科学修建穿黄工程是京杭大运河全线通航高效穿黄的关键

从满足京杭大运河穿黄工程高效通航的竖向条件、同南北两岸对接、对黄河防洪及对东平湖污染影响等方面比选,确定黄河下游路那里大断面主槽上游约330 m处作为推荐线位。通过综合分析,隧道顶采用400 mm厚、经防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板,底部高程为24.1 m、净高12.5 m、长约3500 m、单向航道净宽25 m、双向驶船总宽为55 m的“上黄(河)下运(河)”立交平穿过黄隧道方案,能够实现京杭大运河全线通航高效穿黄的目标。为便于航船往来,既能让游客看到运河行舟的美景,又不影响超标准洪水行洪,可进一步提升为隧道(南部河槽)+玻璃观景平台(北部滩地)立交平穿过黄方案。为使通航有充足水源,须将位山水利枢纽遗址南岸区域恢复到枢纽修建前黄河、汶河洪水自然进出东平湖的状态,将梁济运河改造为北流后,即可依靠南四湖、东平湖、金堤河、引黄渠系及沿黄平原水库等对京杭大运河黄河以北段有效配水,充分发挥其灌溉、分洪、排涝等功能,产生巨大的经济、社会与生态效益。

山东对黄河流域生态保护和高质量发展的作用不可替代

黄河河口自然状况特殊,仅黄河口治理及其三角洲湿地保护这方面,即可说明山东对于黄河流域生态保护和高质量发展具有不可替代性。研究表明:(1)应在竭力维持清水沟流路稳定前提下,将刁口河流路作为防洪与生态补水的辅助流路,使黄河三角洲成为统筹推进山水林田湖海草沙综合治理、系统治理的典范。(2)宽河段应采用“两道防线”布局与河道生态修复相结合的治理方案,即采用板桩组合坝技术将防护堤高标准修建,作为保障“二滩”“嫩滩”区域相对稳定的“第一道防线”,将“高滩”作为移民安置区;“二滩”可作为超标准洪水行洪空间;“嫩滩”可修复湿地生态,与河槽一起承担大中洪水流量下的行洪功能,通过对传统工程升级改造,以“平顺护弯、以弯导流”达到中水河势稳定控制、输沙能力提升的目的,实现“河床不抬高”的目标。(3)根据分析与当时模型试验结果,提出三门峡河段1843年洪水洪峰流量应取30000 m^(3)/s,采用热释光法对淤沙层之下两组瓦片样品测定年代,认为该洪峰流量重现期应为1200 a。取实测洪水还原资料而不计历史调查洪水点据,给出设计洪水成果与预估的1843年洪水三门峡站洪峰流量与重现期较为接近。(4)选取花园口站“58·7”洪水资料为典型洪水过程,通过水库调洪计算,得到小浪底水库运用后花园口站设计洪峰流量。再采用下游各站洪峰流量相关图,同时根据黄河动床模型试验结果,综合得出其他站设计洪水成果。(5)艾山卡口扩宽改造直接决定黄河下游防洪减灾治理体系的完善运行,应在大幅提升窄河段防洪能力的同时,增加窄河段高效输沙降河机会。根据艾山站1958年过洪峰流量12600m^(3)/s而并未使窄河段决口的实际分析,黄河下游“82·8”洪水不应向东平湖分洪,且经过1958年之后长期堤防大规模建设,即使13000 m^(3)/s的洪峰流量不启用东平湖,也能保证窄河段防洪安全。(6)按照现行运用原则和本文设计洪水成果,加上山东窄河段改造扩展能将排洪能力增加,东平湖与北金堤滞洪区均可“解放”。(7)鉴于黄河目前具有较大调控能力的大型骨干水库只有相距数千公里的龙羊峡、小浪底水库,实际对黄河下游的水资源调节作用有限,故需利用东平湖和沿黄蓄水设施,发挥调蓄生态用水与合理配置水资源的功能。(8)为使京杭运河全线通航,可将路那里断面上游280 m的穿黄位置作为推荐线位,北岸线路与金堤河平交,之后顺势与运粮河及京杭运河相连;提出“隧道+玻璃观景平台”穿黄方案,即隧道净高11.5 m,底部高程25.3 m,双向驶船宽55 m,高程37 m的隧道顶采用高强度微拱形钢板;为便于航船过往和观景,同时不影响超标准洪水行洪,将生产堤提升改造为高标准防护堤后,在高程45 m处铺设特种玻璃成为“玻璃观景平台”。(9)将梁济运河改造为北流之河,能充分发挥南四湖、东平湖、金堤河及梁济运河对运河北段的配水和引黄补水作用,通航水源颇为可靠,并可产生巨大的减灾与生态效益。最后,对建设涉及的前期论证、勘察、设计、施工、监测、运行管理等工作提出了建议,给出“精心准备,先引后围,先右后左,水库调配”的穿黄工程施工原则。

软弱地层超深竖井的设计与施工

主要介绍了南水北调中线一期穿黄工程,在黄河滩地软弱地层(地层为砂层)修建超深竖井(竖井深度50.5m)的工程实例。通过合理的设计,克服了地下水位高;地质条件复杂等因素的制约。文中详细阐述了修建超深竖井的施工技术与施工工艺。

南水北调中线工程穿黄隧洞施工控制测量技术

穿黄隧洞工程是南水北调中线的关键性工程,该工程采用双洞平行布置,盾构机单向掘进施工。介绍了穿黄隧洞工程地面控制网测量、竖井联系测量、隧洞内精密导线测量等施工控制测量方案,对贯通误差进行了分析研究,并在控制测量和检测过程中采用了一系列有效措施,从而保证了掘进精度在施工设计允许范围内,实际贯通误差约2 cm。

南水北调中线一期穿黄河隧洞工程技术特点与工程实践

南水北调中线一期穿黄河隧洞工程是该工程的关键节点,工程规模巨大,需要解决复杂的地形、地质和运行条件给工程带来的挑战性难题。本文对穿黄河隧洞工程前期论证和建设过程中遇到的关键技术难题以及解决措施进行了回顾。

南水北调中线穿黄隧道盾构注浆浆材试验

为满足南水北调中线工程穿黄隧洞盾构施工工法要求，对研制开发的水泥-膨润土-水玻璃系双液塑性壁后注浆材料，通过室内模拟注浆试验，重点探讨了材料组分对注浆材料流动性、稳定性、凝胶特性、强度等性能的影响。结果表明：凝胶时间可控制在10s左右；不同配比注浆材料1h单轴抗压强度为0．08～0．12MPa，28d为7．81～8．52MPa；渗透系数为2．0×10^-8cm／s；模拟注浆时浆液不被水稀释，充填良好；且不会对地层产生劈裂，也不会向开挖掌子面渗漏。

混凝土浇筑施工对穿黄隧洞衬砌垫层渗透性影响试验研究

在南水北调穿黄隧洞衬砌混凝土浇筑施工中有可能对衬砌垫层渗透性造成影响的因素主要有压力、混凝土塌落度、浇筑时间、振捣方式等。通过模型模拟试验方法,对衬砌施工工况下上述各因素的影响进行研究。结果表明,法向压力可使垫层土工织物渗透性降低并趋近于某一特定值;混凝土塌落度、浇筑时间对渗透性有一定影响,但不同塌落度、浇筑时间影响差别不明显,而不同振捣方式可使土工织物渗透性降低1～2个数量级。为克服以上因素的影响,推荐三维结构的排水土工网作为穿黄隧洞衬砌垫层材料。

南水北调中线穿黄工程对河势与防洪影响的试验研究

穿黄倒虹吸工程是南水北调中线的关键性和控制性工程,而工程所在河段又是典型的游荡性河道,河床演变情 况极其复杂,因此研究工程对河道的影响具有重要意义。通过实体模型试验,对工程修建后对所在河段河势与防洪的 影响进行了分析研究,为工程设计提供了科学依据。

南水北调中线穿黄工程渡槽设计研究

根据南水北调中线穿黄河段的地形地质条件、黄河的洪水泥沙特性和穿黄工程规模大、技术复杂的特点,进行了多种方案的研究比较,推荐采用三向预应力矩形薄腹梁渡槽,下部结构为柱式墩、混凝土灌注桩基础。经过较全面的计算分析研究,渡槽能够满足各种可能条件下的施工和安全运行要求。

锚索间距对环锚预应力衬砌结构强度的影响与选择

以南水北调中线穿黄隧洞环锚预应力混凝土衬砌结构为例,利用有限元软件ANSYS建立计算模型,通过三维有限元计算并分析了环锚预应力结构中锚索间距对衬砌结构强度和稳定性的影响及其相关规律。结果表明,当锚索间距过大时,不能满足衬砌结构的承载能力及环向应力沿轴向的均匀性要求,局部区域因环向拉应力超过混凝土抗拉强度设计值时将出现裂纹;当锚索间距过小时,衬砌结构偏于安全,但影响工程施工的便利性并提高工程造价。对于穿黄隧洞工程,锚索间距为0.4~0.6m时可满足其安全运行要求,为尽可能降低锚索的工程造价,兼顾锚索的锚固作用及工程的经济效益,建议在满足工程结构受力的要求下优先选取较大的锚索间距。

穿黄隧洞形变检测及三维数字仿真管理系统研究

穿黄工程是南水北调中线总干渠穿越黄河的关键性工程,其中穿黄隧洞工程技术难度最大。穿黄隧洞采用双层衬砌结构,工程地质条件复杂,其在多变的水土压力作用下的变形情况直接关系到穿黄隧洞的运行安全和南水北调中线工程的正常供水。以三维激光扫描技术为工具,获取了穿黄隧洞过水面的三维信息,采用自主研发的"隧道形变检测/监测系统"对隧洞进行形变检测,并建立了穿黄隧洞三维数字仿真管理系统。将测绘技术应用于穿黄隧洞的运行管理,可提供可靠的技术支撑。

SMW工法在南水北调中线穿黄工程盾构机常压换刀时地基加固中的应用

在简述SMW工法原理和主要特点基础上,介绍了南水北调中线一期穿黄工程概况及其地质条件,分析了盾构机常压换刀时采用SMW工法对地基进行加固的必要性,详述了实际施工过程中该工法的方案、工艺流程、技术参数及质量保障措施等。穿黄工程中采用的SMW工法深地层加固技术可为同类工程提供有益借鉴。

穿黄隧洞衬砌无垫层段1∶1仿真模型试验及分析

南水北调中线穿黄隧洞衬砌为双层预应力结构,为了揭示其工作性态、应力变形规律,开展了穿黄隧洞衬砌1∶1仿真试验。为了验证试验成果,同步对其中无垫层试验段联合承载结构进行有限元计算分析。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉以及内水压力施加的实际过程,对内外衬之间以及管片之间的接触与传力特性进行计算分析。通过与试验对比显示,无论是结构变形、应力,还是缝隙开度,两者规律一致,数值接近,验证了联合承载结构的受力特性及传力机理,其研究成果可供类似工程结构参考应用。

穿黄隧洞预应力双层复合衬砌结构受力特性研究

结合穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验,采用三维非线性有限元方法进行计算分析,跟踪对比试验中无垫层衬砌段(联合承载)、有垫层衬砌段(独立承载)2种结构的试验监测数据,研究这种新型双层复合衬砌结构的受力特性。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉,以及内水压力施加(充水)的实际过程,研究管片之间以及内外衬之间的缝隙状态和传力机理。研究结果显示:即使内、外衬处于完全张开状态,无垫层模型的预应力荷载也可以通过插筋传递到外衬,表明插筋是实现内外衬砌联合承载的重要结构措施;有垫层模型内外衬砌具有独立承载特性。计算与试验成果对比显示,无论是结构变形、缝隙开度还是衬砌应力,两者规律一致、数值接近,其研究成果可供类似工程参考借鉴。

南水北调中线穿黄工程河道束窄方案试验研究

穿黄工程是南水北调中线总干渠与黄河的交叉建筑物，工程采用双隧洞并排穿过黄河，由于该河段是黄河由峡谷进入冲积性平原的过渡性河段，为典型的游荡性河道，河谷宽度达7～8km，最宽处可达11km，在穿黄工程线路处，河谷宽7．5km，河道南岸为邙山山岗，岸坡陡峭，主槽近岸，各种水流条件下主流较稳定，而北岸是宽阔的河滩地，因此，为缩短隧洞长度提供了有利条件。通过实体模型试验，对不同河道束窄方案在不同水沙条件下，对工程河段河势与防洪的影响进行了分析研究，提出了合理的束窄宽度，为工程设计部门提供了科学依据。

南水北调工程穿黄隧洞衬砌垫层淤堵试验

对南水北调工程穿黄隧洞衬砌施工期及运行期有可能对衬砌垫层渗透性造成影响的几个因素如压力、混凝土浇筑、混凝土析出物、气泡含量等进行试验研究。认为水中过高的气泡含量是造成土工织物淤堵的主要因素。提出了可减少衬砌垫层淤堵的复合土工材料的结构形式。该种新型的复合土工膜已在南水北调工程穿黄隧洞现场试验模型中得到成功运用和验证。

南水北调东线穿黄河工程方案的论证与确定

穿黄河工程是南水北调东线工程的关键性控制工程。通过简述穿黄河工程的论证过程和穿黄探洞的有关情况,着重介绍了有关输水规模、穿黄河工程进出口设计水位、过河线路、过河方式、隧洞洞径及工程布置型式等主要关键技术问题的研究选定,并针对性地提出了一些看法和建议。

冷冻封水技术在南水北调中线穿黄隧洞盾构始发中的应用

南水北调中线一期穿黄隧洞采用盾构法施工,盾构始发是整个盾构施工过程中最关键、最重要的环节,处理不慎极容易出现涌水、涌砂现象,对工程和机械设备造成毁灭性的后果。为确保盾构始发安全,采用冻结法对高喷加固区与工作竖井地下连续墙之间进行冷冻封水加固,取得了良好的效果。现总结了在该工程中冷冻封水措施的方案布置、关键技术问题和实际取得的效果。

南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术

在简要介绍南水北调穿黄隧洞断面结构及锚索布置的基础上,详细介绍了该隧洞衬砌施工中采用的有黏结后张法环形预应力混凝土施工工艺,具体分析了混凝土浇筑、锚索张拉、锚具槽回填、孔道灌浆等工序的施工流程、方案及施工技术。施工实践表明,南水北调穿黄隧洞工程是有黏结后张法环形预应力混凝土施工技术在我国大洞径、高水头有压输水隧洞衬砌结构工程中的又一次成功应用,完全满足对预应力控制的条件,各项指标均达到设计要求,取得了较好的效果。

黄河下游引黄涵闸运行养护技术研究与应用

从结构、机电系统、闸与堤防结合处、整体度汛等方面,提出了黄河下游引黄涵闸工程存在的险情与隐患,并提出了一系列涵闸闸门减振防振、启闭机过载安全保护、启闭设施维护、隐患预防与防洪安全度汛的技术措施。实践表明,科学把握工程运行特点,严格管理制度,精心维护,能够有效地防止或减少工程险情与隐患危害。