢筋砼衬砌段）
        Ⅳ类围岩须进行二期衬砌，马蹄形断面衬砌厚度为35cm，配置单层钢筋，且须进行回填灌浆及固结灌浆处理。施工图阶段，经过开挖揭露，实际单层钢筋砼衬砌段合计1426m，占比13%。
        （4）Ⅴ类围岩洞段（双层钢筋砼衬砌段）
        Ⅴ类围岩须进行二期衬砌，马蹄形断面衬砌厚度为40cm，配置双层钢筋，且须进行回填灌浆及固结灌浆处理，实施过程中，没有Ⅴ类围岩洞段。施工图阶段，经过开挖揭露，无Ⅴ类围岩，亦无双层钢筋混凝土衬砌段。

        图2 Ⅲb类围岩衬砌及单层配筋典型断面
        6隧洞衬砌结构设计
        在隧洞衬砌结构计算中，一般以放空检修期间的外水压力为控制工况。
        按施工要求及《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004）的规定：单层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于30cm，双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于40cm。单层与双层钢筋混凝土分别采用厚度35cm、40cm。采用理正软件计算配筋成果，具体配筋如下：
        （1）Ⅴ类围岩洞段
        全断面衬砌C25厚40cm，采用双层钢筋，受力筋Φ20~28@200；分布筋Φ12~16@250；
        （2）Ⅳ类围岩洞段
        边墙、顶拱衬厚35cm，底板衬厚40cm，采用单层配筋，受力筋Φ20~28@200~150，分布筋Φ12~16@250~200；
        （3）须衬砌的Ⅱ、Ⅲ类围岩洞段
        边墙、顶拱衬厚35cm，底板衬厚40cm，采用单层配筋，受力筋Φ20@200~150；分布筋Φ12@250~200。
        7结论
        本水电站于2015年进入商业发电，发电出力满足设计要求，后期对引水隧洞进行了放空检查，除局部洞段存在少量掉块现象，当即进行了处理，工程满足设计及电站运行的要求，工程经济效益显著，该引水隧洞衬砌结构优化设计可供类似工程参考。