南水北调穿黄隧洞工程盾构换刀加固区降排水方案应用.pdf

一水利建设与管理 2 0 1 5 年 笫1 1 期 D OI ： 1 0 1 6 6 1 6 j c n k i 1 1 - 4 4 4 6 T V 2 0 1 5 1 1 0 0 9 南水北调穿黄隧洞工程盾构换刀 加固区降排水方案应用 汪水光 ( 河南省水利第二工程局， 河南 郑州4 5 0 0 1 6 ) 【 摘 要】 南水北调穿黄隧洞工程采用世界先进的泥水加压平衡式盾构施工， 掘进至隧洞桩号7 + 7 6 2 8 o 处盾构 机刀具磨损严重， 需要及时更换。为保证换刀工作能在干旱的基坑中顺利进行， 必须进行降排水。本文介绍 了降 排水方案在该工程中的应用， 以期为类似工程提供借鉴经验。 关键词】 穿黄隧洞； 换刀加固区； 降排水 中图分类号： T V 5 5 4 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 5 - 4 7 7 4 ( 2 0 1 5 ) 1 1 - 0 0 2 0 -0 4 Ap p l i c a t i o n o f d e wa t e r i n g a n d d r a i n i n g p l a n a t s h i e l d t o o l c h a n g i n g r e i nf o r c e m e nt a r e a i n Ye l l o w Ri v e r pe ne t r a t i o n t u nne l wo r k o f S o u t h t o No r t h Wa t e r Di v e r s i o n P r o j e c t WANG S h u i g u a n g ( H e n a n Wa t e r C o n s e r v a n c y N o 2 E n g i n e e r i n g B u r e a u ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 6， C h i n a ) Ab s t r a e t ：Wo r l d a d v a n c e d s l u r r y p r e s s u r e b a l a n c e d s h i e l d c o n s t r u c t i o n i s a d o p t e d i n Y e l l o w R i v e r p e n e t r a t i o n t u n n e l wo r k o f s o u t h t o n o r t h w a t e r d i v e r s i o n p mj e c t S h i e l d ma c h i n e t o o l i s s e ri o u s l y w o r n w h e n i t i s d ri l l e d t o t u n n e 1 p i l e n u m b e r 7 + 7 6 2 8 0，wh i c h s h o u l d b e t i me l y r e p l a c e d D e wa t e ri n g a n d d r a i n a g e mu s t b e i mp l e me n t e d i n o r d e r t o e n s u r e s mo o t h t o o l c h a n g i n g w o r k i n d r o u g h tu n d a t i o n p i t I n t h e p a p e r ，a p p l i c a t i o n o f d e w a t e r i n g a n d d r a i n a g e p l a n i n t h e p r o j e c t i s i n t r o d u c e d ， a n d i t i s e x pec t e d t h a t i t c a ll p r o v i d e ref e r e n c e a n d e x p e ri e n c e f o r s i m i l a r p r o j e c t s Ke y w o r d s ： Y e l l o w R i v e r p e n e t r a t i o n t u n n e l ；t o o l c h a n c n g r e i n f o r c e me n t a r e a ； d e w a t e r i n g a n d d r a i n a g e l 工 程概 况 南水北调穿黄河隧洞从南岸入口到北岸出口全长 3 4 5 0 m， 选用泥水平 衡盾 构施工 ， 隧洞 内径 7 0 m， 外衬 0 4 5 m。穿黄人 口桩号5+ 5 6 8 ， 中心高程为7 2 4 5 m； 中 心桩号7+1 0 8 ， 中心高程 7 1 m； 出口处桩号9+1 0 8 ， 中 心高程 6 7 O O m。 隧洞施 工位置 位 于桩号 7+ 7 6 2 8 0处 ， 拟对 盾构 机刀具进行更 换。根据 现场 布置 ( 见 图 1 ) ， 从 图 中可 2 0 以看 出： 盾构机 刀盘 前方加 固 区为 1 5 2 5 m X 4 4 m， 搅 拌桩深度达 到 6 1 2 2 m 高程 ， 刀 盘上 方加 固深度 达 到 7 4 7 2 m， 刀盘 以后部分只采用 了 1 排直 径为 8 5 0 m m的 搅拌桩对地下水进行截渗 ， 其深度受 已安装好的隧洞 管 片的影 响不能完全封 闭地下水 。 盾构机头位 置处 在地 面高程 1 0 2 61 0 3 2 m左 右 ， 属黄河漫滩 区 ， 盾构机 中心线高程 为 6 9 7 2 m， 盾构 机顶部埋深约 2 5 m。 一水利建设与管理 2 0 1 5 年 第1 1 期 图 2 降水方案平面布置 3 2 涌水量计算 3 2 1 截渗渠估算总涌水量 根据要求拟将地下水位降到地面以下 2 3 r n ， 即地 下水位降深约2 0 m左右。含水层结构从上至下依次为 上部中细砂 、 中部粉质壤土、 底部粉质黏土。 按照降水布置方案 ， 截渗渠总长度为 8 5 8 1 m( 即 2 号至 9号井间直线距离之和) ， 由于没有现场抽水 试验 资料， 渗透系数及影响半径取值参考临近降水工程值 及规程规范推荐值 ， 分别取 1 2 5 m h和 l O O m 。采用上 述公 式进行 计算 ， 水 位降深达 到要求并 稳定后其 总涌 水量约为 6 0 8 2 m h 。 3 2 2 单井最大涌水量估算 当降水井位于均质 、 无限含水层环境中以稳定流 方 式进行 降水时 ， 其 单井涌水 量计算公 式可 以按泰斯 公式进行计算 。 根据黄河滩 区冲积沉积地层的固有特点及 临近工 - 2 2 程降水施工经验 ， 含水层厚度为 2 4 m、 水位最大降深 2 2 m、 降水 井井 半径 为 0 1 7 ra m， 影 响半径 根据 经验 取 1 8 0 m。代入泰斯公式 计算 可得单 井降 深 2 2 1 1 ， 稳定 时 流量为 3 2 2 9 m h 。 3 2 3 大井法最大涌水量估算 根据 目前降水井 的平面布置方案 ， 可 以把 8个井概 化成为 1 个 大直径 的井 ， 通过 计算 ， 概化后大 井的井半 径为7 5 m， 此时不考虑搅拌桩截渗区的影响， 影响半径 取 5 0 0 m ， 其他参数同单井取值， 代入泰斯计算公式， 大 井涌水量为 5 3 5 5 m h ， 此时没有考虑大井底的进水。 3 2 4降水稳定时 间 由于该工程没有做抽水试验， 缺少地下水位降落 漏斗与时 间的关系 曲线及含水层 的给水度 等水文地质 参数， 故不能较准确地计算降水达到要求深度的时问。 根据 临近工程经 验 ， 降水 达到 预定 深度所 需要 的时 间 为 7l O d 汪水光南水北调穿黄隧洞工程盾构换刀加固ft 降排水方案应用 4 基坑降水方案 4 1 深井降水方案 根据不 同方 案模 拟计算 结果 ， 结 合黄 河河 道 区具 体水 文地质条件 ， 选 择以下 辅助降水方案 ： 在盾尾 沿搅 拌桩边线外侧 3 5 m布置降水井 5眼， 井深预计 2 8 4 0 m， 井径 7 0 0 ra m， 过滤器直 径 3 4 0 m m； 盾构机前方拟布 置3眼井， 井深2 8 5 2 m； 搅拌桩范围内侧靠近盾构机头 处两侧各布置 1眼降水井。降水井总数共计9眼。 4 2 深井 真空降水 方案 布置真空复合降水井的主要 目的是疏干盾构机头 外侧黏性土层中的孔隙水， 确保盾构机机头及前侧硐 室的开挖在干地环境中施工及硐室围岩稳定。如图 2 所示， 图中红圈为真空复合降水井的位置 ， 沿盾构机前 部机身与搅拌桩之 间的距离 为 1 0 8 m、 中部 为 2 2 8 m。 前部平行机身两侧各布置 2个真空井， 中部由于间距 较大 ， 拟梅花形或直线形布置真空降水井 2个。单个 真空井 的结构 为深度 4 0 m、 井 径 3 5 0 m成孔 ， 过滤 器 的 放 置根据成 孔过程 中 的地 层变化 而设置 ， 过滤器 拟布 置深度 为 2 8 3 6 m， 主要 布置在黏性 土层 中， 主要 功能 是以高度真空的方式疏干黏性土层的孔隙水。 5 单井结构设计 5 1 过滤器 从临近工程的几次抽水试验结果来看， 在抽水过程 中孔壁容易坍塌， 为了保护孑 L 壁， 过滤器及滤料至关重 要 ， 过滤器 的结构及滤料的级配直接影响抽水井 的出水 量及抽水井的寿命。从上述模拟结果可知， 单井最大出 蔓曼 曼 曼曼 - - 曼曼 墨 易 鼻 墨 鼻 ! 要 曼 毫 墨 孽S 曼墨 要 暮! ( 上接第 5页) ( 二)中国水利水电勘测设计协会 联 系 人 ： 李筱涵 、 计炳生 电 话 ： O l O一 6 3 2 0 6 7 6 0 、 6 3 2 0 6 7 6 3 传 真： O l O一 8 2 0 7 7 9 7 6 电子邮箱 ： l i x i a o h a n g i w p o r g c a 通讯地址 ： 北京市 西城 区六铺炕北小街 2号 邮 编 ：1 0 0 1 2 0 ( 三)中国水利工程协会 联 系 人 ： 宋 场 、 牟佳 、 王海燕 电 话 ： 0 1 06 3 4 6 2 0 6 3 、 6 3 4 6 2 0 6 5 、 6 3 4 6 2 0 7 3 传 真 ： 0 1 06 3 2 0 7 5 1 4 电子 邮箱 ： m j c w e u n o r g 水量可达到 1 5 0 m h ( 考虑各井的相互干扰影响) 。 该项 目所处位 置为 黄河漫 滩上 ， 砂 层及 砂岩 分布 稳定且渗透性非常好 ， 渗透系数大， 降水井管采用外径 4 7 0 m m、 内径4 0 0 m m的加筋水泥实管 ， 滤水器采用加 筋水泥滤水管， 过滤器的孑 L 隙率不得小于 3 0 ， 其长 度大于 2 7 m。 5 2 沉淀管 根据临近降水工程几次的抽水试验和降水井降水 结束后所测的井内沉淀物来看， 一般沉淀物长度都小 于0 5 m， 故沉淀管的长度按2 m考虑是比较合适的， 可 满足施工降水过程中沉淀长度的要求。 5 3 回填滤料 回填 反滤 料 的级 配可 以根 据含 水 层 的颗粒 分析 ( 颗粒分析曲线) 和颗粒特征粒径 的含量资料确定。 级配比例按现场单井钻进情况进行配制。 6结语 通过理论与工程实际经验相结合， 采用数值模拟 法对施工降水 问题进行多方案计算 比较 ， 推荐 出经济 、 合理的降水方案并按计划组织实施， 有效保证了盾构 施工的顺利进行 。 参考文献 1 S L 2 9 1 -2 0 0 3 水利水电工程钻探规程 S 2 G B 5 0 0 2 7 -2 0 0 1 供水水文地质勘察规范 S 3 J G J 1 2 0 2 O 1 2 建筑基坑支护技术规程 S 4 章勇 ， 严小兵 盐城胜利河东闸站 围堰施工及降排水 J 水利建设与管理 ， 2 0 1 4 ， 3 4 ( 1 1 ) 地 址： 北京市西城区南滨河路 2 7号贵都国际中心 B座 1 l 1 6室 邮 编 ： 1 0 0 0 5 5 ( 四)中国水利 企业 协会 联 系 人： 李莉、 高柏 电 话 ： 0 1 0 6 3 2 0 4 8 3 5 、 6 3 2 0 3 4 2 7 传 真： 0 1 0 6 3 2 0 2 1 7 5 电子邮箱： s l q x l i l i 1 6 3 C O rn 通讯地址 ： 北京市西城 区南线 阁 1 O号基业大厦 7层 邮 编 ：1 0 0 0 5 3 来 源： 水利部 网站2 0 1 5年 1 0月 3 0 日 ht t p： www iT l Wr go v c n z wz c t z g g t z g s 2 01 51 0 01 51 03 0 _7 2 46 31 h t ml 2 3