沙坪棄土場排水設施項目設計說明

PAGEPAGE12沙坪棄土場排水設施項目設計說明一、工程概況沙坪棄土場排水設施項目位于重慶市渝北區(qū)沙坪村，渝鄰高速以東，210國道以南，包含2個地塊，平場區(qū)域面積約90.1畝。經(jīng)計算，挖方量為1.44萬m3，填方量為162.58萬m3。挖方扣除清表、換填、填方的方量，不考慮挖方松散系數(shù)，整個平場區(qū)域填缺161.14萬m3。由于棄土區(qū)域回填加高，致使上游河溝河槽阻斷，無法滿足河道正常行洪要求，因此需修建排水設施。上游河溝集雨面積0.4km2，河長1km，坡降180‰。采用城市暴雨強度公式計算200年一遇洪水16.9m3/s，100年一遇洪水15.2m3/s。排水設施擬采用全隧洞方案，隧道進口設20m八字墻斜坡段，坡度約為9.39%，出口設箱涵。隧道自進口向西南方向前進約152m后向南轉(zhuǎn)向40°，轉(zhuǎn)彎半徑100m，最終接入小橋溝，與河道夾角約為18.5°。隧洞段總長261m，其中標準段長228m，坡度約為9.39%，標準段隧洞為城門洞型，隧洞凈寬1.60m，拱高0.50m，凈高2.10m。消力池段長24m，消力池深1.7m，標準段至消力池段間9m范圍自然順接過渡。二、設計依據(jù)及規(guī)范資料（一）設計依據(jù)（1）設計合同（2）業(yè)主提供的1:500現(xiàn)狀地形圖（3）《沙坪棄土場排水設施項目工程地質(zhì)勘察報告（直接詳勘）》（四川自力建筑勘測設計有限公司，2021.3）（4）《沙坪棄土場排水設施項目》初步設計評審修改專家評審意見后通過。（二）設計規(guī)程規(guī)范（1）《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）；（2）《防洪標準》（GB50201-2014）；（3）《城市防洪工程設計規(guī)范》（GB/T50805-2012）；（4）《水工隧洞設計規(guī)范》（SL279-2016）；（5）《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-2013）；（6）《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》（SL44-2006）；（7）《水利水電工程工程量計算規(guī)定》（SL328-2005）；（8）《水工建筑物荷載設計規(guī)范》（SL744-2016）；（9）《水工建筑物抗震設計標準》（GB51247-2018）；（10）《水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（SL191-2008）；（11）《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）；（12）《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）；（13）《室外排水設計規(guī)范（2016版）》（GB50014-2006）。三、工程設計（一）工程地質(zhì)條件1、地形地貌擬建隧洞呈近南北向展布。隧洞穿越段地面最大地面標高325.53m左右，隧道出口附近溝谷底部高程為246m左右。微地貌為背斜東翼丘陵斜坡區(qū)，地勢陡峻，地形坡角為20～50°，相對高差80m左右。2、地層巖性隧道位于南溫泉背斜北側(cè)傾伏端東翼。隧道穿越地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組。工程區(qū)沿線地表覆蓋層主要以殘坡積（Q4el+dl）粉質(zhì)粘土和人工填土（Q4ml）為主。各地層巖性特征現(xiàn)由新至老分述如下：（1）侏羅系（J）第四系（Q）①、人工填土層（Q4ml）：多為施工回填形成，堆積時間較短，成分為粘性土夾砂、泥巖塊石，局部夾少量建筑垃圾。塊碎石含量40～50%，粒徑20-180mm，工程區(qū)無污染源，土體暫未被污染，結(jié)構(gòu)松散～稍密，稍濕。該層零星分布，對工程建設影響小。②、殘坡積層（Q4el+dl）：隧址區(qū)地表均有分布，主要為粉質(zhì)粘土。隧道進出洞口一帶粉質(zhì)粘土厚度較小，多呈紅褐色，可塑狀為主，覆蓋層厚度一般0.3-1.0m。沙溪廟組(J2s)泥巖：紫紅色，薄～中厚層狀構(gòu)造，粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部含大量灰綠色砂質(zhì)團塊及條帶，局部含砂質(zhì)較重，強風化層風化裂隙十分發(fā)育，巖體極破碎，巖芯多呈5cm以下短節(jié)柱狀、碎塊狀，巖體結(jié)構(gòu)類型為碎裂～散體狀結(jié)構(gòu)。中風化層巖體較破碎～較完整，巖芯多呈短柱～長柱狀，節(jié)長5～40cm，最大節(jié)長50cm，巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀結(jié)構(gòu)。砂巖：灰白色、灰色、紅褐色，中粒結(jié)構(gòu)，部分夾薄層泥巖，泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，薄～厚層狀構(gòu)造，以長石、石英為主，含少量云母，局部含泥質(zhì)較重。強風化層風化裂隙十分發(fā)育，巖體極破碎，巖芯多呈5cm以下短節(jié)柱狀、碎塊狀，部分呈餅狀，巖體結(jié)構(gòu)類型為碎裂～散體狀結(jié)構(gòu)。中風化層巖體較完整，巖芯多呈短柱～長柱狀，節(jié)長5～30cm，最大節(jié)長45cm，巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀結(jié)構(gòu)。3、地質(zhì)構(gòu)造與地震（1）地質(zhì)構(gòu)造勘察區(qū)位于南溫泉背斜北側(cè)傾伏端東翼，巖層呈單斜產(chǎn)出，傾角較平緩，巖層產(chǎn)狀50°∠6°，巖體中主要可見2組構(gòu)造裂隙：J1：傾向171°，傾角80°，張性，裂隙面平直，寬度1～3mm，局部有泥質(zhì)、巖屑碎石充填，裂隙間距0.5～1m，延伸一般1～2m，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。J2：傾向309°，傾角73°，裂隙面較直，寬1～2mm，局部有泥質(zhì)、巖屑碎石充填，裂隙間距0.4～0.8m不等，延伸1.0～3.5m，結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。場區(qū)砂巖與泥巖之間的層面往往被黏泥充填，尤其是上部砂巖下部泥巖的情況，層面結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。據(jù)區(qū)域資料及地面調(diào)查，場地無斷層通過，地質(zhì)構(gòu)造簡單。（二）水文分析計算1、水文基本資料擬建工程附近有長江寸灘水文站、渝北氣象站以及中洞水文站。各站觀測正規(guī)，成果質(zhì)量可靠。（1）渝北氣象站擬建工程附近有渝北氣象站，渝北氣象站位于渝北區(qū)兩路，是國家正規(guī)氣象站。該站是重慶市的重點氣象站之一；觀測資料系列較長，精度較高。本次采用其實測短歷時暴雨資料，進行小型排水工程的設計暴雨和洪水計算，符合“三性”要求，精度較高，成果可靠。觀測項目有降雨、蒸發(fā)、氣溫、風速、濕度、日照等項目。資料整編按規(guī)范要求進行，該站有1974年～2019年氣象資料系列。（2）中洞水文站后河流域是嘉陵江下游左岸支流，控制流域面積342.2km2，主河道長50.5km，河道平均比降6.24‰。中洞水文站是嘉陵江下游左岸深丘區(qū)小河代表站，控制流域面積55.0km2。1961年6月由四川省江津?qū)^(qū)農(nóng)田水利局設立，1965年后由四川省水文總站領導，1992年撤站。本站測驗河段順直，長約300m，基本水尺以上20m處，有一小溪匯入，河底坡降大，多亂石，河段內(nèi)有天然石梁兩處。1964年春季，在基本水尺斷面下游10m處，修建1m高矩形枯水測流槽。1）水位觀測本站有1961～1987年水位觀測資料，水準點高程系統(tǒng)為吳松基面。水位觀測為自記記錄，并設立水尺供人工觀讀校核。自記水位正常時，均以自記為主，僅每日8時，20時人工觀讀兩次作校核。自記水位發(fā)生故障時，則以人工觀讀代替，該站水位觀測成果均能控制水位變化過程。2）流量測驗本站汛期采用流速儀測流，各級水位均有測點控制?？萜诓捎脺y流槽測流，歷年基本水尺斷面水位流量關(guān)系線比較穩(wěn)定，資料已刊布，可供設計使用。該站資料經(jīng)過了整編、審查、刊印成果可靠。2、暴雨洪水特性工程河段屬典型山溪性河流，洪水由暴雨形成。大暴雨多發(fā)生在5～9月，每年4月進入汛期，汛期又分夏汛和秋汛，7月份發(fā)生大暴雨次數(shù)最多，洪水也以7月最為集中，8月次之。一般6～7月因西太平洋副熱帶高壓西伸北上速度較快，與西北冷空氣在本流域上空交綏，造成本流域一次較強的降水過程。加上流域內(nèi)地形的影響，暴雨的基本特點是多陣性暴雨，籠罩面積相對較小，強度較大，一次暴雨持續(xù)時間較短，造成的洪水峰型比較尖瘦，陡漲陡落，歷時較短。8月份因西太平洋副熱帶高壓長期滯留在本流域上空，常出現(xiàn)伏旱，天氣悶熱少雨，且氣溫高、蒸發(fā)量大。9～10月隨著西北冷空氣的加強，副熱帶高壓開始緩慢東移南退，冷暖空氣在本流域上空交綏，常形成綿綿秋雨，其特點是籠罩面積廣，降雨強度相對較小，持續(xù)時間長，造成的洪水峰形較胖，過程較平緩，歷時較長。3、設計暴雨（1）設計點暴雨由于工程流域無雨量站，渝北區(qū)域內(nèi)的中洞水文站、興隆、中興雨量站由于流域不同，加之系列不長，本次設計點暴雨不采用其資料。渝北區(qū)氣象站資料系列長，成果可靠，本次設計采用渝北區(qū)氣象站資料和《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（以下簡稱《手冊》）兩種方案推求設計流域暴雨成果。方案一：工程流域附近有渝北氣象站，根據(jù)渝北氣象站的1974年～2019年實測最大1h、6h、24h暴雨資料，采用P－Ⅲ型頻率曲線適線后，求得渝北氣象站各歷時設計暴雨，然后移用至設計流域，1/6h暴雨參數(shù)采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（以下簡稱《手冊》）查值成果，其成果見下表：渝北氣象站設計暴雨統(tǒng)計參數(shù)表參數(shù)時段均值（mm）CvCs1/6h17.00.353.5Cv1h43.30.453.5Cv6h74.60.403.5Cv24h100.40.463.5Cv方案二：采用《手冊》中最大1/6h、1h、6h、24h暴雨均值及變差系數(shù)等值線圖的查值成果，其成果見下表?！妒謨浴分性O計暴雨查值成果表參數(shù)時段均值（mm）CvCs1/6h17.00.353.5Cv1h410.433.5Cv6h780.453.5Cv24h1000.503.5Cv（2）設計面暴雨工程河段以上控制流域面積較小，本次直接用設計點暴雨作設計面暴雨使用，不考慮點面折減。（3）設計雨型本次采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》中設計流域位于=4\*ROMANIV區(qū)（江北以上）地區(qū)綜合成果，其設計雨型分配比值見下表。24h設計雨型逐時（⊿t=1h）分配比值表時段123456786h雨量分配比24h中其余18h雨量分配比0.0440.0290.0510.0360.0580.0730.1090.19時段910111213141516176h雨量分配比0.150.1920.2030.2150.1920.04824h中其余18h雨量分配比0.1750.1390.0964、設計洪水流域無水文、水位及雨量測站，根據(jù)SL44-2006《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》，本次洪水計算采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（以下簡稱《手冊》）中的推理公式法和綜合瞬時單位線法，根據(jù)暴雨資料推求。由于工程流域面積均較小，本次在采用城市暴雨強度計算洪水與之比較。（1）流域特征參數(shù)隧洞入口以上集雨面積范圍內(nèi)地形變化較大，本次結(jié)合1：10000地形圖，在衛(wèi)星圖上量算，流域參數(shù)如下表4-4。表4-4流域特征參數(shù)表河道名稱斷面位置集雨面積（km2）主河道長（km）河道比降（‰）三關(guān)地隧洞工程進口0.410.92176三關(guān)地河口處1.701.83112小橋溝河口處7.515.4023（2）推理公式法①設計暴雨成果a、將渝北氣象站1974～2019年歷年最大1、6、24小時的暴雨資料系列進行頻率分析計算，應用連續(xù)系列的矩法公式計算參數(shù)作初值，經(jīng)P-Ⅲ型曲線適線后，得出各種歷時的設計暴雨參數(shù)。b、查《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》中最大1/6、1、6、24小時暴雨量均值、CV值等值線圖表。②產(chǎn)流參數(shù)產(chǎn)流參數(shù)μ采用《手冊》中的分區(qū)公式計算，即μ＝4.8F-0.19，Cv＝0.18，Cs＝3.5Cv；流域匯流參數(shù)m由設計流域特征參數(shù)查《手冊》盆地丘陵區(qū)公式得。（3）綜合瞬時單位線法①產(chǎn)流參數(shù)：流域平均暴雨損失量If，查《手冊》中綜合分區(qū)圖，設計流域?qū)儆?1\*ROMANI區(qū)，If=25～40mm，取均值30mm，流域平均穩(wěn)定入滲率fc，查《手冊》中綜合分區(qū)圖fc=0.8mm/h，綜合分析取fc=0.8mm/h。②匯流參數(shù)：根據(jù)設計流域地理位置，查《手冊》綜合瞬時單位線匯流參數(shù)分區(qū)圖，屬⑤區(qū)，按⑤區(qū)參數(shù)進行計算：ｍ1，10＝4.2166F0.0421·J-0.4028·（F/L2）-0.4099ｂ＝1.2214－0.3206LogFｎ＝1.5078（F/L2）-0.4324·J-0.0335（4）城市暴雨強度計算根據(jù)《室外排水設計規(guī)范（2016版）》（GB50014-2006），雨水流量應按下列公式進行計算：式中：—雨水設計流量（L/s）；—徑流系數(shù)，工程區(qū)上游植被覆蓋率高，根據(jù)匯水面積上的地面覆蓋情況和降雨強度的大小，本次設計取=0.6；F—匯水面積（hm2）；q—設計暴雨強度（L/s·hm2）。根據(jù)重慶市城鄉(xiāng)建設委員會發(fā)布的《關(guān)于發(fā)布重慶市主城區(qū)暴雨強度修訂公式的通知》（渝建[2017]443號）及附件，由于本工程位于重慶市渝北區(qū)，暴雨強度q采用渝北暴雨強度公式計算：式中：q——設計暴雨強度[L/(s·hm2)]；t——降雨歷時（min）；P——設計重現(xiàn)期（a）；降雨歷時應按下列公式計算：t=t1+t2式中：t——降雨歷時（min）；t1——地面集水時間（min），視距離長短、地形坡度和地面鋪蓋情況而定，一般采用5～15min，本工程取15min。（5）洪峰流量計算成果采用及合理性分析根據(jù)設計暴雨及以上參數(shù)，采用《手冊》中相應計算公式，采用以上方法推得的工程控制斷面處設計洪水成果見下表：設計洪峰流量計算成果表流域斷面位置采用資料計算方法設計洪峰流量P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%三關(guān)地隧洞入口渝北氣象站推理公式16.727.88單位線14.112.71《手冊》推理公式13.587.31單位線11.310.18.888.597.06渝北暴雨強度公式16.915.213.711.810.3三關(guān)地河口處渝北氣象站推理公式43.339.435.024.420.4單位線36.632.929.023.919.7《手冊》推理公式35.031.427.722.819.0單位線29.326.223.022.318.3小橋溝河口處渝北氣象站推理公式1321161008065單位線12611195.57661.3《手冊》推理公式85.877.869.958.549.8單位線9282.873.260.549.8①對隧洞進口處成果分析：由上表可以看出，采用不同的暴雨資料推算的設計洪水成果比接近，相比較而言，采用渝北暴雨強度公式法推算的設計洪水成果最大，采用渝北氣象站實測資料用推理公式法推算的設計洪水成果次之，采用《手冊》查值成果推算的洪水成果最小。采用推理公式推求的設計洪水成果與綜合瞬時單位線推求的設計洪水成果相差較大?？紤]到綜合瞬時單位線推求設計洪水綜合的因素較多，參數(shù)確定較困難，其概化后的參數(shù)與設計流域存在一定差異，其計算成果誤差較大。采用暴雨強度計算公式計算的設計洪水受降雨歷時影響較大，適合城區(qū)較小匯水面積的雨水流量計算，本工程流域最大集雨面積僅為0.41km2，集雨面積較小，適合采用暴雨強度公式，且暴雨強度公式計算成果最大，從工程安全性，以及計算方法的合理性考慮，本次隧洞進口處洪水推薦采用暴雨強度公式計算推算成果。②對小橋溝、三關(guān)地溝河口處成果分析：由于匯合口面積較大，不適合用暴雨強度公式計算，通過上述對比分析，本次河溝匯合口處洪水推薦采用渝北氣象站實測資料用推理公式法推算的設計洪水成果。（6）工程建設后流量變化情況說明①根據(jù)《江北國際機場四期外圍排水工程(小橋溝和黃泥灣支溝段)初步設計報告》，江北國際機場四期外圍排水工程實施后，機場排水方案4#排水口排向小橋溝，該出口承擔了部分原來流向馬安溪的部分流域面積，在百年一遇洪水情況下，該部分流量增加27.4m3/s；在五十年一遇的情況下，該部分流量增加24.6m3/s。②本工程排水隧洞方案建設后，隧洞從棄土場西邊修建排水隧洞，出口接入小橋溝河段，在兩百年一遇洪水情況下，隧洞排水流量為16.9m3/s；在一百年一遇的情況下，隧洞排水流量為15.2m3/s；在五十年一遇的情況下，隧洞排水流量為13.7m3/s。通過上述工程建設，本工程各斷面處工程建設前后流量情況詳見下表：工程建設前后各斷面處洪峰流量成果表河道名稱位置洪峰峰值（m3/s）洪峰峰值（m3/s）備注工程前工程后P=0.5%P=1%P=2%P=0.5%P=1%P=2%小橋溝河口163143163143小橋溝磚廠橋128113128113小橋溝三關(guān)地匯入口88.177.2103.392.4隧洞引水增加小橋溝排水隧洞以上88.177.288.177.2三關(guān)地溝河口39.43524.221.3隧洞排水減少三關(guān)地溝支溝以上25.722.610.58.9隧洞排水減少三關(guān)地溝棄土場以上15.213.715.213.7隧洞上游排水隧洞16.915.213.7隧洞排水量5、分期洪水（1）分期劃分設計流域無水文站，經(jīng)點繪中洞站實測各月最大流量散布圖，可看出本地區(qū)洪水有明顯的季節(jié)變化規(guī)律。每年3月下旬開始，隨著氣溫的回升和降雨量增多，流量逐漸加大，4月為汛前過渡期，5～9月為主汛期，降雨量最豐沛，暴雨頻繁，洪水也大，年最大流量主要發(fā)生在該期。10月為汛后過渡期，隨著降雨減少，洪水也小。11月到翌年2月是穩(wěn)定退水期。根據(jù)洪枯水變化規(guī)律和施工設計安排，將全年劃分為主汛期5～9月、汛前過渡期4月、汛后過渡期10月、非汛期1月、2月、3月、11月、12月、12～次年1月、11～次年2月、11～次年3月、11～次年4月、10～次年4月、12月～次年3月、1月～3月等十五個分期，以供施工設計選用。（2）分期洪水計算主汛期洪水由設計暴雨直接推求，其余時段洪水，根據(jù)中洞站洪水資料，各分期以年最大值取樣，經(jīng)頻率分析計算，用P－Ⅲ型曲線適線確定統(tǒng)計參數(shù)，求得中洞站各分期設計洪水，中洞水文站分期設計洪水推算成果見表，工程評價河段分期設計洪水推算成果見表。中洞水文站分期設計洪水成果表頻率月份5.0%10%20%33.3%50%1月3.522.581.661.080.6352月1.991.541.100.7870.5213月9.525.892.951.420.6984月32.123.315.19.725.8110月38.629.720.814.69.6111月34.882.0212月4.723.352.091.270.73612月～次年1月6.354.342.531.450.76211月～次年2月85.973.4311月～次年3月26.418.811月～次年4月36.328.420.414.910.010月～次年4月49.938.727.719.913.312月～次年3月9.817.344.953.332.091月～3月8.626.274.082.621.57工程進口河段分期設計洪水成果表頻率月份5.0%10%20%33.3%50%1月60.040.022月0.070.060.040.030.023月0.350.034月1.210.870.570.360.2210月1.451.120.780.550.3611月0.900.610.350.180.0812月80.050.0312月～次年1月90.050.0311月～次年2月0.830.600.370.220.1311月～次年3月0.990.710.440.270.1511月～次年4月1.361.070.770.560.3810月～次年4月1.871.451.040.750.5012月～次年3月0.370.281月～3月0.300.06.6、水位流量關(guān)系曲線（1）進口段控制斷面（K0-020.00）水位流量關(guān)系曲線推薦隧洞排水方案擬采用進口段引水+隧洞+出口箱涵的型式，隧洞進口段設八字墻，進口底板高程為271.50m，寬為5.4m。進口段的進口處水位流量關(guān)系采用堰流公式計算，計算公式及參數(shù)如下：式中：Q——流量；B——進口寬，5.4m；m——流量系數(shù)，根據(jù)《水力計算手冊（第二版）》查值得0.37；ε——側(cè)收縮系數(shù)，單孔閘形勢無底坎寬頂堰不考慮側(cè)收縮系數(shù)，本次取1；H0——包括行近流速水頭的堰前水頭；g——重力加速度；σ——淹沒系數(shù)，本次計算淹沒系數(shù)取1；根據(jù)上述公式，代入相關(guān)參數(shù)得到隧洞進口處水位流量關(guān)系曲線見表，附圖如下。隧洞進口控制斷面水位流量關(guān)系曲線H(m)271.50271.80272.10272.40272.70273.00273.30Q(m3/s)0.001.454.117.5511.6316.2521.36H(m)273.60273.90Q(m3/s)26.9232.89（三）隧道結(jié)構(gòu)設計根據(jù)《沙坪棄土場排水設施項目工程地質(zhì)勘察報告（直接詳勘）》（四川自力建筑勘測設計有限公司，2021.3），隧道位于南溫泉背斜北側(cè)傾伏端東翼，為單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造較簡單。隧道穿越地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組，巖性為泥巖和砂巖。擬建隧道圍巖級別Ⅳ～Ⅴ，Ⅳ級圍巖占33%，V級圍巖占67%。本工程排洪隧洞總長261.00m，樁號為K0+000.00～K0+261.00，排洪隧洞開挖、支護、結(jié)構(gòu)等設計如下：（1）隧洞斷面型式選擇常用的隧洞斷面形狀主要有圓型、城門洞型和馬蹄型，其中圓型斷面多用于無壓隧洞，適用于各種地質(zhì)條件，水力特性最好，在內(nèi)外水壓力作用下，其受力條件也最好。圓型斷面的缺點是圓弧型底板不適宜開挖出渣運輸；城門洞型斷面，適用于無側(cè)向山巖壓力或側(cè)向山巖壓力較小的地質(zhì)條件，施工較為方便；馬蹄型斷面適用于不良地質(zhì)條件及側(cè)壓力較大的圍巖條件，水力特性和結(jié)構(gòu)特性介于圓型與城門洞型之間。因此，經(jīng)綜合考慮，隧洞斷面型式選擇城門洞型。（2）洞徑設計在隧洞洞型和縱坡確定后，隧洞橫斷面尺寸的確定，關(guān)系到隧洞的造價和工程效益，本工程洞徑選擇的主要原則如下：①滿足無壓輸水過流能力要求，水流流態(tài)合理。②隧洞結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)合理，便于減少配筋和優(yōu)化襯砌厚度。③滿足快速施工要求，便于布置風水電設施，交通條件較好。根據(jù)水文分析計算結(jié)果，本工程設計流量為16.9m3/s，根據(jù)謝才公式和明槽均勻流的性質(zhì)，有式中v、Q、i、A、R、K、C——斷面的平均流速、流量、底坡、過水斷面面積、水力半徑、流量模數(shù)和謝才系數(shù)。一般可用曼寧公式計算謝才系數(shù)C，則式中：n——糙率，R單位為m，A單位為㎡。經(jīng)計算1.50m×1.80m最小洞徑即可滿足過流要求，但考慮該斷面尺寸過小，施工作業(yè)較為困難，因此綜合考慮工期及施工便利性，推薦隧洞成洞尺寸1.60×2.10m（寬×高）。（3）隧洞支護設計根據(jù)《沙坪棄土場排水設施項目工程地質(zhì)勘察報告（直接詳勘）》（四川自力建筑勘測設計有限公司，2021.3），隧道位于南溫泉背斜北側(cè)傾伏端東翼，為單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造較簡單。隧道穿越地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組，巖性為泥巖和砂巖。擬建隧道圍巖級別Ⅳ～Ⅴ，Ⅳ級圍巖占33%，V級圍巖占67%。支護參數(shù)，具體支護參數(shù)如下：①Ⅳ類圍巖：邊墻及頂拱布置系統(tǒng)錨桿φ22，L=2.0m，1.2×1.2m，入巖1.9m；頂拱及邊墻系統(tǒng)噴C25混凝土，厚10cm，掛網(wǎng)φ6，@15×15cm；混凝土襯砌厚50cm；②V類圍巖：邊墻及頂拱布置系統(tǒng)錨桿φ22，L=2.5m，1.0×1.0m，入巖2.4m；頂拱及邊墻系統(tǒng)噴C25混凝土，厚15cm，掛網(wǎng)φ6，@15×15cm，設置I16工字鋼拱架（間距0.75m）及鋼筋混凝土襯砌進行支護，襯砌厚度為0.6m；頂拱范圍內(nèi)采用超前小導管或超前錨桿進行超前支護。（4）隧洞結(jié)構(gòu)設計本工程排洪隧洞為無壓隧洞，考慮供水保證率并盡量減少水頭損失，推薦過流面采用混凝土襯砌，下面簡述鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)設計。（A）設計原則和基本假定①在內(nèi)水壓力作用下，考慮襯砌與圍巖的共同作用，圍巖是承受荷載的主體，最大限度的利用圍巖，充分發(fā)揮圍巖的作用；②在外水壓力作用下，襯砌單獨承受外水壓力，外水壓力根據(jù)圍巖條件可適當折減；③鋼筋混凝土襯砌，按限裂構(gòu)件進行設計。（B）計算條件及方法城門洞無壓排洪隧洞的開挖輪廓3.5m×4.0m（寬×高），襯砌采用C25鋼筋混凝土，縱向受力鋼筋采用HRB335級鋼筋。按正常使用極限狀態(tài)驗算時，最大裂縫寬度允許值采用0.25mm。按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力極限進行校核，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（DL/T5057-2009）5.2.1：式中：S——承載能力極限狀態(tài)的作用效應組合的設計值（所有內(nèi)力設計值系指由各作用標準值乘以相應的作用分項系數(shù)后產(chǎn)生的效應總和，并再乘以結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0及設計狀況系數(shù)ψ后的值）；R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設計值，應按各種構(gòu)件的承載能力計算公式確定；γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；ψ——設計狀況系數(shù)，對應持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，分別取1.0、0.95及0.875；γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，按規(guī)范素混凝土結(jié)構(gòu)取2.0、鋼筋混凝土取1.2；排洪隧洞襯砌結(jié)構(gòu)屬于非桿件體系，其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所能承擔的拉力可以根據(jù)DL/T5057-2009附錄D“非桿件體系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的線彈性應力圖形法配筋計算原則”D.1相關(guān)公式進行?；炷翑嗝娴呐浣钣嬎愎饺缦率剿?。式中：T——由荷載設計值計算出的混凝土截面彈性總拉力，T=Ab，在此，A為彈性應力圖形中主拉應力圖形總面積，b為結(jié)構(gòu)截面寬度；Tc——混凝土所承擔的拉力。當按上式進行計算時，Tc不宜超過總拉力T的30％；當受拉區(qū)高度大于結(jié)構(gòu)截面高度的2/3時，Tc應取為零；當彈性應力圖形的受拉區(qū)高度小于結(jié)構(gòu)截面高度的2/3，且截面邊緣最大拉應力小于或等于0.5ft時，可不配置受拉鋼筋或僅配置適量構(gòu)造鋼筋；fy——鋼筋抗拉強度設計值，取300MPa；As——鋼筋截面積；γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，按規(guī)范素混凝土結(jié)構(gòu)取2.0、鋼筋混凝土取1.2；取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0為1.0。（C）計算荷載及其組合荷載：基本荷載包括巖壓力、襯砌自重、內(nèi)水壓力、外水壓力、穩(wěn)定滲流場靜水壓力；特殊荷載包括校核水位時內(nèi)水壓力、施工荷載、灌漿壓力、溫度荷載、地震荷載等。對檢修期、施工期和運行期工況進行計算。荷載組合見下表。荷載組合表6.3.2隧洞進口為滿足隧道進口防沖刷及沉降要求，本工程排洪隧洞進口設八字翼墻，右側(cè)翼墻沿隧洞軸線方向長20.00m，樁號為K0-020.00～K0+000.00，右側(cè)翼墻沿隧洞軸線方向長30.00m，樁號為K0-030.00～K0+000.00，其中樁號K0-020.00處開口寬度為5.40m，K0+000.00處開口寬度為1.60m，翼墻采用C25砼現(xiàn)澆，墻高2.8m，墻頂寬0.50m，迎水面直立，背水面坡比1:0.4。底板采用C25砼現(xiàn)澆，底板厚0.30m。八字墻相接處原河段鋪砌干砌塊石，干砌塊石厚度50cm。6.3.3隧洞出口隧洞位置選擇了基礎條件好的位置改道布置，采用鋼筋砼襯砌，降低了河道糙率，避免了河水對原河段土質(zhì)河岸的沖刷侵蝕。根據(jù)主體工程設計，工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能滿足沖刷要求。隧洞末端設置了消力池，消力池后接鋼筋砼箱涵，箱涵長28.00m，凈斷面尺寸3.0m×3.5m（寬×高），采用C25鋼筋砼襯砌，厚度0.40m。箱涵末端流速為3.81m/s，出口位置堤頂斜坡段無頂板部分兩側(cè)擋墻結(jié)合堤頂?shù)缆愤吰虏贾?，底板基礎嵌入基巖，可滿足沖刷要求，在箱涵匯入口小橋溝河底有混凝土護底，可以滿足出口沖刷要求，對河勢影響較小。箱涵位于已建堤頂?shù)缆废路?，施工時需先挖除部分堤頂?shù)缆?，之后恢復。四、施工技術(shù)要求（一）土石方明挖土石方開挖前首先進行測量放樣，標識出開挖范圍和位置，然后采用人工將開挖區(qū)域內(nèi)的有礙物清理干凈，清理范圍延伸至開挖線外側(cè)至少2m的距離。本工程土方開挖、腐殖土開挖、淤泥開挖直接采用1.6m3反鏟挖掘機裝車，配15t自卸汽車運輸出渣，人工配合挖機集渣并清理工作面，對于量小且分散的基礎開挖和槽挖可直接采用風鎬清理或人工進行清挖。本工程石方明挖主要集中在工程終點臺階泄槽段，距出口道路較近，為保證周圍道路的安全，明挖石方開挖采用1.6m3反鏟挖掘機配破碎錘開挖，人工配G10風鎬修整開挖面，開挖料采用1.6m3反鏟挖掘機裝渣，配15t自卸汽車運至棄土場。開挖土石方部分就近堆放，后期用于回填，其中淤泥開挖部分需曬干后再用于回填，其余土石方均運至棄土場，綜合運距5km。（二）石方洞挖為保證隧洞在近距離下穿構(gòu)筑物和建筑物的安全，本次隧洞開挖采用水磨鉆非爆破方法施工。開挖石方運至沙坪棄土場，綜合運距5km。（1）工法特點本工法投入小,施工成本低。本工法無需大型設備,所需設備成本低，輕便易維護，易于操作，并且需用勞動力較少,普通工人即可操作，設備和人員方面的投入較小，和靜態(tài)爆破、銑挖法、掘進機法等低震、微震工法相比,施工成本低。.水磨鉆及液壓劈裂機工作時，不會產(chǎn)生震動、沖擊、噪音、粉塵飛屑等,不會產(chǎn)生有毒氣體和其它有害廢棄物,對周圍環(huán)境無影響,作業(yè)環(huán)境明顯改善。與其它爆破震動控制較好的幾種開挖方法相比，兼具成本和效率優(yōu)勢,綜合效益高。工藝簡單,對操作人員進行簡單培訓即可上崗,易于學習掌握,便于推廣。（2）工藝原理本工法采用“周邊鉆孔取芯切割+中心鉆孔劈裂”的方法進行隧洞的非爆破法開挖。采用水磨鉆沿開挖區(qū)域周邊以相割圓方式按水平方向施鉆取芯,在周邊形成連續(xù)槽道，成型開挖輪廓，為中部巖體劈裂提供臨空面。在中部開挖區(qū)域周邊內(nèi)使用風鉆按一定間距在水平方向鉆劈裂孔,然后以周邊槽道形成的臨空面,用液壓劈裂機自周邊向內(nèi)進行分裂開挖巖體,人工清除劈裂巖體。水磨鉆工法為：施工準備→測量放線、布孔→搭設簡易臺架→水磨鉆鉆孔、取周邊巖芯→鉆孔劈裂→液壓劈裂機分裂核心巖體→人工清除劈裂巖體→檢查驗收。（3）施工準備按照“安全第一、預防為主、綜合治理”的原則,先對施工段隧道進行超前地質(zhì)測報、水文地質(zhì)調(diào)查及時監(jiān)測的信息化施工,根據(jù)圍巖級別及水文地質(zhì)情況確定支護參數(shù)及開挖方法,并結(jié)合現(xiàn)場人員、機械配置情況制定施工方案，確保施工安全，施工方案經(jīng)濟、合理。（4）測量放線、布孔由測量人員根據(jù)隧道洞內(nèi)控制導線,精確測設出非爆開挖斷面的圓心，然后再在掌子面上畫隧洞開挖斷面輪廓。水磨鉆鉆孔孔位可治輪廓線連續(xù)布置。單個水磨鉆電機功率一般為2.5-3.0KW，由于水磨鉆行程僅有60cm,有效成孔深度在50cm左右,需多次鉆孔才能達到非爆區(qū)的設計循環(huán)進尺,水磨鉆鉆孔需存在一定外插角，若開孔處采用相切圓,則在孔位末端存在楔形巖體,斷面不連續(xù)，因此,開孔時采用咬合圓的型式，消除孔末端的楔形巖石,形成連續(xù)的臨空面。中部用于劈裂的鉆孔孔間距40cm、排距40cm,沿隧道中線呈梅花形左右對稱布置。（5）搭設簡易臺架用于鉆孔和劈裂的臺架采用腳手架搭設。臺架搭設應牢固,強度和穩(wěn)定性滿足要求,盡量減少作業(yè)的晃動,保證施工安全和試鉆精度。（6）水磨鉆鉆孔、取周邊巖芯將水磨鉆利用倒鏈懸吊在作業(yè)臺架上,并安裝可以調(diào)節(jié)水磨鉆橫向位置的支撐架,然后上下左右調(diào)整水磨鉆位置,檢查水磨鉆能否順利到位。開機檢查水磨鉆運轉(zhuǎn)是否正常,然后人工手持取芯鉆在隧道輪廓線上鉆孔取芯,采用以相割圓方式按水平方向施鉆取芯，在周邊形成連續(xù)槽道臨空面。為了同時保證取芯效率和較小的超挖量,相鄰鉆孔中心間距13cm，兩孔搭接2cm;每循環(huán)取芯孔數(shù)在65~70個。根據(jù)取芯鉆筒長度每次鉆取深度50cm左右。2~3臺鉆機，每臺鉆機需3~4人操作。取芯時一個孔鉆進時間約為5~10分鐘。水磨鉆取芯到位時，人工緩慢拉出水磨鉆,人工輕輕敲擊芯體,使其與母巖斷開,然后人工將其取出,水磨鉆移至下一個孔位處鉆孔。（7）劈裂鉆孔在開挖區(qū)域輪廓線取芯的中間部分先用YT28鑿巖鉆機鉆孔,相鄰孔間距40cm,孔徑4.2cm，鉆孔數(shù)42~45個;鉆劈裂孔也可在搭設簡易臺架前進行,為方便施工劈裂孔可一次鉆進2~4m,滿足4~8個劈裂循環(huán)作業(yè)(一個開挖循環(huán)約1.5米，每劈裂循環(huán)約0.5米)。（8）液壓劈裂機分裂核心巖體取芯孔完成后,然后以周邊槽道形成的臨空面,用液壓劈裂機自周邊向內(nèi)進行分裂開挖巖體，劈裂自上而下分裂巖塊，人工撬落。劈裂采用一臺劈裂機,4個操作人員，根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育情況,小導洞劈裂每循環(huán)約1小時。（9）人工清除劈裂巖體為保證臺架和液壓劈裂機管線和下部工作面安全，劈裂機將巖體分裂后,分裂巖塊隨時由人工將地面石塊用手推車運至距離掌子面10m以外臨時堆放,根據(jù)現(xiàn)場條件約3個運渣人員，開挖完一個循環(huán)后用2m3裝載機配合15t自卸汽車出碴至棄碴場。（10）檢查驗收每循環(huán)后檢查施工效果，分析原因及時修正相關(guān)參數(shù)，改善技術(shù)經(jīng)濟指標，檢查后續(xù)開挖是否超過設計要求,對比爆破前后地表建筑物情況,是