南水北調(diào)中線穿黃隧洞盾構(gòu)施工中特殊情況的技術對策研究

穿黃隧洞是南水北調(diào)中線總干渠上規(guī)模最大的特大型河渠交叉建筑物,全長4.25km。隧洞穿越的地層為第四系上更新統(tǒng)硬塑粘性土和全新統(tǒng)中密飽水砂層以及卵石層、泥礫石層等,地質(zhì)條件復雜,施工難度和風險較大。闡述了穿黃隧洞工程地質(zhì)條件,對盾構(gòu)施工隧洞的埋深、盾構(gòu)機選型、設計與制造需要考慮的障礙物和不良地層等問題進行了研究,對保證盾構(gòu)隧洞順利施工具有重要意義。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞工程盾構(gòu)施工技術探討——簡要介紹穿黃工程概況及泥水盾構(gòu)施工主要作業(yè)模式。對泥水加壓平衡式盾構(gòu)應用于穿黃隧洞的組裝、始發(fā)、掘進、管片安裝、同步注漿以及盾構(gòu)到達南岸的二次始發(fā)等施工技術進行了詳細介紹，針對穿黃工程特殊段的掘進施...

通過對南水北調(diào)中線穿黃隧洞地層進行的分析,結(jié)合泥水加壓盾構(gòu)的特點,指出了穿黃隧洞工程盾構(gòu)施工可能遇到的施工問題,并提出了應開展的具有針對性的研究課題,對隧洞施工及研究工作具有一定指導意義。

簡要介紹穿黃工程概況及泥水盾構(gòu)施工主要作業(yè)模式。對泥水加壓平衡式盾構(gòu)應用于穿黃隧洞的組裝、始發(fā)、掘進、管片安裝、同步注漿以及盾構(gòu)到達南岸的二次始發(fā)等施工技術進行了詳細介紹,針對穿黃工程特殊段的掘進施工進行了探討。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞工程盾構(gòu)施工具有地質(zhì)條件復雜、大埋深、高外水壓力、長線路、大直徑等施工特點及其相應的技術難題。經(jīng)過在施工實踐中的創(chuàng)新與實踐,在泥漿配置技術、掘削面穩(wěn)定控制技術、突破規(guī)范的壁后注漿技術、高外水壓力條件下的盾構(gòu)施工防滲技術、端頭地層加固技術、大埋深/高外水壓力下的帶壓進艙技術、盾構(gòu)掘進姿態(tài)控制技術、精密的長距離豎井聯(lián)系測量技術、長距離泥水輸送技術、大坡度盾構(gòu)掘進技術等方面取得了突破與進展,確保了工程的順利實施。穿黃盾構(gòu)工程的各項技術指標均達到了理想的效果,相關工程施工技術可供類似工程參考和借鑒。

在介紹南水北調(diào)中線穿黃隧洞設計參數(shù)、地質(zhì)情況及盾構(gòu)機選型參數(shù)的基礎上,對中線穿黃隧洞盾構(gòu)施工中盾構(gòu)機刀盤刀具維護保養(yǎng)經(jīng)驗進行了分析,總結(jié)了施工過程中定期檢查盾構(gòu)機刀盤、定期帶壓進艙檢查、根據(jù)不同地質(zhì)情況靈活配置盾構(gòu)刀具、實時分析掘進參數(shù)的施工規(guī)律,保障隧洞掘進施工正常進行。

南水北調(diào)中線一期穿黃隧洞采用盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)始發(fā)是整個盾構(gòu)施工過程中最關鍵、最重要的環(huán)節(jié),處理不慎極容易出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象,對工程和機械設備造成毀滅性的后果。為確保盾構(gòu)始發(fā)安全,采用凍結(jié)法對高噴加固區(qū)與工作豎井地下連續(xù)墻之間進行冷凍封水加固,取得了良好的效果?，F(xiàn)總結(jié)了在該工程中冷凍封水措施的方案布置、關鍵技術問題和實際取得的效果。

以南水北調(diào)中線穿黃隧洞工程為依托,在施工過程中,針對黃河漫灘內(nèi)和富水砂層中超深灰漿墻、超深圓形地下連續(xù)墻、超深圓形豎井、超深端頭加固施工和薄壁環(huán)錨預應力內(nèi)襯施工等施工技術難點,通過分析、研究和試驗摸索,采用了灰漿墻泵送置換法、國內(nèi)最深地下連續(xù)墻施工、豎井水下開挖施工、端頭受到干擾后二次加固施工、環(huán)錨預應力內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工等技術,施工實踐中應用良好,保證了工程的順利建成。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞(長度4.25km)工程地質(zhì)條件復雜,隧洞外側(cè)水土壓力大,采用加裝滾刀的泥水加壓式盾構(gòu)施工較為合適,施工技術難點多,難度大,對盾構(gòu)的性能要求高,盾構(gòu)必須在適應性、主要設備系統(tǒng)性能及技術服務等方面滿足工程需要。

穿黃隧洞是南水北調(diào)中線穿越黃河的關鍵工程,工程規(guī)模大,地質(zhì)條件復雜,還需面對河床游動、深度沖淤、砂土地震液化、軟土震陷、隧洞滲漏、圍土穩(wěn)定、壓力輸水安全與長期運用等一系列問題,技術難度高。通過工程總體布置優(yōu)化和多項專題研究,包括按1:1比尺建立埋深30余m的隧洞仿真試驗模型,較真實地模擬外部水土環(huán)境和內(nèi)水壓力的試驗研究,提出了盾構(gòu)隧洞新型預應力雙層襯砌結(jié)構(gòu)型式,還解決了超深工作豎井,軟土地下建筑物抗震,長隧洞安全監(jiān)測與長距離信息傳輸,水底壓力隧洞盾構(gòu)法長距離施工等一系列技術難題,確保工程順利進行,實現(xiàn)科技創(chuàng)新。

討論了南水北調(diào)工程大型穿黃隧道砂基在施工期和運行期產(chǎn)生液化的可能性及液化深度問題。砂土動力試驗采用了原狀樣和擾動樣,從微觀結(jié)構(gòu)和動力特性分析了兩種試樣成果的差別,并對7度地震下砂基液化的可能深度作了判定。對砂土加密后的抗液化性能的提高進行了試驗,還對盾構(gòu)機施工時的振動加速度進行了實測,并探討了施工時砂基液化的可能性

穿黃隧洞工程是南水北調(diào)中線工程總干渠的關鍵性工程,為保證施工用水,在黃河北岸施工供水水源地進行大口徑抽水試驗,確定含水層水文地質(zhì)參數(shù),為施工供水設計提供依據(jù)。通過穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流理論計算,提出滲透系數(shù)k為16~18m/d,并用裘布依公式計算得出影響半徑與經(jīng)驗公式計算結(jié)果接近,故影響半徑推薦值為1113m,并根據(jù)開采試驗,確定單井可開采水量為177m3/h。

穿黃隧洞工程是南水北調(diào)中線的關鍵性工程,該工程采用雙洞平行布置,盾構(gòu)機單向掘進施工。介紹了穿黃隧洞工程地面控制網(wǎng)測量、豎井聯(lián)系測量、隧洞內(nèi)精密導線測量等施工控制測量方案,對貫通誤差進行了分析研究,并在控制測量和檢測過程中采用了一系列有效措施,從而保證了掘進精度在施工設計允許范圍內(nèi),實際貫通誤差約2cm。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞進口段長35m,分為a、b兩洞平行布置,完成開挖和一期支護后的結(jié)構(gòu)尺寸需滿足穿黃隧洞泥水平衡式盾構(gòu)機出洞的要求,完成襯砌后的結(jié)構(gòu)尺寸需滿足穿黃隧洞過水要求。a、b兩洞間距僅約16m,漸變段部覆蓋層薄,屬淺埋黃土隧洞,洞身低于原始地下水位近40m,開挖施工中難度較大,對洞身變形控制要求高,開挖前和開挖過程中采取多種手段進行施工降水,洞口段采用雙側(cè)壁導坑法施工,洞身段采用crd法(交叉中隔墻法)施工。本文主要對crd法的應用進行了總結(jié)。

南水北調(diào)中線穿黃退水洞工程實現(xiàn)安全貫通

為了分析盾構(gòu)機的施工效率,提高盾構(gòu)機施工單價計算的準確度,依據(jù)南水北調(diào)中線一期穿黃工程盾構(gòu)機施工過程中的實際情況和有關數(shù)據(jù),依據(jù)控制圖法的基本原理,設定合理的上下控制線,篩除異常數(shù)據(jù),初步分析出盾構(gòu)機在穿越黃河不同地質(zhì)情況和工況下的施工效率。分析結(jié)果為更準確地預測和控制類似工程項目投資積累了經(jīng)驗和基礎資料。

南水北調(diào)中線穿黃工程隧洞方案設計,根據(jù)穿黃河段特殊的地形地質(zhì)、洪水泥沙條件和目前國內(nèi)外隧洞設計施工的先進技術,設計采用預制和現(xiàn)澆雙層結(jié)構(gòu)和泥水平衡式盾構(gòu)施工的先進技術。由于穿黃隧洞的規(guī)模和設計運用條件的特殊性,該工程的設計目前在國內(nèi)外工程實例很少,因此方案布置、結(jié)構(gòu)計算及施工等諸多課題都需要研究。

南水北調(diào)中線穿黃工程盾構(gòu)隧洞是整個項目的控制性工程,其施工進度受地質(zhì)條件、盾構(gòu)機施工參數(shù)和工程組織管理的影響較大。本文根據(jù)穿黃工程盾構(gòu)隧洞的地質(zhì)條件、已定貨的盾構(gòu)機施工參數(shù)和初定的施工方案,建立了施工進度仿真系統(tǒng)模型,在此基礎上研制出動態(tài)仿真軟件,對盾構(gòu)隧洞的施工進度進行動態(tài)仿真,并對仿真計算結(jié)果進行了分析。

南水北調(diào)中線穿黃隧道盾構(gòu)注漿漿材試驗——為滿足南水北調(diào)中線工程穿黃隧洞盾構(gòu)施工工法要求，對研制開發(fā)的水泥一膨潤土一水玻璃系雙液塑性壁后注漿材料，通過室內(nèi)模擬注漿試驗，重點探討了材料組分對注漿材料流動性、穩(wěn)定性、凝膠特性、強度等性能的影響?！?..

本文在簡述盾構(gòu)施工技術原理和工藝的基礎上,介紹了南水北調(diào)一期穿黃工程概況及其地質(zhì)條件,分析了盾構(gòu)機的選擇、泥水加壓平衡式盾構(gòu)機的主要構(gòu)造、功能、工作原理以及施工過程中的主要技術難點等。盾構(gòu)技術目前在水利水電工程中研究和應用實例很少,穿黃工程中應用的泥水加壓平衡式盾構(gòu)技術可供同類工程借鑒。

對南水北調(diào)中線工程穿黃方案中有關黃河河勢、路線選擇、結(jié)構(gòu)型式、施工技術、地質(zhì)地震、安全維護、環(huán)境景觀等關鍵技術進行了研究。選取主要影響因素,采用多目標優(yōu)序值決策法的賦權(quán)優(yōu)序值計算方法,對穿黃線路、過河建筑物型式進行了分析,認為穿黃線路應采用李村線方案,過河建筑物應采用隧洞方案。

南水北調(diào)中線崇青隧洞工程具有地質(zhì)條件差、埋深淺、地下水位高等特點,隧洞洞挖施工困難較多,施工過程中,根據(jù)不同地段地質(zhì)情況采取不同的施工方案和方法,取得了較好的效果,對施工方案和施工方法作了詳細的介紹,并對支護施工中的格柵鋼架、鋼支撐作了介紹。施工過程中積累的經(jīng)驗對后續(xù)類似項目具有借鑒意義。