引黄工程北干线平鲁地下泵站防渗排水设计.pdf

2 0 1 3年 第 3 2卷 第 2期 D WR HE 水 利 水 电 工 程 设 计 引黄工程北干线平鲁地下泵站防渗排水设计 刘春冬 张雅峰赵 国杰 摘 要 引黄 工程平鲁地 下泵站位 于大梁水库右岸坝肩上 游西南 山体下 ，为 二等工程 ，主要建 筑物包 括地下及地面 两大部分 。综合考 虑工程布 置、地质条件等情况 ，采用堵 、排 结合形式 ，较好解 决 了顶部水库条件 下地 下厂房 的防 渗 、排水设计 ，对类似 工程设计提供经验。 关 键 词 引黄 工 程北 干 线 地 下 厂 房 防 渗 排水设 计 中图分类号T V 2 2 3 ．4 文献标识码B 文章编号 1 0 0 7 — 6 9 8 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 0 1 — 0 2 引黄工程北 干线平鲁地 下泵 站位于大梁水库 右 岸坝 肩上 游 西 南 山体 下 。主 要 建 筑 物 包 括 地 下 及 地 面 两 大 部 分 ，地 下 建 筑 物 主要 包 括 ：厂 房 、 主 副交 通 洞 、进 出水 系 统 、 电缆 井 等 ；地 面 建 筑 物主要包括变 电站及进水塔等 。本泵站作用为每 年 1 O月至次年 7月北干工程运行期将水 自隧洞抽 人大梁水库储存 ；8 、9两月引黄工程停止引水时 ． 再经大梁水库放水洞将库水放入北 干 1 隧洞 ．满 足 向 平 朔 供水 任务 。泵 站 总装 机 5台 ，单 机 流 量 0 ． 8 8 m ff s ，单 机 容 量 1 7 0 0 k W ，采 用 一 对 一 变 速 运行 ，本工程为二等工程 ．主要建 筑物级别 为 2 级 ，永久支洞 、地下泵站交通洞等按 3级建筑物 设 计 。 地下厂房位 于现有 T B M检修洞室北侧 ，平行 T B M 检 修 洞 室 布 置 ，厂房 长 轴 方 向 S E 9 3 ． 4 6 。 。进 水 池利 用 目前 的 T B M 检修 洞及 北 干 1 隧洞 局 部 扩 挖 而 成 。T B M 检修 洞 室通 过 5根 进 水 管 与厂 房 连 通 ，进 水 管 垂 直 从 进水 池 引水 。 厂房 内设 置 5台 卧式离心泵组 ，呈单排一列式 布置 ，右侧设安装 问和副厂房 ，厂房开挖尺 寸为 7 7 ． 0 0 mx l 5 ． 2 0 m 2 1 ． 2 8 m。经机组后 。5根 出水支 管厂 内汇 总成 1 根 总管 后 沿 副 交 通 洞 垂 直 出厂 房 ， 明敷 至 高 压 调 流 阀室 接 出水 高 压 平 洞 段 ．通 过 出水 竖 井 后 接 进 水 塔 ，人 大 梁 水 库 。水 库 放 水 与 泵 站 输 水 共 用 出 水 高 压 平 洞 段 、 出水 竖 井 和 进 水 塔 ．经 调 流 阀 室 和放水洞后放水人北干 1 隧洞 。泵站对外交通通 道 为 主 交 通 洞 和 电缆井 ，电 缆井 顶部 设 地 面变 电 站 1 工 程 地 质 条 件 1 ． 1 地层岩 性 及地质 构造 泵站场区地层 自老至新分别为： 上马家沟组二段 ( O 2 s ) ：厚 层一 巨厚层 灰岩 ， 白 云 质 灰 岩 ，完 整 性 好 ，该 地 层 为地 下 泵 站 厂房 主 要 围岩 ，层 顶 高 程 1 3 1 8 ． 9 7 ～ 1 3 3 1 ． 8 4 m。未 揭 露 层底 。 中统 本溪 组 ( C 2 b ) ：岩 性 主要 为 中厚 层 细砂 岩 、 粉砂 岩 ，勘探 揭 露厚 度 为 2 O 一 2 9 m．层 底高 程 1 31 8 ． 97 -1 331 ． 8 4 m。 上统 太原 组 ( C t ) ：岩性 主 要为 中厚层 细 砂岩 、 粗 砂 岩 、含 砾砂 岩 ，底 部 为 一层 含砾 石 英 粗砂 岩 。 勘 探 揭 露 厚 度 4 9 ～ 9 2 m，层 底 高 程 1 3 4 4 ． 8 7 ～ 1 3 5 2． 4 5 m 。 上新统( N ) ：紫红色黏土 ，分布站址 区坡脚 地段 ，山腰以上分布不连续。泵 站场地 内未揭露 到该 层 。 上更新 统 ( Q ) ：黄土 层亚 砂土 。 全新统( Q ； ) ：废弃碎石土 ，弃石渣等。 灰岩地层构 造裂 隙中等发 育程度 ．裂隙一般 间距 2 m左 右 ，局 部 密 集 ，裂 隙 陡 倾 角 为 主 ，缓 倾角少见 ，砂页岩地层裂隙较发育 ．间距一般 1 m 左右 ，局部密集 ，间距 2 0 e m。 1 ． 2水 文地质 工 程 区地 下 水 类 型 有 奥 陶 系 岩 溶 裂 隙水 、石 炭 系层 间裂 隙水 和第 四系孔 隙水 。 ( 1 )第 四系孑 L 隙水 ：主要分布在 N ： 红黏土顶 部，属层间滞水 ，水量有限。 ( 2 )石炭 系层 问裂 隙水 ：主要 分布在风化壳 和砂岩含水层裂 隙中 ，主要受大气降水量补充控 制 ，水 量 不 大 ，场 区地 下 水 位 高 程 约 1 3 7 4 m 左 右 。据 井 西 煤 矿 排 水 资 料 ，平 均 吨煤 出水 量 1 6 ． 5 mff d 。 ( 3 )奥 陶系岩溶裂隙水 ：地下水埋深 大约在 泵站地下厂房底板以下 1 0 0余 m。 2 水 利 水 电 2 1 2 程 设 计D WR H E 2 0 1 3年 第 3 2卷 第 2期 1 ． 3围岩 的渗 透性 试 验 成 果 表 明 ． 地 下 泵 站 区 石 炭 系 太 原 组 ( C 。 t ) 地层透水率平均值 7 ． 0 2 L u ；本溪组地层透水 率平均值 6 ． 3 2 L u ；奥陶系 ( O z s ) 灰岩地层透水率平 均值 2 ． 7 0 L u 。 电缆井石炭系太原组 ( C s t ) 地层 透水率平均值 1 1 ． 5 L u ；本溪组地层透水率平均值 0 ． 8 8 L u ；奥 陶 系( 0 2 s ) 灰岩地层透水率平均值 3 ． 1 7 L u 。 1 ． 4主要 地质 问题 分析 地下厂房奥陶系灰岩地下水埋藏于底板以下 。 灰 岩 中基 本 无 地 下水 ；厂房 上 覆 石 炭 系地 层 ，砂 岩 中仅含有少量层间裂 隙水 ．水量微弱 ．该层 中 分 布诸 多 泥 页 岩 相 对 隔 水 层 ，与地 下 厂 房 围岩 缺 少水力 联 系 ，地 下 厂房没 有外 水压 力影 响 。 综 上 所 述 。地 下 洞 室 的主 要 渗 漏 水 来 自工 程 运行期 ，一是出水侧 出水竖井的高水头 内水外渗 ； 二 是 钢 筋混 凝 土管 和 钢 衬 管 道 接 头 处 也 可 能存 在 渗漏 问题 ；三是大梁水库可能的下渗影响等。 2防 渗 排 水 设 计 2 ． 1 N 层缺 失 区防渗设 计 大梁水库右岸邻 近泵站部位 ，N 黏 土层分布 在站址 区坡脚地段 ，山腰以上分布不连续 。且泵 站场地 内未揭露 到该 层 。 水 库右 岸 ( 主 坝右坝 头至 井西煤 矿采 空 区段 ) 的 渗漏形式是 ，库水经 N ： 缺失区较薄的 Q ， 、Q ： 黄土 层和风化破碎 的石炭 系砂页岩 ，向井西煤矿采空 区产生永久渗漏 。煤矿采空巷道 的塌陷 ，恶化了 该段地质条件。根据估算 ，该段渗漏量为 p = 3 4 7 8 m 3 ／ d ，约 占库 区 渗 漏 总量 的 1 ／ 2 。为减 小 水 库 渗 漏 损 失 ，避免煤矿采空塌陷区因渗漏而继续 向库 内 扩展 ，同时防止库水对泵站地下水造成较大影响 ． 在水库右岸采取帷幕灌浆防渗处理 。帷幕灌浆 自 右岸混凝土防渗下部起 与高喷墙联接至矿采空 区， 中间 穿 过 泵站 开 关 站 西 北 角 。形 成 一 个 与 主 坝 和 井 西 煤 矿采 空 区段 间连 续 的防 渗 帷 幕 。防 渗 帷 幕 单排布置，孔距 2 ． 0 m．帷幕伸入 9 煤层及强风化 岩 石 下 限不 小 于 2 ． 0 m，投 影 总长 7 3 0 ． 0 1 5 m，灌 浆设计标准为单位吸水量小于 5 L u 。防渗帷幕 的设 置基本拦截 了该 区渗水。 2 _ 2 出水 竖 井和 电缆 井防渗 设计 出水 竖井 和 电缆 井 均穿 透 各种 地 层 出露 地 面 ． 出水竖 井 出露 部 位 在库 区 内 ，电缆 井 较靠 近 库 区 。 为 防止 沿 建 筑 物 渗 漏 ，均 采用 全 断 面 固结 灌 浆 方 式进 行封堵 。 出水竖井 自上而下全部进行 固结灌浆 ．灌浆 孔排 距 2 ． 0 m，环 向夹 角 4 5 o 。交错 角 2 2 ． 5 o ．向下 倾 2 0 。 ，深入岩石 4 m，灌浆压力按高程变化 ，由 上 至下 为 1 ～ 2 ． 5 MP a 。为防 止 出水竖 井 高压 水 外 渗 对 高 压 调 流 阀室 产 生 影 响 ， 出水 压 力 平 洞 除 固 结 灌 浆 外 在 钢衬 和混 凝 土 衬 砌 结 合 部 位设 3排 防 渗 帷幕 ，灌浆孔 排距 1 ． 0 m。环向夹角 4 5 。 ，交错角 2 2 ． 5 。 ，深入岩石 3 0 m，灌浆压力为 2 ． 5 ～ 3 MP a 。 电 缆井 固结 灌 浆 范 围 自上 至 深 入 上 马 家 沟 组 二段( 0 2 s ) 厚层灰岩约 2 5 i n ，自上至岩石弱风化之 间( 高程 1 4 1 7 1 3 7 7 m) 灌浆孔排距 2 ． 0 m，环 向 夹角 4 5 。 ，交错角 2 2 ． 5 。 ，向下倾 2 0 ~ ，深入岩石 4 m， 灌 浆 压力 按 高 程变 化 ． 由上 至 下 0 ． 2 ～ 0 ． 6 MP a ；下 段 ( 高程 l 3 7 7 — 1 2 9 7 m) 灌浆孔排距 2 ． 0 m，环 向 夹角 4 5 。 ，交错角 2 2 ． 5 。 ，向下倾 2 0 ~ ，深入岩石 6 m， 灌浆压力按高程变化 ，由上至下 1 ． 0 ～ 1 ． 2 MP a 。 2 ． 3 地 下厂 房排水 设计 本 工 程 的排 水 设 计 主要 考 虑 主 厂 房 和 高 压 调 流 阀 室 的顶 部 浅 层 排水 。 在 主 厂房 顶 拱 处 沿 拱 圈 交错布置 4排和 5排排水孔 ，环向夹角 3 1 ． 8 3 。 ，伸 入 岩 石 1 0 m．纵 向 间 距 4 m．主 要 排 截 主厂 房 顶 部渗水。排水孔 内沿主厂房顶拱 、边墙安装有直 径 5 0和 7 5 m m 的排 水管 ．将 渗 水 引 入 排 水 道 中 ， 汇入 主 厂 房 右 侧 安 装 间 下 的 集水 井 内 ，形成 了主 厂房的整体排水系统。其 中 P V C波纹透水管开孔 率要求不小于 1 5 ％，施 工和运行期 间应 针对局部 溢出点适 当增加部分排水 孔。高压调流 阀室的排 水 设 计 原 理 同主 厂 房 ，顶 拱 处 沿 拱 圈 交错 布 置 2 排 和 3 排 排 水孔 ，伸 入 岩石 1 0 m，纵 向间距 4 m， 排水人阀室集水井 内。高压调流 阀室 的集水通过 泵抽 ．电缆井 等渗水通过 自流均经交通洞 内排水 沟引入主厂房排水道 中 ，最终汇入 主厂房右侧安 装 间 下 的 集 水 井 内 ，再 经 泵 抽 沿 主 交 通 洞 排 出 ， 形 成 整个地 下泵 站 的排水 系统 。 作 者简 介 刘春冬 男 高级工程 师 中水北 方勘测设 计研究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 张雅峰 男 助理工程 师 朝 阳市农村饮 水工程建设 管理 处辽宁朝阳1 2 2 0 0 0 赵 国杰 男 高级 工程师 中水 北方勘 测设计研 究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 ( 收 稿 日期 2 0 1 3 - 0 3 —1 4)