贾 欣
四川省岷源水利水电工程设计有限公司 四川 成都 610000
摘 要：高压隧洞是水电站建设的重点也是难点，对常规面力理论衬砌计算出成果【1】，实际难于实施。采用体力理论的透水衬砌计算，虽没规范的说明，但国内外已建成并运行多年的隧洞经验：如广蓄一、二期工程【2】【3】等高内水压力衬砌隧洞工程的建成投产，从工程角度验证了透水衬砌设计理论的合理性。
关键词：一坡到底；高压隧洞；透水衬砌；
1.工程概况
虎牙水电站为虎牙河梯级电站的第一级电站，坝址位于虎牙河与白洞沟汇合口下游30m处，厂址位于虎牙乡扯马索沟沟口上游约200m的扯马索沟右岸滩地上，厂坝之间公路里程约13km。水库总库容为30万m3，电站装机2台，装机容量为48MW。
引水系统包括引水隧洞、调压室与压力管道。引水隧洞总长5.38km。引水隧洞采用“一坡到底”的布置格局。隧洞引用流量为13.44m3/s，隧洞静水压力为12m～269m，其中内水压力大于1.0MPa的洞段长3.48km。
2.工程地质条件
虎牙水电站引水隧洞段地层岩性主要为泥质灰岩（中硬岩）与炭质千枚岩（软质岩），岩体呈薄层～互层状结构，少量中厚层状。主要支护型式多为挂网喷混凝土，部分为混凝土衬砌。高圧段引水隧洞水平埋深为1149～1560m，垂直埋深为589～1047m，施工开挖时地下水多干燥，岩体完整性较好。
根据上覆岩体厚度，应满足《水电水利工程地下建筑物工程地质勘察技术规程》DL/T 5415—2009中的经验法则，该段岩体最小厚度满足规程要求。
根据本工程地应力测试成果，最小主应力σ3为3.37MPa，该段满足规范中对岩体最小主应力的要求。
根据地表调查及施工开挖揭示：主要发育层面裂隙等结构面，为主要渗漏水通道，推测岩体在高水头压力条件下透水率大于5Lu。
综上所述，该段围岩类别为Ⅲ类为主。山体抗抬满足规程要求；围岩抗劈裂满足规程要求；岩体渗漏水通道，通过局部工程措施，满足抗渗能力要求。
3.支护处理措施
Ⅲ类围岩采用喷锚支护，主要目的是防止高压隧洞围岩因水压力波动而引起局部围岩不稳定或掉块而危及运行安全；Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用圆形断面钢筋混凝土衬砌，利用透水衬砌理论进行结构分析。根据同类型工程结构计算及运行经验，围岩承担了绝大部分内水压力，增加衬砌厚度及钢筋，对提高自身承载力作用不太大；高压隧洞衬砌设计重点在提高围岩（尤其松动圈）的完整性和减少其渗透性【4】。
永久支护措施：Ⅲ类围岩马蹄形断面喷锚支护段，开挖断面为3.279m×4.3m，挂钢筋网，喷12cm厚C20砼防渗减糙；Ⅳ、Ⅴ类围岩衬砌断面形式为圆型，C20钢筋砼衬砌，衬后内径为3.5m，厚度40cm/52cm。
4.灌浆设计
对于高压引水隧洞衬砌设计，主要进行灌浆，提高围岩弹模。对Ⅳ、Ⅴ类围岩高压灌浆。对Ⅲ类围岩发育的裂隙以及在开挖过程中有渗水的地方通过灌浆，封堵渗透途径。
固结灌浆的压力采用1.5倍隧洞承受的静水压力。检查采用压水试验。固结灌浆压水试验检查的时间宜在该部位灌浆结束3d以后。检查孔的数量不宜少于灌浆孔总数的5%。压水试验为单点法，按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148）附录B执行。孔段合格率应在85%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的150%，且不集中，灌浆质量可认为合格。压水试验合格标准：检查孔吕荣值不大于3Lu【4】。
5.高压隧洞透水衬砌分析
通常情况下，设计水头在100m以内，内水压力以面力施加。对Ⅳ、Ⅴ类围岩，根据《水工隧洞设计规范》，按承载能力极限状态设计，按正常使用极限状态验算裂缝开展宽度。按《水工混凝土结构设计规范》进行配筋计算。钢筋混凝土结构按限裂设计，最大裂缝宽度允许值δmax≤0.30mm【5】。
设计水头大于100m，对Ⅴ类围岩，如果按照不透水理论的结构力学法进行配筋并限制裂缝开展小于0.3mm，配筋面积过大，导致现场无法实施；采用体力透水理论设计，认为衬砌是透水的，内水外渗，内外水压力逐渐达到平衡。在隧洞满足上述地质条件的要求，充分利用围岩承担内水压力，计算公式如下：围岩分担内水压力公式摘录自美国土木工程学会的水电工程规划设计土木工程导则中水道部分，其公式及参数说明如下：
.png)
Ate——有效受拉混凝土截面面积；
As——受拉区纵向钢筋截面面积；
Es——钢筋弹模，200000MPa；
σsl——按荷载效应的长期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力。
衬砌实际承担内压为175m水头，验算裂缝宽度为0.4mm。
透水理论衬砌设计，认为衬砌是透水的，围岩是承受内水压力的主体，衬砌或支护仅是对围岩加固的措施。高压隧洞衬砌设计重点在提高围岩的完整性和减少其渗透性。
6.结束语
高压引水隧洞采用透水理论设计，节约了工期和投资。目前虎牙引水隧洞自2019年竣工运行至今，运行状态良好。总结该隧洞支护设计有以下几点对类似隧洞工程有积极的借鉴意义：
（1）透水理论的核心是衬砌体为透水结构，岩体是承受内水压力的主体。满足地质条件为前提。在此基础上减少糙率，Ⅲ类围岩喷锚支护；Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用钢筋混凝土衬砌。在高内水压力作用，衬砌体将开裂，内水外渗。衬砌体和围岩联合受力，且围岩是主体，衬砌是辅体。
（2）将高压固结灌浆作为加固围岩提高围岩弹模增大承载力以防止内水外渗的主要措施。
（3）高压引水隧洞采用透水理论衬砌计算，在国内已有很多工程应用实例，并已正常运行多年，在未来高压引水隧洞可以采用透水理论衬砌设计，节省工程投资，且隧洞采用“一坡到底”的布置格局，减少施工对生态环境的影响。
参考文献
[1]中华人民共和国水利部：《水工隧洞设计规范》：SL.279-2016，中国水利水电出版社；
[2]梁成平、黄立财、卢兆康，广蓄二期工程高压隧洞设计，水力发电2001年第11期；
[3] 叶翼，广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题，水力发电学报，1998年第2期，总第61期；
[4]郝元麟、等著《水电站气垫式调压室设计》中国水利水电出版社；
[5]中华人民共和国电力行业标准：《水工混凝土结构设计规范》：DL/T5057-2009，中华人民共和国国家能源局。
作者简介：贾欣（1984-），女，甘肃白银人，兰州理工大学，水利水电工程专业，学士学位，工程师，主要从事水工建筑物设计工作。