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基于投资最优的隧洞设计方案比选

时间:2013-05-10来源:易品网 点击:
1 工程概况 
  某进出口地面高程90~97m,山顶高程214~293m。。隧洞进口由断层f1、节理L1、断层F1形成的楔形体属不稳定体,应加强固坡措施。洞身段桩号为378+467~380+117,378+467~378+594段处在构造发育带内,岩体的完整性已遭较大的破坏,极易产生塌方,围岩评价为不稳定,为Ⅳ类围岩;378+594~379+194段地表燧石条带白云岩为弱风化岩,洞顶板以上至少有50m厚的微风化岩,岩体完整性好,地下水活动微弱,为Ⅱ类围岩,围岩评价为基本稳定,局部可能存在小型不稳定组合体,工程地质条件较好; 379+194~379+294段地表燧石条带白云岩为弱风化岩,洞顶板以上至少有30~50m厚的微风化岩,位于向斜南西翼,受向斜构造的影响,岩体层间结合性较差,局部节理发育,地下水有可能局部富集,为Ⅲ类围岩,围岩稳定评价为稳定性差,可能存在不稳定组合体; 379+294~379+354段处于向斜轴部及F2断层带中,岩体结构为碎裂结构,地下水较活跃,为Ⅳ类围岩,围岩稳定评价为不稳定,局部可能产生坍落; 379+354~379+454段地表燧石条带白云岩为弱风化岩,洞顶板以上有30~40m厚的微风化岩。本段位于向斜北东翼,受向斜构造的影响,岩体层间结合性较差,局部节理发育,地下水有可能局部富集,为Ⅲ类围岩,围岩稳定评价为稳定性差,可能存在不稳定组合体; 379+454~380+014段地表岩石即为弱风化岩,顶板以上微风化岩厚20~120m,岩体完整性好,地下水活动微弱,为Ⅱ类围岩,围岩评价为基本稳定,局部可能存在小型不稳定组合体,工程地质条件较好; 380+014~380+117段地表岩石即为弱风化,局部发育小规模破碎带,节理发育但闭合,地下水活动微弱,为Ⅲ类围岩。隧洞工程区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.45s,相当于原地震基本烈度6度区,按6度设防,工程建筑物不进行抗震计算。 
  2 基于投资最优洞线方案比选 
  洞线I隧洞方案为岗头隧洞于新建村东北穿越岗头山,洞身长1300m,该隧洞进口段断层节理发育,断层破碎带较宽,进出口均有较厚的覆盖层,上覆围岩薄,工程地质条件差,成洞困难;洞线II方案为避开不良地质段,将洞线西移300m,案隧洞主体长1650m,隧洞轴线走向NE33°50′10″,岩层走向NW280°~300°,洞线与岩层走向近乎垂直,有利于洞身围岩稳定,隧洞进出口地面高程90.0~97.0m,山顶高程214~293m,洞身段地质为层状岩体单一结构,岩性为燧石条带白云岩,Ⅱ、Ⅲ类围岩占隧洞总长的89%,岩体完整性好;方案主要技术经济比较见表1。 
  基于投资最优考虑,由于洞线II方案主体工程投资减少4252万元,最后被确定为推荐方案。 
  3 基于投资最优隧洞单、双洞方案比选 
  隧洞设计流量125m3/s,加大流量150m3/s,洞身长1650m。经过水力计算,提出单、双洞两种方案,见图1,经济比较见表2。 
  (a)双洞方案 (b)单洞方案 
  图1 单双洞线方案洞身断面图 
  表3 方案主要工程量对比 
  基于投资最优考虑,由于双洞方案单洞线方案减少投资1138万元,最后被确定为推荐方案。 
  4 基于投资最优洞底高程的确定 
  鉴于在隧洞上下游渠段内的设计水深只有4.5m,隧洞分配水头值为0.345m,而隧洞需要的底宽为7.8m,不具备形成有压隧洞的条件,采用无压隧洞。根据工程类比和经济分析,在Ⅱ、Ⅲ类围岩中采用锚喷支护作为永久支护是经济的。采用圆拱直墙型断面,断面单一,施工简便,造价较低,故确定采用圆拱直墙型断面。按照常规设计,洞底高程的纵向布置常采用上下游渠底高程连线,经水力计算断面净宽为9.3m×2,洞内设计水深4.38m,加大水深4.87m,断面高宽比为0.84;对于洞底高程进理论分析和水工模型试验,提出了洞底高程降低0.9m的布置方案,两种比较方案主要工程数量对比见表3。洞底降低0.9m比洞底不降低节省投资669.1万元,降低洞底方案明显优于不降洞底方案,选为推荐方案。 
  5 结束语 
  隧洞设计过程中,在满足结构设计要求的基础上,始终坚持基于投资最优的原则确定各种方案,取得了很好的经济效益,可供同类工程设计参考。 
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