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引黃濟(jì)瀍工程隧洞布置及掘進(jìn)方案比選

2019-07-26 06:21:52
陜西水利 2019年6期
關(guān)鍵詞:河橋隧洞圍巖

姚 珂

(洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,河南 洛陽(yáng) 471000)

0 前言

引黃濟(jì)瀍工程自小浪底南岸灌區(qū)自流總干渠 (引黃入洛)工程隧洞引水至孟津段瀍河,是以水質(zhì)提升為主導(dǎo),以保護(hù)和修復(fù)河流水生態(tài)系統(tǒng)為目的的引水補(bǔ)源工程。工程的主要任務(wù)是解決瀍河現(xiàn)狀水量不足、水質(zhì)不良等突出問(wèn)題,通過(guò)工程措施使瀍河水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改進(jìn),水生態(tài)環(huán)境明顯改善,以良好的水生態(tài)環(huán)境支撐現(xiàn)代城鎮(zhèn)體系和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

引黃濟(jì)瀍工程是從已建的小浪底南岸灌區(qū)自流總干渠(引黃入洛)工程隧洞樁號(hào)5+728(6#豎井)處通過(guò)隧洞引水至孟津?yàn)e源公園上游匯入瀍河,沿線經(jīng)過(guò)雅溝、班溝、九泉、賈滹沱及牛步河等村鎮(zhèn),引水線路總長(zhǎng)8.930 km,引黃濟(jì)瀍工程引水流量為2 m3/s,日供水量為17.3萬(wàn)m3。工程由隧洞段、明埋洞段及出口連接段三部分組成。隧洞段:從樁號(hào)0+000~8+830為隧洞段,長(zhǎng)8.83 km,樁號(hào)8+830~8+900為明埋洞段,長(zhǎng)70 m,樁號(hào)8+900~8+930為出口段,長(zhǎng)30 m,由節(jié)制閘和明渠組成。

工程輸水隧洞的布置及掘進(jìn)方案是工程設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)內(nèi)容。本文根據(jù)工程地形、地貌及地質(zhì)情況,考慮對(duì)環(huán)境和居民的影響,進(jìn)行洞線布置方案以及掘進(jìn)方式比選。

1 洞線選擇

孟津縣引黃濟(jì)瀍工程是從已建的小浪底南岸灌區(qū)自流總干渠(引黃入洛)工程隧洞6#豎井處引水至瀍源公園。結(jié)合地形、地貌,共布置三條洞線方案進(jìn)行比較,見(jiàn)圖1。

圖1 洞線布置方案示意圖

(1)方案一??傮w布置洞線一:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過(guò)隧洞引水至瀍源公園瀍河橋上游,洞線長(zhǎng)度8.663 km。該洞線為三條洞線中距離最短,且為直線,但洞線沿班溝、寺河南、牛步河等村莊下部穿過(guò),施工過(guò)程中對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活影響較大。部分洞線位于九泉水庫(kù)庫(kù)區(qū),該段洞線圍巖主要為由礫巖,局部為砂巖、粘土巖,層狀構(gòu)造,礫巖、砂巖基本不膠結(jié),粘士巖泥質(zhì)膠結(jié)差。巖體完整程度為破碎;施工過(guò)程中容易受上部地下水影響,增加施工難度。故不推薦洞線一方案。

(2)方案二??傮w布置洞線二:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過(guò)隧洞引水至瀍源公園瀍河橋下游,洞線長(zhǎng)度9.186 km,該洞線為三條洞線中距離最長(zhǎng)。洞線在樁號(hào)6+656、8+327處設(shè)有折點(diǎn),以避開(kāi)村莊,避免對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活影響。瀍河橋下游地勢(shì)較低,隧洞縱坡可設(shè)計(jì)較陡,以減小隧洞設(shè)計(jì)斷面。瀍河九泉水庫(kù)以下水源主要為中水(劣V類),隧洞出口在瀍河橋下游,無(wú)法對(duì)瀍河橋上游排入湖內(nèi)的中水進(jìn)行稀釋。故不推薦洞線二方案。

(3)方案三??傮w布置洞線三:自引黃入洛工程隧洞5+728(6#豎井)處通過(guò)隧洞引水至瀍源公園瀍河橋上游,洞線長(zhǎng)度8+930 km,該洞線在樁號(hào)8+327之前洞線與洞線二方案一致,在樁號(hào)6+656、8+327處設(shè)有折點(diǎn),以避開(kāi)村莊,避免對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活影響。隧洞出口設(shè)在瀍源公園瀍河橋上游,可對(duì)上游排入湖內(nèi)的中水(劣類)進(jìn)行稀釋,對(duì)瀍河進(jìn)行活水補(bǔ)充。經(jīng)分析比較,推薦洞線三方案。

2 隧洞掘進(jìn)方案

2.1 隧洞掘進(jìn)基本參數(shù)

隧洞形狀:小浪底南岸自流總干渠(引黃入洛)工程任務(wù)是由已建成南岸引水口出口分水樞紐自流總干進(jìn)水閘引水,通過(guò)長(zhǎng)距離隧洞將水送入位于洛陽(yáng)市紅山鄉(xiāng)的金水河水庫(kù)和邙山渠。該工程設(shè)計(jì)流量為9.0 m3/s,隧洞縱坡1/2000,洞型為城門(mén)洞形,隧洞根據(jù)地質(zhì)情況分3種類型,底寬2.5 m~3.4 m,凈高3.65 m~4.05 m。6#豎井位于引黃入洛洞線樁號(hào)5+728 m處,洞底高程230.14 m。設(shè)計(jì)水位232.98 m,洞頂高程233.99 m,現(xiàn)狀地面高程336.6m。本段隧洞為A型洞斷面,隧洞凈底寬3.06m,凈高3.7 m。

水力計(jì)算:以小浪底南岸灌區(qū)自流總干渠(引黃入洛)工程初設(shè)報(bào)告為依據(jù),引黃入洛工程設(shè)計(jì)引水流量為9 m3/s,經(jīng)比較分析,確定引黃隧洞設(shè)計(jì)流量為6 m3/s時(shí),滿足引黃濟(jì)瀍隧洞設(shè)計(jì)引水流量2 m3/s,引黃濟(jì)瀍工程出口水面高程230.77 m,設(shè)計(jì)隧洞出口底高程228.88 m,水深1.89 m,當(dāng)引黃濟(jì)瀍工程引水流量為2 m3/s,引黃入洛隧洞洞內(nèi)水深為1.41 m。隧洞水面線采用明渠恒定非均勻流水面線計(jì)算方法。以隧洞出口水深作為起始斷面水深,依次向上游推算。進(jìn)行支護(hù)襯砌后,隧洞凈寬2.8 m,凈高2.5 m,拱頂高1.4 m,直墻段高1.1 m,圓形斷面直徑為3 m。當(dāng)渠首引水流量大于6 m3/s時(shí),引黃濟(jì)瀍工程通過(guò)末端聞門(mén)控制引水流量,當(dāng)渠首引水流量小于6 m3/s時(shí),引黃濟(jì)瀍工程引水流量相應(yīng)減少。

2.2 隧洞圍巖工程地質(zhì)

隧洞樁號(hào)0+000~3+241段圍巖主要為三迭系泥質(zhì)粉砂巖夾中細(xì)粒砂巖(T1h1),屬較軟巖,巖體內(nèi)有地下水分布,主要屬不穩(wěn)定Ⅳ類圍巖,局部屬局部穩(wěn)定性差Ⅲ類圍巖。

樁號(hào)3+241~8+821段圍巖主要為上第三系(N)礫巖,局部為粘土巖,層狀構(gòu)造,礫巖基本不膠結(jié),粘土巖泥質(zhì)膠結(jié)差,屬軟質(zhì)巖石,遇水易軟化、崩解,巖體內(nèi)地下水水量較豐富,部分水頭較高,存在施工涌水及外水壓力問(wèn)題,屬極不穩(wěn)定Ⅴ類圍巖。

樁號(hào)8+821至出口段洞身圍巖主要為第四系全新統(tǒng)低液限粉土(Qal4),有豎向裂隙,土質(zhì)不均,具濕陷性,屬極不穩(wěn)定Ⅴ類圍巖,存在圍巖穩(wěn)定和黃土濕陷問(wèn)題。

2.3 不同鉆進(jìn)方案比選

孟津縣引黃濟(jì)瀍工程根據(jù)施工工藝不同分為兩個(gè)掘進(jìn)成洞方案,鉆爆法為方案一,盾構(gòu)法為方案二。方案一及方案二在技術(shù)上是可行的,通過(guò)地質(zhì)條件適應(yīng)性、施工環(huán)境、施工安全性、施工工期、工程造價(jià)等幾個(gè)方面對(duì)方案一和方案二進(jìn)行比較,見(jiàn)表1。

表1 不同開(kāi)挖方法對(duì)比

從上述5個(gè)方面比較可以看出,方案二和方案一在工程工期和工程造價(jià)上相差較小,方案二在施工難度、施工環(huán)境、施工安全性、超挖控制和支護(hù)方面明顯優(yōu)于方案一。但方案二在地質(zhì)條件的適應(yīng)性上有局限性,本工程隧洞段總長(zhǎng)8.830km,隧洞圍巖穿越上第三系、下第三系及二疊系,圍巖類別從Ⅲ類到Ⅴ類都有分布,圍巖巖性、地下水?dāng)?shù)位、圍巖類別變化較大,地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。在施工過(guò)程中根據(jù)不同地層,需采用不同刀盤(pán),設(shè)備更換周期較長(zhǎng),影響施工工期且加大工程投資。影響方案一工程施工進(jìn)度及投資的主要為Ⅴ類圍巖洞段,而方案二為單頭掘進(jìn),工作面單一,對(duì)工期影響較大。為了降低施工風(fēng)險(xiǎn)、保證工程施工安全,加快施工進(jìn)度,降低施工難度,結(jié)合方案一及方案二的優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)隧洞樁號(hào)0+000 m~4+100 m段采用鉆爆法施工,對(duì)隧洞樁號(hào)4+100~8+830 m段采用盾構(gòu)法施工。

3 結(jié)論

(1)從工程、環(huán)境等方面對(duì)引黃濟(jì)瀍項(xiàng)目洞線布置方案進(jìn)行選取,通過(guò)三種方案對(duì)比,認(rèn)為方案三具有避免擾民、稀釋劣質(zhì)水的效果,符合引水工程的建設(shè)目標(biāo),是優(yōu)選方案。

(2)對(duì)盾構(gòu)法、鉆爆法兩種方案進(jìn)行分析比較。針對(duì)工程地質(zhì)條件特點(diǎn)認(rèn)為鉆爆法+盾構(gòu)法相結(jié)合的隧洞掘進(jìn)方案具有安全、速度快的特點(diǎn)。同時(shí)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行支護(hù)的管片可結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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