LONG AND DEEP DIVERSION TUNNELS OF 1^(ST) STAGE PROJECT IN WEST ROUTE OF SOUTH-NORTH WATER TRANSFER PROJECT

West Route of South-North Water Transfer Project,situated in southeastern Qinghai-Tibet Plateau,is a giant project,which will deliver 17 billion m3 of water from the main stream and tributaries upstream of the Yangtze River to the upper reaches of the Yellow River. It is to be constructed in 3 stages, of which the 1st stage project includes delivering 4 billion m3 of water by gravity from two tributaries of Yalong River and three tributaries of Dadu River. The project consists of 5 dams,7 tunnels and a channel in series,with the dam height of 63～123 m and water transfer length of 260.3 km,of which the tunnels measure 244.1 km. The special climatic,environmental and geologic conditions make the project much more complicated in construction,especially 3 tunnels with the length longer than 50 km each create challenges to the technical requirements of engineering survey,design and construction.

破碎带空间分布对隧道变形特性的影响

以某长距离引调水工程中的检修隧道为例,通过二维和三维有限元分析,对不同破碎带空间位置影响隧道施工变形的规律进行了研究,以期为隧道衬砌设计提供数据支撑。所研究的影响因素包括破碎带的走向、倾角、宽度、破碎带到隧道的间距L、隧道埋深及侧压力系数。通过影响因素的不同组合来模拟不同的工况,以此获得隧道开挖过程中拱顶下沉、隧道收敛、仰拱隆起的变化规律。结果表明:倾角较小时拱顶下沉量较大,收敛量较小,而倾角较大时相反;隧道变形随L的增大而减小,当L>0.4D(D为洞径)时变形趋于稳定;隧道变形随着埋深的增大而增大;隧道拱顶下沉量随侧压力系数的增大而减小,且倾角越小下沉量越大,而隧道收敛量呈相反趋势;相比之下,破碎带走向与开挖方向斜交时隧道的拱顶下沉、仰拱隆起和收敛量更大。

南水北调中线工程水源林生态系统对水质的影响——以秦岭南坡中山地带火地塘林区为例

通过对秦岭南坡中山地带火地塘林区大气降水与支沟溪流水和流域出口径流水质的比较分析，以及溪流水和流域出口径流水质与水量的相关分析，发现7—10月份大气降水呈微酸性，经过森林生态系统的调节，径流pH值升高，且不随流量变化而发生变化；森林生态系统对随降水输入的NO3^-、NH4^＋、PO4^3-有很好的净化作用，这种作用对于降低南水北调中线工程取水地丹江口水库水质富营养化的威胁非常有益，对重金属元素Cd、Pb、Mn有固定作用；对K、Na、Ca、Mg、Fe有增加作用，尤其对Ca、Mg含量增幅较大，但这种作用不会对水质产生不良影响，对Fe的调升有利于水质改善；森林生态系统在调减Zn含量方面作用显著；林区径流水质与水量之间并无较大关系，水质不随水量变化而发生较大变化，森林生态系统对水质有很好的稳定作用。

盾构管片钢筋混凝土内衬大型输水隧洞结构研究

在北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂输水工程(一期)输水隧洞工程中,根据盾构管片钢筋混凝土内衬的结构间连接结构形式的不同,对双层衬砌相互作用模型进行了对比分析。根据所确定的结构模型对不同的力学模型进行分析,确定了北京地区土质条件下的盾构管片内衬钢筋混凝土的力学模型。计算表明,结构控制的内力状态确定为盾构管片为大偏心受压构件,内衬钢筋混凝土结构为小偏心受拉构件。

南水北调西线一期工程的工程地质和岩石力学问题

南水北调西线一期工程由“四坝、二堰、七洞”组成,年调水量40×108 m3。工程的最大难点在于深埋长隧洞的勘察、设计与施工。工程地质条件相对复杂,枢纽的建坝地质条件较好,块石料满足要求,库区淹没损失小。隧洞区的主要岩石类型为三叠纪的砂岩和板岩,局部出露有灰岩和岩浆岩。深埋长隧洞存在着诸多复杂的工程地质和岩石力学问题,但在目前的经济技术条件下是可以解决的,不存在制约西线工程实施的技术难关和地质条件。

南水北调西线工程区及邻域的活动构造

南水北调西线一期工程在构造上位于青藏高原东部的巴颜喀拉地块内部,块体的四周边界以巨型走滑断裂和逆断裂为特征,构造运动非常强烈,是块体运动引发应力集中和释放能量的主要场所。但块体内部构造活动性较弱,仅发现甘德—阿坝断裂系北支断裂在阿坝盆地段的部分断裂、色达—洛若断裂和康勒断裂等晚更新世以来有过活动,且规模和运动强度远小于地块边界断裂。晚第四纪以来地块边界断裂的位移速率大多在7 mm/a以上,最大达18 mm/a,最小为1～2 mm/a,而输水隧洞附近最主要的活断层顺河断裂的位移速率仅为0.18 mm/a,相对地块边界断裂小1～2个数量级,可以认为工程场地处于构造相对稳定的地区。给出了阿坝盆地北缘断裂、顺河断裂等活断裂在工程使用期内最大设防的倾滑位移量,分别为0.67和2.62 m。

南水北调西线一期工程区断层活动性及工程地质评价

南水北调西线一期工程位于青藏高原东部的边缘地带,海拔 3 500 m以上,地质条件复杂,断层密集分布,褶皱强烈发育,构造活动频繁。通过ETM卫星影像和野外考察分析了工程引水隧洞线路区断层的空间分布及活动特征。工程区以桑日麻断裂、鲜水河断裂和甘德南断裂等对工程的影响最大,是潜在的发震断裂。深埋长引水隧洞在较高地应力作用下,软弱围岩及宽大断层带物质易产生大变形和长期流变。引水线路区褶皱、断层构造发育,有利于地下水富集、运移。在静、动水压力下,引水隧洞穿过断层及破碎带时易发生涌水、碎屑流和坍塌等地质灾害。

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。

南水北调中线穿越黄河输水隧洞技术研究

穿黄工程是南水北调中线的关键工程,南起黄河南岸荥阳县王村至北岸温县马庄东侧,全长约19.3 km;工程设计流量为265 m3/s,加大流量为320 m3/s,设计利用水头为10 m。主要建筑物包括南岸连接明渠、退水建筑物、过河建筑物、北岸河滩明渠、连接明渠等,按1级建筑物设计。主要介绍南水北调中线穿越黄河输水隧洞工程中穿越黄河线路、过河建筑物型比选、工程总体布置方案、盾构法施工的水工隧洞技术和施工工艺、砂层中修筑的大型超深竖井结构技术、黄土高边坡处理技术以及大范围的渠道地基震动液化处理等技术研究成果。

南水北调西线工程区地下径流模数、岩体透水性及隧洞涌水量预测

针对南水北调西线引水工程区地形地貌和地质条件的特点,研究了该工程区地下水径流模数、岩体透水性的分布规律。提出了在遥感解译的基础上,以水文图分析法为主,结合野外泉流量和溪流量测验,综合评价地下水径流模数的方法。研究结果表明,贾曲单元地下水径流模数最大,其他单元则基本接近,越向西南,径流模数逐渐减小。通过现场压水试验数据的整理分析,结合现场钻孔同位素示踪试验,建立了Lu值随埋深呈负指数减小的变化规律。在数据整理中,提出了需剔除由于孔口止水处理不当造成的Lu值大于40 Lu的点,以及由于断层或裂隙密集带影响产生的“奇异”点阵等要点,使之更加符合实际。将建立的地下水径流模数和透水性规律直接应用于隧洞涌水量估算中,为该工程区水文地质条件的评价提供了依据。

北京南水北调配套工程隧洞衬砌结构型式分析

在北京市南水北调配套工程输水隧洞设计中,为了选择适合北京地区工程实际情况的合理衬砌结构型式,做到工程安全、经济合理、工期有保障,通过调研和考察国内外一些典型工程应用实例,总结了盾构输水隧洞衬砌结构常见结构型式的使用条件、特点和施工工期等。通过对多种衬砌型式进行比较,认为外衬采用盾构管片、内衬采用常规钢筋混凝土的结构型式是比较适合在北京市南水北调配套工程输水隧洞中采用的。

有限元法在浅埋暗挖输水隧洞衬砌受力研究中的应用

以南水北调中线北京段浅埋暗挖输水隧洞施工为研究实例,使用三维有限元程序ADINA对隧洞衬砌在施工期及运行期不同工况下的受力状态进行了分析计算,得到了工程设计中比较关心的弯矩和轴力等内力计算结果,为工程设计提供参考。

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。

南水北调西线工程深埋隧道地质超前预报系统研究的思考

深埋长隧道是南水北调西线工程施工中的难点,隧道地质超前地质预报可分为施工前地质预报和施工阶段地质预报,目前施工前地质预报应用的可控源音频大地电磁法及施工阶段应用的地质雷达、TSP、红外辐射测温技术有一定的效果,但是针对南水北调西线工程这样复杂的岩层,必须对现有的预报方法进行改进.

引汉济渭工程选址及总体布置研究

引汉济渭工程是陕西省解决水资源问题的骨干项目,工程规划了两个泵站、两个电站和一条输水干线将汉江水调入关中。工程总体布置是该工程重大技术问题,在工程总体规划的基础上,根据关中受水区对工程的需要,研究了引汉济渭工程各组成部分的相互关系,以达到优化工程布置、协调工程各部分的衔接、形成合理有效的调水系统的目的。综合考虑了多种因素对工程选址和布置的影响,将相关选择方案纳入总体方案进行考虑,并根据工程的具体特点,进行多方案的经济、技术比选,完成了工程选点的论证、输水线路选择和工程衔接关系的协调。同时,对输水隧洞的比降也运用工程经济学方法进行了论证。最后分析了工程选址和总体布置方案预计可以达到的效果,并提出了工程实施过程中应注意的问题。

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。

南水北调西线隧洞独头通风14km方案研究

规划中的南水北调西线工程地处海拔高程3 000 m以上的青藏高原,高原高寒缺氧为主要气候特点。输水线路隧洞长244km,最长洞段73 km,TBM单工作面掘进长度达25 km,考虑布置通风竖井通风,独头通风距离将达到14 km,在国内外隧道工程中都是罕见的。对通风设备、通风系统进行研究,提出14 km独头通风解决方案,为西线工程提供参考。

掌鸠河引水工程穿越断裂带工程措施

掌鸠河引水供水工程厂口隧洞位于输水线路后段,隧洞斜穿普渡河断裂带,岩体破碎、质软,隧洞围岩稳定性很差,为此,采用了特殊的、有针对性的结构措施和施工方法。过普渡河断裂带洞段在实施超前地质预报、超强一次支护、及时跟进二次衬砌、短循环进尺等具体工程措施保障下顺利贯通。

穿越南水北调干渠热力隧道设计研究

随着城市和工程建设的迅速发展,新建隧道下穿既有建筑或构筑物也大量出现。浅埋、松散砂土地层隧道施工中,随着地层应力状态的改变和调整,引起地层和地表在一定范围内的不均匀沉降变形,它对既有建筑物或构筑物的功能及安全使用则可能产生较大影响。介绍石家庄市热力隧道下穿南水北调中线干渠建设中的主要相互影响因素、设计中重点研究的问题,分析了位置关系、隧道施工变形、隧道防洪与防渗等设计处理措施,供类似工程应用参考。

洞室变形引起的双护盾TBM施工事故风险分析

当前TBM在深埋隧洞施工中的应用越来越多,由变形引起的TBM施工事故也越来越普遍,因此很有必要对变形引起的TBM施工事故进行风险分析。采用收敛-约束法并结合风险分析理论,考虑洞室的掌子面和护盾后方支护的效应,对围岩作用在护盾上的压力进行计算;同时,根据作用护盾上压力大小判断洞室变形对TBM施工的具体影响,把事故的后果分为5个等级,根据后果等级结合发生的概率提出TBM施工变形风险评价矩阵,然后结合现有的风险接受准则即可确定风险等级。最后,采用研究成果对南水北调西线某段双护盾TBM施工进行风险评估。