基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别

从一般水化学角度研究了南水北调中线源头地表水、干渠水及其周边地下水的差异。结果发现,钠离子在地下水与干渠水和源头地表水中的浓度差异最为明显,其次是总溶解固体(TDS)浓度,其他主要离子以及pH差异均不明显,说明钠离子浓度可作为识别南水北调中线干渠水及其周边地下水水力联系的备选指标。利用聚类分析和水化学类型的相似性,剔除了与干渠水可能存在水力联系的地下水样钠离子浓度,初步确定南水北调中线沿线与干渠水没有水力联系的地下水钠离子浓度大于9.8 mg/L,且该数值是干渠水钠离子浓度的1.6倍以上。因此,可将钠离子浓度及其参考范围用于快速判断南水北调干渠周边地下水与干渠水是否存在水力联系。

地铁盾构区间下穿南水北调干渠研究

为保证南水北调干渠安全及地铁自身安全,以郑州市轨道交通7号线一期工程漓江路站—刺绣路站区间为例,开展对其盾构区间下穿南水北调干渠隧道工程设计与研究。分别从盾构区间平纵断面、隧道加强措施等方面,结合以往设计经验进行优化设计,提出更合理的工程设计方案,通过数值模拟验算该穿越过程的可行性。

南水北调中线总干渠污染物降解及自净能力研究

自净过程是影响河湖水体水质变化的重要因素,污染物降解系数是决定水体自净能力的关键参数。定量分析长距离输水过程中渠道本身的自净作用,对于认识总干渠水质变化过程,区分其他外源因素对水质变化的影响都有着重要意义。以高锰酸盐指数和氨氮为研究对象,采用室内实验模拟的方法测定了南水北调中线输水总干渠典型断面的污染物降解系数,并将模拟的自净衰减过程与水质实际变化过程进行对比。结果显示:①总干渠污染物降解系数k相对天然河流处于较低水平,陶岔断面k_(COD_(Mn))为0.055 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.003 d^(-1),郑湾断面k_(COD_(Mn))为0.049 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.003 d^(-1),大安舍断面k_(COD_(Mn))为0.032 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.009 d^(-1);考虑到高锰酸盐指数实际组分复杂,渠道降解系数较模拟结果可能更低。②模拟的自净衰减过程受温度、流速的影响较大,不同条件下总干渠高锰酸盐指数将从1.8 mg/L下降至0.228~1.042 mg/L,氨氮浓度将从0.034 mg/L下降至0.026~0.030 mg/L。由于存在藻源性、大气沉降和坡面径流等外源输入增量,总干渠沿程实测高锰酸盐指数介于1.8~2.4 mg/L之间(2019年),基本维持稳定;氨氮浓度介于0.029~0.096 mg/L之间(2019年),有升高趋势。理想条件下,自净作用最大能够消减高锰酸盐指数增量的81.81%,消减氨氮增量的30.37%。研究成果可为深入认识南水北调中线总干渠输水过程中水质沿程变化提供参考。

长期地铁振动荷载下南水北调干渠累积沉降特性研究

文章依托郑州地铁10号线下穿南水北调中线干渠工程,通过一系列动三轴试验探讨干渠附近软土层动力响应特性,基于动三轴试验及有限元分析确定Chai-Miura模型参数,研究长期地铁列车振动荷载周期作用下干渠的累积沉降规律。结果表明:郑州南水北调干渠附近软土层动应变发展趋势整体表现为“稳定型”;列车振动荷载作用初期,土体累积变形急剧增加,最大地表沉降发生在行车隧道正上方,而在长期列车振动荷载作用下,地表沉降基本趋于稳定;列车单、双线运行时的地表沉降分布规律类似,但沉降值存在差异,单线运行10^(7)次(约为100a),地表最大累积沉降量为3.95mm,双线运行10^(7)次后产生的累积变形量大约为5.07mm。

灌区洪水入泄对干渠水力特性影响试验研究

为研究小浪底南岸灌区工程外洪入泄时对干渠水力特征影响,采用物理模型试验方法开展单、双侧入泄时水力特性分析。双侧入泄下干渠流速高于单侧,且稳定性也较高;当入泄流量愈高,则流速水平愈大,单、双侧入泄方式下干渠平均流速随每梯次入泄量分别增长20.6%、28.6%。同一种流量工况下,两种入泄方式下干渠压强变化特征呈一致,仅存在压强量值与峰、谷压强断面差异。泄流量愈高,压强愈大。泥沙淤积厚度在同种入泄方式下具有变化一致性,单、双侧分别呈递减、先增后减变化,且后者淤积厚度低于前者,两种入泄方式的下游断面淤积厚度均存在较小差幅,可为研究灌区工程输水干渠的防洪与调水管理提供参考。

南水北调中线总干渠冰期输水运行实践分析

南水北调中线总干渠安阳河以北段输水明渠在冬季受寒冷气温影响,会有不同程度的冰情出现,影响输水运行控制和输水效率。为有力推动南水北调中线后续工程高质量发展,缓解冰期输水供需矛盾,基于近年来冬季冰情原型观测数据和冰期输水调度运行实践,对中线总干渠冬季冰情演化特征规律、当前冰期输水调度方式以及保障措施效果进行了系统分析。结果显示:①中线总干渠冬季冰情发生范围基本为石家庄以北段,南北渠池冻融状态不同步;主要冰情为岸冰和流冰,发生冰塞风险概率较低;冰期输水时间偏短,较大范围冰盖持续时间一般不超过1个月。②目前中线工程冬季采取的小流量、高水位浮冰盖下输水运行模式,具有安全性高、气象条件适应性好的特点,但渠道的输水能力将大幅受限。③中线工程采取的以防为主,“拦、扰、融、排、捞”一体化冰凌防控措施和各项管理措施行之有效,可供类似输水工程冰期输水运行借鉴。

砂卵砾石地层中浅埋暗挖法超前小导管注浆施工技术

浅埋暗挖法施工时,为了保证掌子面在开挖过程中土体不会塌方或产生流沙,开挖前需对前方土体采取超前支护、注浆加固等辅助措施。小导管注浆加固地层技术,是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜安设注浆管,并注入浆液,达到超前加固围岩和止水的目的,同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。

高密度地震映象在南干渠回填垃圾坑中的应用研究

南干渠工程是南水北调配套工程,承担着向北京城市东部、南部地区供水的任务,是直接联系南水北调总干渠到郭公庄水厂、黄村水厂和亦庄水厂的输水管线,线路总长27.4km,采用浅埋暗挖和盾构法施工,浅埋暗挖段为双管,管内径为3.4m,盾构段为单管,管内径为4.7m.在该工程招标补勘时,发现大回填垃圾坑,导致原有的设计方案无法实施,引起业主高度重视,并要求我院在施工之前查明全线的垃圾坑分布情况,确保施工安全.因此时离原计划开工日期不足三个月,若采用常规勘探手段,无法在这么短工期内查明回填垃圾坑的分布情况.为了按时保质保量完成勘察任务,我经过反复研究,最终决定采用以物探为主,勘探为辅的手段进行勘察.因工区周边影响物探精度的干扰源较多,经过现场反复对比研究,选用工作效率高、抗干扰能力强的高密度地震映象技术,通过对全线的普查,为地质人员准确圈定埋深大于5m回填坑11处,其中有2处回填坑的坑底埋深大于设计洞顶埋深,为设计方案更改提供科学依据.通过此次应用研究,我们总结出高密度地震映象不仅能够准确反映和区分地下不良地质体的形状,若再结合少量勘探孔资料,研究其与波形的振幅、频率等对应关系,还能对不良地质体作出定量分析,改变了以往该技术只能定性分析的不足,同时也为物探在城市建设中的应用提供参考.

东干渠工程施工期间来广营地区地面沉降研究

作为北京市南水北调配套工程的重要组成部分,东干渠工程穿越了城区北部来广营和东部王四营两个区域地面沉降中心区域。通过收集和整理东干渠工程施工期间来广营地区地面沉降监测资料,研究东干渠隧洞施工期间该地区地面沉降的时空响应规律,进而对地下隧洞工程的地面沉降监测范围、监测时机、控制指标等进行分析。结果表明:在隧洞施工期间,来广营地区地面沉降的空间响应范围在顺洞轴线方向为监测断面后方-50 m至前方+1 400 m,垂直洞轴线方向的最大影响范围为1.0倍隧洞埋深范围。地面沉降的最大沉降速率和累积沉降量均小于该工程设计控制指标。隧洞一、二衬施作期间洞顶地面变形表现为隆起与沉降交替变化的过程。研究成果不仅为同类工程积累了经验,也为北京平原区地面沉降易发区域隧洞工程施工期间沉降控制标准的适宜性提供了例证。

北京市南水北调工程配套工程东干渠输水隧洞设计方案研究

东干渠工程是北京市南水北调工程供水环路的重要组成部分,输水隧洞全长44.7 km,内径4.6 m。由于输水线路长、埋深大、内水压力高、风险源多,设计工作面临众多难点,设计采用结构力学、二维和三维有限元等计算方法,取得结构应力分布云图,确定控制工况及应力最大区域,模拟特殊工况下的结构破坏形式,充分确保结构安全可靠。通过将HDPE高密度聚乙烯自粘胶膜防水卷材应用到多层防水设计中,解决了双层衬砌容易发生层间窜水的难题,为达到一、二衬联合受力效果提供了条件。采用地下连续墙围护结构及玻璃纤维筋作为洞门结构配筋,避免了大面积施工降水对环境的影响,提高了盾构进出洞的施工效率。面对众多地铁、铁路、桥梁等风险源,引入了科学的风险管理机制,采取有针对性的风险分级,进行了全面的检测、评估、论证,确保了工程建设顺利完成。

大型输水渠道退水口的退水能力研究

选取南水北调中线工程输水干渠中的澎河和澧河退水闸,采用一维非恒定计算软件,模拟计算各种紧急情况下干渠中的非恒定流态,对其退水能力进行分析和校核。结果表明:渠段两端闸门同时紧急关闭且退水闸不启用时,渠段中的水面会发生长时间的振荡。同时关闭草墩河和澎河节制闸以及该渠段间的分水口时,在设计流量下,即使不开启退水闸,也不会引起渠道漫溢;在加大流量的情况下,澎河退水闸和澧河退水闸必须同时启用至少3 h才能有效避免漫溢事故的发生。所关闭的两个节制闸间的渠段越长,退水闸运行的时间也越长。

南水北调总干渠对其左岸洪水传播的影响

建立了反映顺坡面串、汇流特点的平面二维水动力数学模型,对河南省大沙河串流区在南水北调工程总干渠修建前、后的洪水传播进行了数值模拟.根据数值计算结果做出的修改方案,可以改善总干渠左岸局部积水淹没严重的状况.

南水北调北京市南干渠工程施工过程建设管理

结合北京市南水北调南干渠工程施工建设的具体任务,根据工程建设的实际情况,总结了一些管理经验,从质量与安全方面提出了管理措施,为后续的工程建设提供了宝贵经验。

南水北调中线总干渠水质健康风险与控制技术研究

南水北调中线总干渠内排段因工程建设特点,污染物可随地下水进入干渠,致干渠水质存在健康风险,直接影响受水地区人民的身体健康。本研究在总干渠风险污染源解析识别的基础上,通过小试,确定了"复配介质渗透反应格栅(PRB)修复"和"水力截获"两控制技术。在现场中试基础上,建成"硝酸盐污染地下水的PRB修复技术示范工程"和"水力截获技术工程化试验示范工程"。工程试验结果显示:复配介质PRB修复技术对硝酸盐氮污染物修复率90%以上;水力截获技术对铬、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等风险污染物截获率均达到90%以上,符合《地下水质量标准》(GB/T14848-9)Ⅲ类水质要求。可有效应对总干渠水质的健康风险,保证南水北调中线总干渠内排段乃至全线的水质安全。

深基坑全封闭防水技术

深基坑全封闭防水设计,采用钢筋混凝土地下连续墙、止水型钢、高压止水旋喷桩及空心和实心桩相结合的基坑封底措施,适用于地下水丰富且基坑降水困难或降水对周边建筑物安全存在较大影响的非降水深基坑开挖。本文结合北京市南水北调配套工程东干渠工程,详细介绍了全封闭防水设计的特点及技术方案,可供类似工程参考。

南水北调中线输供水水质管理协作机制探讨

为保障南水北调中线工程持续稳定向北方地区供水,在分析中线总干渠工程特点基础上初步研究了中线输供水水质管理中信息共享、日常协作和应急协作机制。调查研究发现目前供水、用水、退水三方水质信息分散且存在水质信息共享需求,并根据水质监测现状提出水质信息共享机制。通过对沿线水厂制水工艺污染物去除能力进行分析,提出了干渠原水微污染状态下供水和用水双方的协作机制。另外对于干渠水发生严重突发水污染事故时供水方与退水方的应急协作机制进行了简要分析,为南水北调中线总干渠水质管理提供技术支撑。

南干渠工程二衬混凝土气泡成因及控制技术

针对北京市南水北调配套工程南干渠二衬混凝土表面存在不同程度气泡的问题,从混凝土配合比、浇筑过程控制和脱模剂等方面进行了试验研究,发现了气泡产生的主要原因,提出了一套成熟的、有效的控制措施,解决了南干渠二衬混凝土浇筑外观质量的问题。

南水北调南干渠工程穿越风险地段的施工方法

南水北调南干渠Ⅲ标需要全段穿越大兴灌渠、桥墩、垃圾坑以及二元地质结构地层等风险地段,施工难度大。施工中采取了铺设土工膜、现浇混凝土方涵导流、加密钢格栅等方法,安全地穿越了风险地段。

隧洞衬砌全圆针梁台车抗浮结构设计

北京市南水北调配套工程南干渠七标浅埋暗挖隧洞为双线DN3 400 mm输水隧洞,其二次衬砌采用全圆式针梁台车施工。为应对台车在浇筑过程中通常会出现的上浮问题,在该台车设计之初便对抗浮进行了细致计算。实际衬砌浇筑证明,该台车抗浮装置可有效地防止其上浮,为以后类似工程积累相关经验。

南水北调配套工程廊涿干渠通信系统设计

廊涿干渠通信系统共包括1个管理处和7个现地阀站。管理处和现地阀站之间采用链型光纤组成自愈环通信方式,以全数字一体化通讯管理平台实现基于以太网的视频、监控数据的传输。