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引黄济瀍工程隧洞布置及掘进方案比选

2021-10-27 来源:易榕旅网
第6期2019年6月陕西水利Shaanxi Water ResourcesNo.6June,2019文章编号:1673-9000(2019)06-0138-02引黄济!工程隧洞布置及掘进方案比选姚珂(洛阳水利勘测设计有限责任公司,河南洛阳471000)[摘要]为解决!河现状水量不足、水质不良等7出问题,提出建设引黄济!工程,输水隧洞的布置及

掘进方案是工程设计和施工的重T内容。根据工程地形、地貌提出三条洞线布置方案,从环境影响、居民影响等

方面优出最合理的洞线布置方案;在查明工程区地质情况的基础上,对引水隧洞掘进方案进行选取,认为钻爆

法+盾构法相结合的方法对地质条件较为复杂的引黄济!工程具有较好的适用性,可以保障工程安全、缩短

工程、节省工程投资。[关键词]引黄济!;洞线布置;掘进方案;钻爆法;盾构法[中图分类号]TV672+.1 [文献标识码]B0前言引黄济!工程自小浪底南岸灌区自流总干渠(引黄入

形、地貌,共布置三条洞线方案进行比较,见图1。洛)工程隧洞引水至孟津段!河,是以水质提升为主导,以保 护和修复河流水生态系统为目的的引水补源工程。工程的

主要任务是解决!河现状水量不足、水质不良等突出问题, 通过工程措施使!河水环境质量持续改进,水生态环境明 显改善,以良好的水生态环境支撑现代城镇体系和经济社 会发展。引黄济!工程是从已建的小浪底南岸灌区自流总干渠 (引黄入洛)工程隧洞桩号5+728(6#竖井)处通过隧洞引水至

孟津!源公园上游汇入!河,沿 过 、班沟、九泉、贾

濾沱及牛步河等村镇,引水线路总长&930 km,引黄济!工 程引水流量为2 m3/s,日供水量为17.3万m3。工程由隧洞段、

图1洞线布置方案示意图(1)方案一。总体布置洞线一:自引黄入洛工程隧洞

明埋洞段及出口连接段三部分组成。隧洞段:从桩号0+000~ 8+830为隧洞段,长&83 km,桩号8+830 - 8+900为明埋洞

5+728(6#竖井)处通过隧洞引水至!源公园!河桥上游,洞线

长度8.663 km。该洞线为三条洞线中距离最短,且为直线,但 洞线沿班沟、寺河南、牛步河等村庄下部穿过,施工过程中对 当地群众生产、生活影响较大。部分洞线位于九泉水库库区,

段,长70 m,桩号8+900 - 8+930为出口段,长30 m,由节制 闸和明渠组成。工程 水隧洞的 进 是工程设计和施工该段洞线围岩主要为由砾岩,局部为砂岩、粘土岩,层状构造, 砾岩、砂岩基本不胶结,粘士岩泥质胶结差。岩体完整程度为 破碎;施工过程中容易受上部地下水影响,增加施工难度。故

的重点内容。本文根据工程地形、地貌及地质情况,考虑对 环境和 的 , 进 洞

以 进选。不推荐洞线一方案。(2)方案二。总体布置洞线二:自引黄入洛工程隧洞5+728

1洞线选择孟津县引黄济!工程是从已建的小浪底南岸灌区自流总

(6#竖井)处通过隧洞引水至!源公园!河桥下游,洞线长度 9.186 km,该洞线为三条洞线中距离最长。洞线在桩号6+656、 8+327处设有折点,以避开村庄,避免对当地群众生产生活影干渠(引黄入洛)工程隧洞6#竖井处引水至!源公园。结合地[收稿日期]2019-03-16[作者简介]姚珂(1982-),男,河南孟津人,工程师,主要从事水利水电工程设计工作。-138 -第6期2019年6月陕西水利Shaanxi Water ResourcesNo.6June,2019响]灌河桥下游地势较低,隧洞纵坡可设计较陡,以减小隧洞设 计断面]灌河九泉水库以下水源主要为中水(劣V类),隧洞出

设计隧洞出口底高程228.88叫水深1.89叫当引黄济!工程 引水流量为2 m3/s,引黄入洛隧洞洞内水深为1.41 m。隧洞水

口在灌河桥下游,无法对灌河桥上游排入湖内的中水进行稀 释]故不推荐洞二方案](3)方案三]总体布置洞线三:自引黄入洛工程隧洞5+728

面线采用明渠恒定非均匀流水面线计算方法。以隧洞出口水深 作为起始断面水深,依次向上游推算。进行支护衬砌后,隧洞净 宽2.8 m,净高2.5 m,拱顶高1.4 m,直墙段高1.1 m,圆形断面 直径为3 m。当渠首引水流

(6#竖井)处通过隧洞引水至灌源公园灌河桥上游,洞线长度 8+930 km,该洞线在桩号8+327之前洞线与洞线二方案一致,

6 m3/s时,引黄济!工程通6 m3/;时,引过 门控制引水流,当渠 引水流

在桩号6+656o8+327处设有折点,以避开村庄,避免对当地群 众生产、生活影响。隧洞出口设在遽源公园遽河桥上游,可对上

黄济!工程引水流量相应减少。2.2隧洞围岩工程地质隧洞桩号0+000 - 3+241段围岩主要为三迭系泥质粉砂岩 夹中细粒砂岩(T1h1),属较软岩,岩体内地下水分布, 不定B围岩,

游排入湖内的中水(劣类)进行稀释,对遽河进行活水补充。经分

析 较,推荐洞 三方案。2隧洞掘进方案2.1隧洞掘进基本参数定性C围岩。桩号3+241 - 8+821段围岩主要为上第三系(N)砾岩,局部

岩,层状构造,砾岩本不,岩泥质 ,属隧洞形状:小浪底南岸自流总干渠(引黄入洛)工程任涯由已 建成南岸引水口出口分水枢纽自流总干进水闸引水,通过长距离 隧洞将水就位于洛阳市红山乡的金水河水库和邙山渠。该工程

质岩石,水易软化、崩解,岩体内地下水水量较丰富,部分水头 较高,在施工涌水及外水压力问题,属极不稳定F 围岩。桩号 8+821 洞 围岩 系设十流量为9.0 m3/s,隧洞纵坡1/2000,洞型为城门洞形,隧洞根据 地质情况分3种类型,底宽2.5 m~3.4 %,净高3.65 m~4.05 mo6#竖

限粉土 (Qh4),有竖向裂隙,土质不均, 性,属极不稳定V围岩, 在围岩 定和黄 。井位于引黄入洛洞线桩号5+728 m处,洞底高程230.14 m。设十水 位232.98 m,洞顶高程233.99 m,现状地面龍336.6 m。本段隧洞

2.3不同钻进方案比选孟津县引黄济!工程根据施工工艺不同分为两个掘进成

为A型洞断面,隧洞净底宽3.06 m,净高3.7 m。水力 算:

洞方案,钻爆法方案一,盾构法为方案二。方案一及方案二在 技术上是可行的,通过地质条件适应性、施工环境、施工安全性、

浪底南岸灌区自流总干渠(引黄入洛)工程初设报告为依据,引黄入洛工程设计引水流 9 m3/s,经比较

施工工 、 工 方面对方案一和方案二进 较,分析,确定引黄隧洞设计流量为6 m3/s时,满足引黄济!隧洞 设计引水流量2 m3/s,引黄济!工程出口水面高程230.77 m,1。表1不同开挖方法对比方法 断面形式

钻爆法城门洞型盾构法圆形施工灵活,可根据施工过程中隧洞围岩地质条件变化情况,可方案二所包含的设备较多,每种设备性能不同,对地质条件适

地质条件适应性及时改变开挖、支护及抽排水等施工措施,在各种条件下均可应范围也不同,而设备成本高,且只能向前掘进不能倒退,一

适用。 旦投人工程运用,更换可能性较小,适用于范围相对较窄施工施工过中, 长期在 、 重;地下水赋存区域,施工人员可能水中作业,施工工 较恶劣施工过 中 ,且盾构 ,可质 ; 盾构 ,盾构掘进 隧洞 进 ,施工工 较 。施工 面 人 在护盾 护下 , 可

,同时开挖 支护较 及时,施工较 。同施工 性人工进 支护, 不 地质条件时, 洞 等 施工人 ,在隧洞 37个月。27740.67 万元面 方、隧洞人施工工7 施工 面, 施工 工均每掘进 400m

,施工38个月。,遇到围岩条件较好洞段,施工29416.82 万元从上述5个方面比较可以看出,方案二和方案一在工程 类别从皿类到V类都有分布,围岩岩性、地下水数位、围岩类

工期和工程造价上相差较小,方案二在施工难度、施工环境、 施工 性、 挖 制和支护方面明 方案一。 方案二在地质条件的适应性

别变化较大,地质条件对 。在施工过程中根据不同地, 采用不同 ,设备 较长, 影 施工工 且性, 本工 隧洞 总长大工程投资。影响方案一工程施工进度及投资的主要为V类(下转第142页)&830km,隧洞围岩穿越上第三系、下 三系及二叠系,围岩-139 -第6期2019年6月陕西水利Shaanxi Water Resources表3No.6June,2019稳定性计算结果置出逸点高程降到801.55 m,水平出逸坡降为0.04,渗漏量为

规范值坝坡

全0.34 m3/(d-m)9说明防渗措施基本能解决大坝的渗漏和渗流

工正常蓄水位61.6861.378稳定问题91.5081.2901.251.104结论(1) 从坝顶加固、防渗加固、坝坡加固三个方面进行大坝加 固方案设计,通过不同的方案进行比选,认为坝前塑性混凝土

上游坡正常蓄水位7校核洪水位骤降 816.0m60.86380.2551.3151.5291.2991.4751.151.251.10防渗墙+斜坡土工膜,可以满足工程加固要求,同时方案操作

设计洪水位下 游 坡设计洪水位7简便,经济较高9(2) 通过有限元数值模拟方法对加固后的大坝渗流结果

82.95176.719进行分析,加固后水库的水平出逸坡降、渗流量均产生明显的

1.15校核洪水位降低,因此,使用的加固方案、防渗方案具有较好的除险加固9由表3可知,各工况下,安全系数均满足规范要求93渗流稳定性分析按照平面稳定流进行大坝渗流稳定性计算,假设各个图层 为各向同性材料,计算断面为0+134断面,根据前期调查资料,

参考文献[1] 刘木兰•高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用卩]•水利科学与

寒区工程,2018,1(11):79-82.[2] 单良玉•高喷灌浆在东瓜川水库除险加固中的应用[J]•黑龙江水利科

岩土体参数见表2,各土层渗透系数见表4。根据材料参数,进 行有

,结 5。技,2018,46(02):132-134.[3] 刘敬峰•水库除险加固工程中高压摆喷灌浆的施工技术[J]•水利科学

表4渗流计算采用各土层渗透系数号1与寒区工程,2018,1(02):52-53.土层大砂壳料(cm/s)3.1 x 10-54.2X10-34.2X10-3备注[4] 颜志斌•城头水库大坝防渗加固设计[J].广西水利水电,2018(01):

43-45+49.2⑸谭军•花马冲水库除险加固工程大坝稳定性分析[J]•水利建设与管理,

取 11 m2018,38(10):11-13+25.34坝基松散覆盖层塑性混凝土防渗墙坝基1.00X10-61.00X10-6厚度60 cm厚度取20 m[6] 吴恭王•石坑城水库大坝除险加固前后坝体渗流及稳定性分析[J]•湖

5南水利水电,2016(05):16-19.[7] 孙文杰.ANSYS热分析模块对土石坝的渗流分析与研究[D]•华北水

表5数值模拟计算结果运行状态加 工程加 工程利 电大学,2016.

坝坡出逸位置(m)805.7降0.78渗流量m3/(/・m)5.650.34[8] 洪振国,苟勤章•花岗岩地质条件下的帷幕灌浆试验研究[J]•能源与环

保,2019,41(01):70-74.[9] 郝永志•大石门水利工程深厚砂砾石覆盖层防渗处理设计[J]•水利规与 ,2019(02):139-144.801.550.04[10] 李青•水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工工艺的研究[J]•黑龙江从以上结果可以看出,加固工程前,设计洪水位条件下, 渗流出逸点高程为805.7 m,水平出逸坡降为0.78,大于允许

利科技,2018,46(12):179-181.[11] 李昌友•帷幕灌浆施工技术在大坝基础防渗加固处理中的应用[J].

值,水库渗漏量达5.65 m3/(d・m);除险加固工程完成后,渗流

工程 与 ,2018(22):154-155.(上接第139页)围岩洞段,而方案二为单头掘进,工作面单一,对工期影响较 案进行选取,通过三种方案对比,认为方案三具有避免扰 民、稀释劣质水的 ,符合引 工程的 目,优选

大9为了降低施工风险、保证工程施工安全,加快施工进度, 降低施工难度,结合方案一及方案二的优缺点,对隧洞桩号

方案9(2)对盾构法、钻爆法两种方案进行分析比较°针对工程地

0+000 m - 4+100 m段采用钻爆法施工,对隧洞桩号4+100 ~ 8+830 m段采用盾构法施工9质 点认为钻爆法+盾构法结合的隧洞掘进方案具有

3结论

(1)从工程、环境等方面对引黄济!项目洞线布置方安全、速度快的特点9同时盾构机进行支护的管片可结合 质 点进行 9・142・

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