沙坪弃土场排水设施项目设计说明

PAGEPAGE12沙坪弃土场排水设施项目设计说明一、工程概况沙坪弃土场排水设施项目位于重庆市渝北区沙坪村，渝邻高速以东，210国道以南，包含2个地块，平场区域面积约90.1亩。经计算，挖方量为1.44万m3，填方量为162.58万m3。挖方扣除清表、换填、填方的方量，不考虑挖方松散系数，整个平场区域填缺161.14万m3。由于弃土区域回填加高，致使上游河沟河槽阻断，无法满足河道正常行洪要求，因此需修建排水设施。上游河沟集雨面积0.4km2，河长1km，坡降180‰。采用城市暴雨强度公式计算200年一遇洪水16.9m3/s，100年一遇洪水15.2m3/s。排水设施拟采用全隧洞方案，隧道进口设20m八字墙斜坡段，坡度约为9.39%，出口设箱涵。隧道自进口向西南方向前进约152m后向南转向40°，转弯半径100m，最终接入小桥沟，与河道夹角约为18.5°。隧洞段总长261m，其中标准段长228m，坡度约为9.39%，标准段隧洞为城门洞型，隧洞净宽1.60m，拱高0.50m，净高2.10m。消力池段长24m，消力池深1.7m，标准段至消力池段间9m范围自然顺接过渡。二、设计依据及规范资料（一）设计依据（1）设计合同（2）业主提供的1:500现状地形图（3）《沙坪弃土场排水设施项目工程地质勘察报告（直接详勘）》（四川自力建筑勘测设计有限公司，2021.3）（4）《沙坪弃土场排水设施项目》初步设计评审修改专家评审意见后通过。（二）设计规程规范（1）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）；（2）《防洪标准》（GB50201-2014）；（3）《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012）；（4）《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）；（5）《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）；（6）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）；（7）《水利水电工程工程量计算规定》（SL328-2005）；（8）《水工建筑物荷载设计规范》（SL744-2016）；（9）《水工建筑物抗震设计标准》（GB51247-2018）；（10）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）；（11）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；（12）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）；（13）《室外排水设计规范（2016版）》（GB50014-2006）。三、工程设计（一）工程地质条件1、地形地貌拟建隧洞呈近南北向展布。隧洞穿越段地面最大地面标高325.53m左右，隧道出口附近沟谷底部高程为246m左右。微地貌为背斜东翼丘陵斜坡区，地势陡峻，地形坡角为20～50°，相对高差80m左右。2、地层岩性隧道位于南温泉背斜北侧倾伏端东翼。隧道穿越地层为侏罗系中统沙溪庙组。工程区沿线地表覆盖层主要以残坡积（Q4el+dl）粉质粘土和人工填土（Q4ml）为主。各地层岩性特征现由新至老分述如下：（1）侏罗系（J）第四系（Q）①、人工填土层（Q4ml）：多为施工回填形成，堆积时间较短，成分为粘性土夹砂、泥岩块石，局部夹少量建筑垃圾。块碎石含量40～50%，粒径20-180mm，工程区无污染源，土体暂未被污染，结构松散～稍密，稍湿。该层零星分布，对工程建设影响小。②、残坡积层（Q4el+dl）：隧址区地表均有分布，主要为粉质粘土。隧道进出洞口一带粉质粘土厚度较小，多呈红褐色，可塑状为主，覆盖层厚度一般0.3-1.0m。沙溪庙组(J2s)泥岩：紫红色，薄～中厚层状构造，粘土矿物组成，泥质结构，局部含大量灰绿色砂质团块及条带，局部含砂质较重，强风化层风化裂隙十分发育，岩体极破碎，岩芯多呈5cm以下短节柱状、碎块状，岩体结构类型为碎裂～散体状结构。中风化层岩体较破碎～较完整，岩芯多呈短柱～长柱状，节长5～40cm，最大节长50cm，岩体结构类型为层状结构。砂岩：灰白色、灰色、红褐色，中粒结构，部分夹薄层泥岩，泥质钙质胶结，薄～厚层状构造，以长石、石英为主，含少量云母，局部含泥质较重。强风化层风化裂隙十分发育，岩体极破碎，岩芯多呈5cm以下短节柱状、碎块状，部分呈饼状，岩体结构类型为碎裂～散体状结构。中风化层岩体较完整，岩芯多呈短柱～长柱状，节长5～30cm，最大节长45cm，岩体结构类型为层状结构。3、地质构造与地震（1）地质构造勘察区位于南温泉背斜北侧倾伏端东翼，岩层呈单斜产出，倾角较平缓，岩层产状50°∠6°，岩体中主要可见2组构造裂隙：J1：倾向171°，倾角80°，张性，裂隙面平直，宽度1～3mm，局部有泥质、岩屑碎石充填，裂隙间距0.5～1m，延伸一般1～2m，结合很差，属软弱结构面。J2：倾向309°，倾角73°，裂隙面较直，宽1～2mm，局部有泥质、岩屑碎石充填，裂隙间距0.4～0.8m不等，延伸1.0～3.5m，结合很差，属软弱结构面。场区砂岩与泥岩之间的层面往往被黏泥充填，尤其是上部砂岩下部泥岩的情况，层面结合很差，属软弱结构面。据区域资料及地面调查，场地无断层通过，地质构造简单。（二）水文分析计算1、水文基本资料拟建工程附近有长江寸滩水文站、渝北气象站以及中洞水文站。各站观测正规，成果质量可靠。（1）渝北气象站拟建工程附近有渝北气象站，渝北气象站位于渝北区两路，是国家正规气象站。该站是重庆市的重点气象站之一；观测资料系列较长，精度较高。本次采用其实测短历时暴雨资料，进行小型排水工程的设计暴雨和洪水计算，符合“三性”要求，精度较高，成果可靠。观测项目有降雨、蒸发、气温、风速、湿度、日照等项目。资料整编按规范要求进行，该站有1974年～2019年气象资料系列。（2）中洞水文站后河流域是嘉陵江下游左岸支流，控制流域面积342.2km²，主河道长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区小河代表站，控制流域面积55.0km²。1961年6月由四川省江津专区农田水利局设立，1965年后由四川省水文总站领导，1992年撤站。本站测验河段顺直，长约300m，基本水尺以上20m处，有一小溪汇入，河底坡降大，多乱石，河段内有天然石梁两处。1964年春季，在基本水尺断面下游10m处，修建1m高矩形枯水测流槽。1）水位观测本站有1961～1987年水位观测资料，水准点高程系统为吴松基面。水位观测为自记记录，并设立水尺供人工观读校核。自记水位正常时，均以自记为主，仅每日8时，20时人工观读两次作校核。自记水位发生故障时，则以人工观读代替，该站水位观测成果均能控制水位变化过程。2）流量测验本站汛期采用流速仪测流，各级水位均有测点控制。枯期采用测流槽测流，历年基本水尺断面水位流量关系线比较稳定，资料已刊布，可供设计使用。该站资料经过了整编、审查、刊印成果可靠。2、暴雨洪水特性工程河段属典型山溪性河流，洪水由暴雨形成。大暴雨多发生在5～9月，每年4月进入汛期，汛期又分夏汛和秋汛，7月份发生大暴雨次数最多，洪水也以7月最为集中，8月次之。一般6～7月因西太平洋副热带高压西伸北上速度较快，与西北冷空气在本流域上空交绥，造成本流域一次较强的降水过程。加上流域内地形的影响，暴雨的基本特点是多阵性暴雨，笼罩面积相对较小，强度较大，一次暴雨持续时间较短，造成的洪水峰型比较尖瘦，陡涨陡落，历时较短。8月份因西太平洋副热带高压长期滞留在本流域上空，常出现伏旱，天气闷热少雨，且气温高、蒸发量大。9～10月随着西北冷空气的加强，副热带高压开始缓慢东移南退，冷暖空气在本流域上空交绥，常形成绵绵秋雨，其特点是笼罩面积广，降雨强度相对较小，持续时间长，造成的洪水峰形较胖，过程较平缓，历时较长。3、设计暴雨（1）设计点暴雨由于工程流域无雨量站，渝北区域内的中洞水文站、兴隆、中兴雨量站由于流域不同，加之系列不长，本次设计点暴雨不采用其资料。渝北区气象站资料系列长，成果可靠，本次设计采用渝北区气象站资料和《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）两种方案推求设计流域暴雨成果。方案一：工程流域附近有渝北气象站，根据渝北气象站的1974年～2019年实测最大1h、6h、24h暴雨资料，采用P－Ⅲ型频率曲线适线后，求得渝北气象站各历时设计暴雨，然后移用至设计流域，1/6h暴雨参数采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）查值成果，其成果见下表：渝北气象站设计暴雨统计参数表参数时段均值（mm）CvCs1/6h17.00.353.5Cv1h43.30.453.5Cv6h74.60.403.5Cv24h100.40.463.5Cv方案二：采用《手册》中最大1/6h、1h、6h、24h暴雨均值及变差系数等值线图的查值成果，其成果见下表。《手册》中设计暴雨查值成果表参数时段均值（mm）CvCs1/6h17.00.353.5Cv1h410.433.5Cv6h780.453.5Cv24h1000.503.5Cv（2）设计面暴雨工程河段以上控制流域面积较小，本次直接用设计点暴雨作设计面暴雨使用，不考虑点面折减。（3）设计雨型本次采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中设计流域位于=4\*ROMANIV区（江北以上）地区综合成果，其设计雨型分配比值见下表。24h设计雨型逐时（⊿t=1h）分配比值表时段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时段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、设计洪水流域无水文、水位及雨量测站，根据SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算规范》，本次洪水计算采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）中的推理公式法和综合瞬时单位线法，根据暴雨资料推求。由于工程流域面积均较小，本次在采用城市暴雨强度计算洪水与之比较。（1）流域特征参数隧洞入口以上集雨面积范围内地形变化较大，本次结合1：10000地形图，在卫星图上量算，流域参数如下表4-4。表4-4流域特征参数表河道名称断面位置集雨面积（km²）主河道长（km）河道比降（‰）三关地隧洞工程进口0.410.92176三关地河口处1.701.83112小桥沟河口处7.515.4023（2）推理公式法①设计暴雨成果a、将渝北气象站1974～2019年历年最大1、6、24小时的暴雨资料系列进行频率分析计算，应用连续系列的矩法公式计算参数作初值，经P-Ⅲ型曲线适线后，得出各种历时的设计暴雨参数。b、查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中最大1/6、1、6、24小时暴雨量均值、CV值等值线图表。②产流参数产流参数μ采用《手册》中的分区公式计算，即μ＝4.8F-0.19，Cv＝0.18，Cs＝3.5Cv；流域汇流参数m由设计流域特征参数查《手册》盆地丘陵区公式得。（3）综合瞬时单位线法①产流参数：流域平均暴雨损失量If，查《手册》中综合分区图，设计流域属于=1\*ROMANI区，If=25～40mm，取均值30mm，流域平均稳定入渗率fc，查《手册》中综合分区图fc=0.8mm/h，综合分析取fc=0.8mm/h。②汇流参数：根据设计流域地理位置，查《手册》综合瞬时单位线汇流参数分区图，属⑤区，按⑤区参数进行计算：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）城市暴雨强度计算根据《室外排水设计规范（2016版）》（GB50014-2006），雨水流量应按下列公式进行计算：式中：—雨水设计流量（L/s）；—径流系数，工程区上游植被覆盖率高，根据汇水面积上的地面覆盖情况和降雨强度的大小，本次设计取=0.6；F—汇水面积（hm²）；q—设计暴雨强度（L/s·hm²）。根据重庆市城乡建设委员会发布的《关于发布重庆市主城区暴雨强度修订公式的通知》（渝建[2017]443号）及附件，由于本工程位于重庆市渝北区，暴雨强度q采用渝北暴雨强度公式计算：式中：q——设计暴雨强度[L/(s·hm²)]；t——降雨历时（min）；P——设计重现期（a）；降雨历时应按下列公式计算：t=t1+t2式中：t——降雨历时（min）；t1——地面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般采用5～15min，本工程取15min。（5）洪峰流量计算成果采用及合理性分析根据设计暴雨及以上参数，采用《手册》中相应计算公式，采用以上方法推得的工程控制断面处设计洪水成果见下表：设计洪峰流量计算成果表流域断面位置采用资料计算方法设计洪峰流量P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%三关地隧洞入口渝北气象站推理公式16.727.88单位线14.112.71《手册》推理公式13.587.31单位线11.310.18.888.597.06渝北暴雨强度公式16.915.213.711.810.3三关地河口处渝北气象站推理公式43.339.435.024.420.4单位线36.632.929.023.919.7《手册》推理公式35.031.427.722.819.0单位线29.326.223.022.318.3小桥沟河口处渝北气象站推理公式1321161008065单位线12611195.57661.3《手册》推理公式85.877.869.958.549.8单位线9282.873.260.549.8①对隧洞进口处成果分析：由上表可以看出，采用不同的暴雨资料推算的设计洪水成果比接近，相比较而言，采用渝北暴雨强度公式法推算的设计洪水成果最大，采用渝北气象站实测资料用推理公式法推算的设计洪水成果次之，采用《手册》查值成果推算的洪水成果最小。采用推理公式推求的设计洪水成果与综合瞬时单位线推求的设计洪水成果相差较大。考虑到综合瞬时单位线推求设计洪水综合的因素较多，参数确定较困难，其概化后的参数与设计流域存在一定差异，其计算成果误差较大。采用暴雨强度计算公式计算的设计洪水受降雨历时影响较大，适合城区较小汇水面积的雨水流量计算，本工程流域最大集雨面积仅为0.41km²，集雨面积较小，适合采用暴雨强度公式，且暴雨强度公式计算成果最大，从工程安全性，以及计算方法的合理性考虑，本次隧洞进口处洪水推荐采用暴雨强度公式计算推算成果。②对小桥沟、三关地沟河口处成果分析：由于汇合口面积较大，不适合用暴雨强度公式计算，通过上述对比分析，本次河沟汇合口处洪水推荐采用渝北气象站实测资料用推理公式法推算的设计洪水成果。（6）工程建设后流量变化情况说明①根据《江北国际机场四期外围排水工程(小桥沟和黄泥湾支沟段)初步设计报告》，江北国际机场四期外围排水工程实施后，机场排水方案4#排水口排向小桥沟，该出口承担了部分原来流向马安溪的部分流域面积，在百年一遇洪水情况下，该部分流量增加27.4m³/s；在五十年一遇的情况下，该部分流量增加24.6m³/s。②本工程排水隧洞方案建设后，隧洞从弃土场西边修建排水隧洞，出口接入小桥沟河段，在两百年一遇洪水情况下，隧洞排水流量为16.9m³/s；在一百年一遇的情况下，隧洞排水流量为15.2m³/s；在五十年一遇的情况下，隧洞排水流量为13.7m³/s。通过上述工程建设，本工程各断面处工程建设前后流量情况详见下表：工程建设前后各断面处洪峰流量成果表河道名称位置洪峰峰值（m³/s）洪峰峰值（m³/s）备注工程前工程后P=0.5%P=1%P=2%P=0.5%P=1%P=2%小桥沟河口163143163143小桥沟砖厂桥128113128113小桥沟三关地汇入口88.177.2103.392.4隧洞引水增加小桥沟排水隧洞以上88.177.288.177.2三关地沟河口39.43524.221.3隧洞排水减少三关地沟支沟以上25.722.610.58.9隧洞排水减少三关地沟弃土场以上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）分期划分设计流域无水文站，经点绘中洞站实测各月最大流量散布图，可看出本地区洪水有明显的季节变化规律。每年3月下旬开始，随着气温的回升和降雨量增多，流量逐渐加大，4月为汛前过渡期，5～9月为主汛期，降雨量最丰沛，暴雨频繁，洪水也大，年最大流量主要发生在该期。10月为汛后过渡期，随着降雨减少，洪水也小。11月到翌年2月是稳定退水期。根据洪枯水变化规律和施工设计安排，将全年划分为主汛期5～9月、汛前过渡期4月、汛后过渡期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月等十五个分期，以供施工设计选用。（2）分期洪水计算主汛期洪水由设计暴雨直接推求，其余时段洪水，根据中洞站洪水资料，各分期以年最大值取样，经频率分析计算，用P－Ⅲ型曲线适线确定统计参数，求得中洞站各分期设计洪水，中洞水文站分期设计洪水推算成果见表，工程评价河段分期设计洪水推算成果见表。中洞水文站分期设计洪水成果表频率月份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工程进口河段分期设计洪水成果表频率月份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、水位流量关系曲线（1）进口段控制断面（K0-020.00）水位流量关系曲线推荐隧洞排水方案拟采用进口段引水+隧洞+出口箱涵的型式，隧洞进口段设八字墙，进口底板高程为271.50m，宽为5.4m。进口段的进口处水位流量关系采用堰流公式计算，计算公式及参数如下：式中：Q——流量；B——进口宽，5.4m；m——流量系数，根据《水力计算手册（第二版）》查值得0.37；ε——侧收缩系数，单孔闸形势无底坎宽顶堰不考虑侧收缩系数，本次取1；H0——包括行近流速水头的堰前水头；g——重力加速度；σ——淹没系数，本次计算淹没系数取1；根据上述公式，代入相关参数得到隧洞进口处水位流量关系曲线见表，附图如下。隧洞进口控制断面水位流量关系曲线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）隧道结构设计根据《沙坪弃土场排水设施项目工程地质勘察报告（直接详勘）》（四川自力建筑勘测设计有限公司，2021.3），隧道位于南温泉背斜北侧倾伏端东翼，为单斜构造，地质构造较简单。隧道穿越地层为侏罗系中统沙溪庙组，岩性为泥岩和砂岩。拟建隧道围岩级别Ⅳ～Ⅴ，Ⅳ级围岩占33%，V级围岩占67%。本工程排洪隧洞总长261.00m，桩号为K0+000.00～K0+261.00，排洪隧洞开挖、支护、结构等设计如下：（1）隧洞断面型式选择常用的隧洞断面形状主要有圆型、城门洞型和马蹄型，其中圆型断面多用于无压隧洞，适用于各种地质条件，水力特性最好，在内外水压力作用下，其受力条件也最好。圆型断面的缺点是圆弧型底板不适宜开挖出渣运输；城门洞型断面，适用于无侧向山岩压力或侧向山岩压力较小的地质条件，施工较为方便；马蹄型断面适用于不良地质条件及侧压力较大的围岩条件，水力特性和结构特性介于圆型与城门洞型之间。因此，经综合考虑，隧洞断面型式选择城门洞型。（2）洞径设计在隧洞洞型和纵坡确定后，隧洞横断面尺寸的确定，关系到隧洞的造价和工程效益，本工程洞径选择的主要原则如下：①满足无压输水过流能力要求，水流流态合理。②隧洞结构受力状态合理，便于减少配筋和优化衬砌厚度。③满足快速施工要求，便于布置风水电设施，交通条件较好。根据水文分析计算结果，本工程设计流量为16.9m3/s，根据谢才公式和明槽均匀流的性质，有式中v、Q、i、A、R、K、C——断面的平均流速、流量、底坡、过水断面面积、水力半径、流量模数和谢才系数。一般可用曼宁公式计算谢才系数C，则式中：n——糙率，R单位为m，A单位为㎡。经计算1.50m×1.80m最小洞径即可满足过流要求，但考虑该断面尺寸过小，施工作业较为困难，因此综合考虑工期及施工便利性，推荐隧洞成洞尺寸1.60×2.10m（宽×高）。（3）隧洞支护设计根据《沙坪弃土场排水设施项目工程地质勘察报告（直接详勘）》（四川自力建筑勘测设计有限公司，2021.3），隧道位于南温泉背斜北侧倾伏端东翼，为单斜构造，地质构造较简单。隧道穿越地层为侏罗系中统沙溪庙组，岩性为泥岩和砂岩。拟建隧道围岩级别Ⅳ～Ⅴ，Ⅳ级围岩占33%，V级围岩占67%。支护参数，具体支护参数如下：①Ⅳ类围岩：边墙及顶拱布置系统锚杆φ22，L=2.0m，1.2×1.2m，入岩1.9m；顶拱及边墙系统喷C25混凝土，厚10cm，挂网φ6，@15×15cm；混凝土衬砌厚50cm；②V类围岩：边墙及顶拱布置系统锚杆φ22，L=2.5m，1.0×1.0m，入岩2.4m；顶拱及边墙系统喷C25混凝土，厚15cm，挂网φ6，@15×15cm，设置I16工字钢拱架（间距0.75m）及钢筋混凝土衬砌进行支护，衬砌厚度为0.6m；顶拱范围内采用超前小导管或超前锚杆进行超前支护。（4）隧洞结构设计本工程排洪隧洞为无压隧洞，考虑供水保证率并尽量减少水头损失，推荐过流面采用混凝土衬砌，下面简述钢筋混凝土衬砌结构设计。（A）设计原则和基本假定①在内水压力作用下，考虑衬砌与围岩的共同作用，围岩是承受荷载的主体，最大限度的利用围岩，充分发挥围岩的作用；②在外水压力作用下，衬砌单独承受外水压力，外水压力根据围岩条件可适当折减；③钢筋混凝土衬砌，按限裂构件进行设计。（B）计算条件及方法城门洞无压排洪隧洞的开挖轮廓3.5m×4.0m（宽×高），衬砌采用C25钢筋混凝土，纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋。按正常使用极限状态验算时，最大裂缝宽度允许值采用0.25mm。按结构构件的承载能力极限进行校核，根据《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-2009）5.2.1：式中：S——承载能力极限状态的作用效应组合的设计值（所有内力设计值系指由各作用标准值乘以相应的作用分项系数后产生的效应总和，并再乘以结构重要性系数γ0及设计状况系数ψ后的值）；R——结构构件的抗力设计值，应按各种构件的承载能力计算公式确定；γ0——结构重要性系数；ψ——设计状况系数，对应持久状况、短暂状况、偶然状况，分别取1.0、0.95及0.875；γd——结构系数，按规范素混凝土结构取2.0、钢筋混凝土取1.2；排洪隧洞衬砌结构属于非杆件体系，其钢筋混凝土结构所能承担的拉力可以根据DL/T5057-2009附录D“非杆件体系钢筋混凝土结构的线弹性应力图形法配筋计算原则”D.1相关公式进行。混凝土断面的配筋计算公式如下式所示。式中：T——由荷载设计值计算出的混凝土截面弹性总拉力，T=Ab，在此，A为弹性应力图形中主拉应力图形总面积，b为结构截面宽度；Tc——混凝土所承担的拉力。当按上式进行计算时，Tc不宜超过总拉力T的30％；当受拉区高度大于结构截面高度的2/3时，Tc应取为零；当弹性应力图形的受拉区高度小于结构截面高度的2/3，且截面边缘最大拉应力小于或等于0.5ft时，可不配置受拉钢筋或仅配置适量构造钢筋；fy——钢筋抗拉强度设计值，取300MPa；As——钢筋截面积；γd——结构系数，按规范素混凝土结构取2.0、钢筋混凝土取1.2；取结构重要性系数γ0为1.0。（C）计算荷载及其组合荷载：基本荷载包括岩压力、衬砌自重、内水压力、外水压力、稳定渗流场静水压力；特殊荷载包括校核水位时内水压力、施工荷载、灌浆压力、温度荷载、地震荷载等。对检修期、施工期和运行期工况进行计算。荷载组合见下表。荷载组合表6.3.2隧洞进口为满足隧道进口防冲刷及沉降要求，本工程排洪隧洞进口设八字翼墙，右侧翼墙沿隧洞轴线方向长20.00m，桩号为K0-020.00～K0+000.00，右侧翼墙沿隧洞轴线方向长30.00m，桩号为K0-030.00～K0+000.00，其中桩号K0-020.00处开口宽度为5.40m，K0+000.00处开口宽度为1.60m，翼墙采用C25砼现浇，墙高2.8m，墙顶宽0.50m，迎水面直立，背水面坡比1:0.4。底板采用C25砼现浇，底板厚0.30m。八字墙相接处原河段铺砌干砌块石，干砌块石厚度50cm。6.3.3隧洞出口隧洞位置选择了基础条件好的位置改道布置，采用钢筋砼衬砌，降低了河道糙率，避免了河水对原河段土质河岸的冲刷侵蚀。根据主体工程设计，工程结构稳定，能满足冲刷要求。隧洞末端设置了消力池，消力池后接钢筋砼箱涵，箱涵长28.00m，净断面尺寸3.0m×3.5m（宽×高），采用C25钢筋砼衬砌，厚度0.40m。箱涵末端流速为3.81m/s，出口位置堤顶斜坡段无顶板部分两侧挡墙结合堤顶道路边坡布置，底板基础嵌入基岩，可满足冲刷要求，在箱涵汇入口小桥沟河底有混凝土护底，可以满足出口冲刷要求，对河势影响较小。箱涵位于已建堤顶道路下方，施工时需先挖除部分堤顶道路，之后恢复。四、施工技术要求（一）土石方明挖土石方开挖前首先进行测量放样，标识出开挖范围和位置，然后采用人工将开挖区域内的有碍物清理干净，清理范围延伸至开挖线外侧至少2m的距离。本工程土方开挖、腐殖土开挖、淤泥开挖直接采用1.6m³反铲挖掘机装车，配15t自卸汽车运输出渣，人工配合挖机集渣并清理工作面，对于量小且分散的基础开挖和槽挖可直接采用风镐清理或人工进行清挖。本工程石方明挖主要集中在工程终点台阶泄槽段，距出口道路较近，为保证周围道路的安全，明挖石方开挖采用1.6m³反铲挖掘机配破碎锤开挖，人工配G10风镐修整开挖面，开挖料采用1.6m³反铲挖掘机装渣，配15t自卸汽车运至弃土场。开挖土石方部分就近堆放，后期用于回填，其中淤泥开挖部分需晒干后再用于回填，其余土石方均运至弃土场，综合运距5km。（二）石方洞挖为保证隧洞在近距离下穿构筑物和建筑物的安全，本次隧洞开挖采用水磨钻非爆破方法施工。开挖石方运至沙坪弃土场，综合运距5km。（1）工法特点本工法投入小,施工成本低。本工法无需大型设备,所需设备成本低，轻便易维护，易于操作，并且需用劳动力较少,普通工人即可操作，设备和人员方面的投入较小，和静态爆破、铣挖法、掘进机法等低震、微震工法相比,施工成本低。.水磨钻及液压劈裂机工作时，不会产生震动、冲击、噪音、粉尘飞屑等,不会产生有毒气体和其它有害废弃物,对周围环境无影响,作业环境明显改善。与其它爆破震动控制较好的几种开挖方法相比，兼具成本和效率优势,综合效益高。工艺简单,对操作人员进行简单培训即可上岗,易于学习掌握,便于推广。（2）工艺原理本工法采用“周边钻孔取芯切割+中心钻孔劈裂”的方法进行隧洞的非爆破法开挖。采用水磨钻沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯,在周边形成连续槽道，成型开挖轮廓，为中部岩体劈裂提供临空面。在中部开挖区域周边内使用风钻按一定间距在水平方向钻劈裂孔,然后以周边槽道形成的临空面,用液压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体,人工清除劈裂岩体。水磨钻工法为：施工准备→测量放线、布孔→搭设简易台架→水磨钻钻孔、取周边岩芯→钻孔劈裂→液压劈裂机分裂核心岩体→人工清除劈裂岩体→检查验收。（3）施工准备按照“安全第一、预防为主、综合治理”的原则,先对施工段隧道进行超前地质测报、水文地质调查及时监测的信息化施工,根据围岩级别及水文地质情况确定支护参数及开挖方法,并结合现场人员、机械配置情况制定施工方案，确保施工安全，施工方案经济、合理。（4）测量放线、布孔由测量人员根据隧道洞内控制导线,精确测设出非爆开挖断面的圆心，然后再在掌子面上画隧洞开挖断面轮廓。水磨钻钻孔孔位可治轮廓线连续布置。单个水磨钻电机功率一般为2.5-3.0KW，由于水磨钻行程仅有60cm,有效成孔深度在50cm左右,需多次钻孔才能达到非爆区的设计循环进尺,水磨钻钻孔需存在一定外插角，若开孔处采用相切圆,则在孔位末端存在楔形岩体,断面不连续，因此,开孔时采用咬合圆的型式，消除孔末端的楔形岩石,形成连续的临空面。中部用于劈裂的钻孔孔间距40cm、排距40cm,沿隧道中线呈梅花形左右对称布置。（5）搭设简易台架用于钻孔和劈裂的台架采用脚手架搭设。台架搭设应牢固,强度和稳定性满足要求,尽量减少作业的晃动,保证施工安全和试钻精度。（6）水磨钻钻孔、取周边岩芯将水磨钻利用倒链悬吊在作业台架上,并安装可以调节水磨钻横向位置的支撑架,然后上下左右调整水磨钻位置,检查水磨钻能否顺利到位。开机检查水磨钻运转是否正常,然后人工手持取芯钻在隧道轮廓线上钻孔取芯,采用以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道临空面。为了同时保证取芯效率和较小的超挖量,相邻钻孔中心间距13cm，两孔搭接2cm;每循环取芯孔数在65~70个。根据取芯钻筒长度每次钻取深度50cm左右。2~3台钻机，每台钻机需3~4人操作。取芯时一个孔钻进时间约为5~10分钟。水磨钻取芯到位时，人工缓慢拉出水磨钻,人工轻轻敲击芯体,使其与母岩断开,然后人工将其取出,水磨钻移至下一个孔位处钻孔。（7）劈裂钻孔在开挖区域轮廓线取芯的中间部分先用YT28凿岩钻机钻孔,相邻孔间距40cm,孔径4.2cm，钻孔数42~45个;钻劈裂孔也可在搭设简易台架前进行,为方便施工劈裂孔可一次钻进2~4m,满足4~8个劈裂循环作业(一个开挖循环约1.5米，每劈裂循环约0.5米)。（8）液压劈裂机分裂核心岩体取芯孔完成后,然后以周边槽道形成的临空面,用液压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体，劈裂自上而下分裂岩块，人工撬落。劈裂采用一台劈裂机,4个操作人员，根据围岩裂隙发育情况,小导洞劈裂每循环约1小时。（9）人工清除劈裂岩体为保证台架和液压劈裂机管线和下部工作面安全，劈裂机将岩体分裂后,分裂岩块随时由人工将地面石块用手推车运至距离掌子面10m以外临时堆放,根据现场条件约3个运渣人员，开挖完一个循环后用2m3装载机配合15t自卸汽车出碴至弃碴场。（10）检查验收每循环后检查施工效果，分析原因及时修正相关参数，改善技术经济指标，检查后续开挖是否超过设计要求,对比爆破前后地表建筑物情况,是