冷凍封水技術(shù)在南水北調(diào)中線穿黃隧洞盾構(gòu)始發(fā)中應(yīng)用

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(zhǎng)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(fù)雜,施工難度和風(fēng)險(xiǎn)較大。闡述了穿黃隧洞工程地質(zhì)條件,對(duì)盾構(gòu)施工隧洞的埋深、盾構(gòu)機(jī)選型、設(shè)計(jì)與制造需要考慮的障礙物和不良地層等問(wèn)題進(jìn)行了研究,對(duì)保證盾構(gòu)隧洞順利施工具有重要意義。

穿黃隧洞工程采用先進(jìn)的盾構(gòu)法施工,地質(zhì)條件復(fù)雜且掘進(jìn)距離長(zhǎng),技術(shù)復(fù)雜,難度高,施工中存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)和困難。因此,必須針對(duì)穿黃工程地質(zhì)條件、工程設(shè)計(jì)和要求,對(duì)盾構(gòu)施工中可能出現(xiàn)的特殊情況下進(jìn)行重點(diǎn)研究,提前采取相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策,確保如期、安全、優(yōu)質(zhì)完成穿黃隧洞工程施工。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞工程盾構(gòu)施工技術(shù)探討——簡(jiǎn)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(duì)泥水加壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用于穿黃隧洞的組裝、始發(fā)、掘進(jìn)、管片安裝、同步注漿以及盾構(gòu)到達(dá)南岸的二次始發(fā)等施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，針對(duì)穿黃工程特殊段的掘進(jìn)施...

通過(guò)對(duì)南水北調(diào)中線穿黃隧洞地層進(jìn)行的分析,結(jié)合泥水加壓盾構(gòu)的特點(diǎn),指出了穿黃隧洞工程盾構(gòu)施工可能遇到的施工問(wèn)題,并提出了應(yīng)開(kāi)展的具有針對(duì)性的研究課題,對(duì)隧洞施工及研究工作具有一定指導(dǎo)意義。

簡(jiǎn)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(duì)泥水加壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用于穿黃隧洞的組裝、始發(fā)、掘進(jìn)、管片安裝、同步注漿以及盾構(gòu)到達(dá)南岸的二次始發(fā)等施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹,針對(duì)穿黃工程特殊段的掘進(jìn)施工進(jìn)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(fù)雜、大埋深、高外水壓力、長(zhǎng)線路、大直徑等施工特點(diǎn)及其相應(yīng)的技術(shù)難題。經(jīng)過(guò)在施工實(shí)踐中的創(chuàng)新與實(shí)踐,在泥漿配置技術(shù)、掘削面穩(wěn)定控制技術(shù)、突破規(guī)范的壁后注漿技術(shù)、高外水壓力條件下的盾構(gòu)施工防滲技術(shù)、端頭地層加固技術(shù)、大埋深/高外水壓力下的帶壓進(jìn)艙技術(shù)、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)、精密的長(zhǎng)距離豎井聯(lián)系測(cè)量技術(shù)、長(zhǎng)距離泥水輸送技術(shù)、大坡度盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)等方面取得了突破與進(jìn)展,確保了工程的順利實(shí)施。穿黃盾構(gòu)工程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了理想的效果,相關(guān)工程施工技術(shù)可供類似工程參考和借鑒。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞(長(zhǎng)度4.25km)工程地質(zhì)條件復(fù)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(shù)難點(diǎn)多,難度大,對(duì)盾構(gòu)的性能要求高,盾構(gòu)必須在適應(yīng)性、主要設(shè)備系統(tǒng)性能及技術(shù)服務(wù)等方面滿足工程需要。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞進(jìn)口段長(zhǎng)35m,分為a、b兩洞平行布置,完成開(kāi)挖和一期支護(hù)后的結(jié)構(gòu)尺寸需滿足穿黃隧洞泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)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(guò)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(kāi)挖施工中難度較大,對(duì)洞身變形控制要求高,開(kāi)挖前和開(kāi)挖過(guò)程中采取多種手段進(jìn)行施工降水,洞口段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,洞身段采用crd法(交叉中隔墻法)施工。本文主要對(duì)crd法的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

南水北調(diào)中線穿黃退水洞工程實(shí)現(xiàn)安全貫通

以南水北調(diào)中線穿黃隧洞工程為依托,在施工過(guò)程中,針對(duì)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(yù)應(yīng)力內(nèi)襯施工等施工技術(shù)難點(diǎn),通過(guò)分析、研究和試驗(yàn)摸索,采用了灰漿墻泵送置換法、國(guó)內(nèi)最深地下連續(xù)墻施工、豎井水下開(kāi)挖施工、端頭受到干擾后二次加固施工、環(huán)錨預(yù)應(yīng)力內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工等技術(shù),施工實(shí)踐中應(yīng)用良好,保證了工程的順利建成。

穿黃隧洞工程是南水北調(diào)中線的關(guān)鍵性工程,該工程采用雙洞平行布置,盾構(gòu)機(jī)單向掘進(jìn)施工。介紹了穿黃隧洞工程地面控制網(wǎng)測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量、隧洞內(nèi)精密導(dǎo)線測(cè)量等施工控制測(cè)量方案,對(duì)貫通誤差進(jìn)行了分析研究,并在控制測(cè)量和檢測(cè)過(guò)程中采用了一系列有效措施,從而保證了掘進(jìn)精度在施工設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi),實(shí)際貫通誤差約2cm。

穿黃隧洞是南水北調(diào)中線穿越黃河的關(guān)鍵工程,工程規(guī)模大,地質(zhì)條件復(fù)雜,還需面對(duì)河床游動(dòng)、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(zhǎng)期運(yùn)用等一系列問(wèn)題,技術(shù)難度高。通過(guò)工程總體布置優(yōu)化和多項(xiàng)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(yàn)?zāi)Ｐ?較真實(shí)地模擬外部水土環(huán)境和內(nèi)水壓力的試驗(yàn)研究,提出了盾構(gòu)隧洞新型預(yù)應(yīng)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(zhǎng)隧洞安全監(jiān)測(cè)與長(zhǎng)距離信息傳輸,水底壓力隧洞盾構(gòu)法長(zhǎng)距離施工等一系列技術(shù)難題,確保工程順利進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新。

穿黃隧洞作為南水北調(diào)中線最重要的控制性工程,一直備受矚目,其中安全監(jiān)測(cè)是穿黃隧洞的重要工作之一,也是觀測(cè)工程結(jié)構(gòu)安全的具體手段。文章通過(guò)對(duì)穿黃隧洞安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立以及對(duì)自正式通水后半年內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析,揭示了穿黃隧洞滲漏量、滲透水壓力、混凝土應(yīng)力應(yīng)變和接縫開(kāi)和度的變化范圍和規(guī)律,為同類型輸水隧洞的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和實(shí)施提供一定的借鑒。從安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,自南水北調(diào)中線通水運(yùn)行以來(lái)穿黃隧洞目前處于正常穩(wěn)定工作狀態(tài)。

討論了南水北調(diào)工程大型穿黃隧道砂基在施工期和運(yùn)行期產(chǎn)生液化的可能性及液化深度問(wèn)題。砂土動(dòng)力試驗(yàn)采用了原狀樣和擾動(dòng)樣,從微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力特性分析了兩種試樣成果的差別,并對(duì)7度地震下砂基液化的可能深度作了判定。對(duì)砂土加密后的抗液化性能的提高進(jìn)行了試驗(yàn),還對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)的振動(dòng)加速度進(jìn)行了實(shí)測(cè),并探討了施工時(shí)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(guān)鍵性工程,為保證施工用水,在黃河北岸施工供水水源地進(jìn)行大口徑抽水試驗(yàn),確定含水層水文地質(zhì)參數(shù),為施工供水設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過(guò)穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流理論計(jì)算,提出滲透系數(shù)k為16~18m/d,并用裘布依公式計(jì)算得出影響半徑與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果接近,故影響半徑推薦值為1113m,并根據(jù)開(kāi)采試驗(yàn),確定單井可開(kāi)采水量為177m3/h。

在介紹南水北調(diào)中線穿黃隧洞設(shè)計(jì)參數(shù)、地質(zhì)情況及盾構(gòu)機(jī)選型參數(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)中線穿黃隧洞盾構(gòu)施工中盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具維護(hù)保養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了分析,總結(jié)了施工過(guò)程中定期檢查盾構(gòu)機(jī)刀盤、定期帶壓進(jìn)艙檢查、根據(jù)不同地質(zhì)情況靈活配置盾構(gòu)刀具、實(shí)時(shí)分析掘進(jìn)參數(shù)的施工規(guī)律,保障隧洞掘進(jìn)施工正常進(jìn)行。

南水北調(diào)中線穿黃工程盾構(gòu)隧洞是整個(gè)項(xiàng)目的控制性工程,其施工進(jìn)度受地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)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(jī)施工參數(shù)和初定的施工方案,建立了施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)模型,在此基礎(chǔ)上研制出動(dòng)態(tài)仿真軟件,對(duì)盾構(gòu)隧洞的施工進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,并對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。

南水北調(diào)中線穿黃工程隧洞方案設(shè)計(jì),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(guó)內(nèi)外隧洞設(shè)計(jì)施工的先進(jìn)技術(shù),設(shè)計(jì)采用預(yù)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(jìn)技術(shù)。由于穿黃隧洞的規(guī)模和設(shè)計(jì)運(yùn)用條件的特殊性,該工程的設(shè)計(jì)目前在國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例很少,因此方案布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算及施工等諸多課題都需要研究。

利用板塊強(qiáng)度理論、黏性土滑移失穩(wěn)理論和土體擾動(dòng)極限平衡理論分析了南水北調(diào)穿黃工程南岸始發(fā)豎井加固區(qū)的穩(wěn)定性,通過(guò)數(shù)值模擬軟件驗(yàn)證了理論計(jì)算值是相對(duì)保守的,對(duì)理論值進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臏p小,得出最適用于工程的加固區(qū)厚度。通過(guò)對(duì)工程地表沉降的分析證明,隨著加固區(qū)厚度的增大地表沉降的減小相當(dāng)明顯,當(dāng)加固區(qū)厚度增大到某一值后,對(duì)地表沉降的影響變得很小。

南水北調(diào)中線穿黃工程隧洞掘進(jìn)開(kāi)工

2009年12月22日,在南水北調(diào)中線穿黃工程黃河南岸豎井內(nèi),工人們?cè)趹c祝隧洞貫通。當(dāng)日,南水北調(diào)中線穿黃工程上游線過(guò)河隧洞順利貫通。位于河南省鄭

南水北調(diào)工程穿黃隧洞縱向變形主要受施工擾動(dòng)、下臥土層沉降變化以及河床沖淤等因素的影響。為此,通過(guò)河工模型試驗(yàn),揭示了沖淤荷載的變化情況,分析了其在地震荷載作用下的分布及影響,著重對(duì)在內(nèi)水壓載和沖淤作用下的不同工況進(jìn)行了計(jì)算分析。提出了針對(duì)上述3種荷載組合情況下的隧洞管段的布置方案,論證了該方案可適應(yīng)縱向變形,且具有一定的安全裕度。