引大入秦工程盘道岭隧洞加固维修方案优选

2 0 1 4 年 4 月第 4 期 城 市道桥与 防洪 相关专业 2 4 5 引大入秦工程盘道岭隧洞加固维修方案优选 靳 春 玲 兰州 交通 大学 土木 工程学 院 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 1 摘 要 调查引大入秦工程隧洞病害的基本情况 分析常见病害的基本特征 对 3 7 盘道岭隧洞提出了底板置换 系统灌浆 钢丝 网防裂 顶拱排水等一般病害的处理措施 对病害严重的隧洞提出了 3 种备选加固维修方案 并分别对 3 种方案的设计情况进行 分析 从技术上论证各方案的优缺点并进行方案的经济评价 最终综合考虑了隧洞过流断面面积 灌溉供水 施工难度 工程进度 和节约投 资等因素选 择 了最优 方案 关键词 引大入秦工程 引水隧洞 加固维修 方案优选 中图分类 号 U 4 5 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 9 7 7 1 6 2 0 1 4 0 4 0 2 4 4 0 3 O 前言 引水工程是多数 国家用 以缓 和或解 决缺水地 区经济发展的非常重要的措施 我国是淡水资源 缺乏的国家 水量在地区上的分布严重不均 降水 量从东南沿海向西北内陆逐渐递减 全国有大约 4 5 的土地面积属 于降水 量低 于 4 0 0 m m 的干旱 半干旱地区 特别是黄 淮 海三大流域的耕地面 积占全国耕地面积的 1 3 但是这三大流域的径流 量 占全国总径流量却不足 5 尤其以西北地区最 为严重 年平均降水量低于 2 5 0 m m 属于极度严 重缺水地区 缺水已经成为严重制约西北广大地 区国民经济发展的重要因素 我国在西部地区也 投 资建设 了大量 的引调水工程 然 而 由于西部黄 土高原 地区 自然条件 的限制 导致许 多引水工程 隧洞众多 这给工程的设计 施工 运营都增加了 相 当大 的难度 1 针对引大入秦工程通水以来首次 大修 进行隧洞加固维修方案的优选 以期达到技 术上可行 经济上节 约 质量优 良的维修 目标 1 工程概 况 引大入秦工程是我国 2 0世纪规模最大的跨 双 流域 调水 自流灌溉工程 被称为 中国的地下 运 河 在引大人秦水利工程建设中 中 外承包商共 同奋 战 创造 了很多奇迹 引大入秦 工程作 为国家 重点建设项 目 1 9 9 5 年被载人第八届全 国人大三 次会议 政府工作报告 该工程于 1 9 7 6 年开工建 设 1 9 8 1 年停缓建 1 9 8 7年复工 工程建成后 十 收稿 日期 2 0 1 3 一l l 一 2 9 基金项目 国家 自然科学基金项 目 5 1 2 6 8 O 3 0 甘肃省高等 学校科研项 目 2 0 1 3 A 0 5 5 甘肃省 教育科 学规划课题 2 0 1 2 一 G S G XG1 1 0 作者简介 靳春玲 1 9 7 6 一 女 黑龙江齐齐哈尔人 副教授 主要从事水利工程项 目管理及水安全研究工作 几位 党和 国家领导人先后 到引 大入秦工程视 察 对这一造福百姓的德政工程 民生工程 发展 工程 给予了高度的赞扬 引大主体工程 于 2 0 0 1 年底全 面建成 并初步实现了改变秦王川地区农业生产 条件 改变贫困面貌 安置贫困山区移民的三大目 标 工程引水能力 已达到设计年引水量 4 4 3亿 m3 实践表明 引大入秦工程 的建设和运行取得了 显著成效 历史性地 改变了灌 区农 民的生产条件 改变了区域生态环境 提高了灌区农民的生活水 平 水资源供给有了基本保障 移民安置初步实现 了 一年搬迁 三年定居 五年解决温饱 的目 标 小 城镇建设已经起步 生态环境也发生了可喜的变 化 为秦王川地区的经济社会可持续发展奠定了良 好基础 近年来 随着灌区城镇化 工业化的起步与发 展 生态建设和农林牧等综合开发对供水结构提 出了新的要求 而灌区单一的农业灌溉供水模式 和灌区内缺乏必要的调蓄工程 不能满足灌区多 元化用水结构的要求 为解决水资源优化配置 高 效利用和农 民增 收问题 的要求 加上 2 0 1 0年 5月 兰州新区的发展建设被正式提上 日程 引大入秦 工程又有了新的历史使命 为兰州新区供水 2 0 1 3 年 1 1 月初工程全面停水 进行工程扩建 大 修及 加固工作 2 引大入秦工程隧洞病害基本情况 引大人秦工程总干渠共有隧洞 3 3座 经停水 检测 列人除险加固的隧洞总共有 1 3座 分别为 1 撑 8 隧洞 l 1 1 4 隧洞以及 3 7 隧洞 其中 1 隧洞 1 1 一 1 4 隧洞主要存在问题包括 底板破损现象普遍 隧洞大部分洞段位于地下水 位以下 存在不回程度的渗水问题 渗水点 渗水 部位各不相同 且沿渗水部位两侧多伴有白色析 2 4 6 相关专业 城 市道桥与 防洪 2 0 1 4年4 月第 4 期 出物 存在不同程度拱顶喷混凝土腐蚀脱落掉块 现象 所出露的岩体较完整 未发现有大面积岩体 塌落迹象 这部分隧洞采用常规的底板置换 系统 灌 浆 钢丝 网防裂 顶拱排水等措施就可以进行处 理 在此不做详细介绍 3 盘道岭隧洞加固维修方案 本次加固维修 的重难点是 3 7 盘道岭隧洞 该 隧洞为城门洞型反拱直墙断面 隧洞高 4 2 m 宽 4 2 r n 盘道岭隧洞在软 极软岩地层和少量 的第 四系地层通过 地层岩性复杂 地质条件恶劣 通 水运行至今 几经大 的加 固处 理 目前洞 内仍多处 存在安全隐患 如多处侧墙和拱顶有新裂缝出现 和原裂缝继续发展变化 的趋势 部分洞段有地下 水渗 出 并伴有 白色析 出物 洞 底 侧墙及拱 顶有 混凝土腐蚀剥落现象等 2 1 隧洞通水运行 多年 维 修加固和各项专题研究 试验进行了多次 例如进 行了隧洞防渗 防腐治理 昆凝土碳化和迈式锚杆 注浆试验等 根据 2 0 1 0 年 3 月对 3 7 隧洞混凝土 裂缝进行的调查结果 其主要病险段长 2 7 5 6 6 m 一 般病险段长 6 4 2 m 无裂缝洞段长 9 4 6 1 5 4 m 3 盘道岭隧洞总长 1 5 7 2 3 k m 经考察主要存在 的工程问题是洞身裂缝 混凝土腐蚀剥落 渗水 等 针对隧洞的具体情况 提出了3 种加固维修方 案 各方案如下 3 1 钢拱架 锚杆加固方案 A 方案 A设计在尽可能小的 占用隧洞过流 断面 的前提下 采用钢拱架结合锚杆加固处理方案 系 统锚杆采用直径 2 5 长 6 m 间距 3 r l l 梅花型布 置 隧洞底部拱脚处布设拱架锁脚锚杆 锚杆与拱 架同间距 均为 0 5 m 钢拱架的布设 在二次衬砌 混凝土结构表面 在洞内迎水面为降低糙率 满足 过流要求 采用厚 8 m m钢板护壁 钢板背部浇筑 C 2 5自密实混凝土 厚度 为 1 8 e m 洞顶拱 1 2 0 范 围内布设 回填灌浆孔 间距 3 0 m 梅花型布置 洞顶和侧墙布设深 8 0 m固结灌浆孔 间距 3 0 m 梅花型布置 洞身设计水位以上随机布设 5 0排 水孔 排拒 3 0 m 3 2 现浇 0 3 0钢筋混凝土套衬方案 B 方案 B考虑在尽可能小的占用隧洞过流断面 的前提下 现浇 C 3 0钢筋混凝土衬砌加固方案 衬 砌内断面型式为马蹄形 厚度为 0 2 5 m 在裂缝严 重段设随机锚杆 锚杆直径 2 5 长 6 m 排距 1 5 m 梅花型布置 洞顶拱 1 2 0 范围内布设 回填灌浆孔 排距 3 0 m 梅花型布置 洞顶 和侧墙布设深 8 0 m 固结灌浆孔 排距 3 0 m 梅花 型布置 在洞内迎水 面为降低糙率 满足过流要求 采用塑料板护壁 洞身设计水位 以上随机布设 5 0排水孔 排距 3 0 m 3 3 病险洞段绕线方案 C 由于盘道岭隧洞破损段不连续 重点病线段主 要集 中在 1 2 7 斜井处 出口均位于隧洞左 侧 方案 c需 利用原来 的斜井在隧洞左侧平行新 建两段 隧洞 替换现状 隧洞重点病险段 根据地形 条件 在地形 图上量测得 l 斜井 2 斜井段绕线 新建洞身长度为 1 4 5 k m 7 斜井 洞出 口段绕线 新建洞身长度为 2 3 k m 4 方案优选 综合分析 A B C三种加 固方案 各方案 的优 缺点对 比情况见表 1 表 1 三种方案 的优 缺点对 照表 三种加固维修方案在技术上都是可行的 但 从施工难度 工期 风险因素等方面综合考虑 方 案 c需要做一定的地质勘查工作做为技术支撑 方案 A 方案 B是在原洞身内除险加固 原洞段地 质情况 支护 衬砌情况比较清楚 除险加固方案 可靠性大 所以 本次优选重点将方 案 A和方案 B 作为 主要备选 方案进行技术 经济 方面 比较 5 J 比 较结果见表 2 由表 2 经济评价方案比较结果可知 方案 B 施工相对较简单 工期短 建筑工程投资低 在套 衬断面减糙的情况下 可以满足隧洞过流要求 方 案 A较方案 B施工难度大 内衬钢板焊接难度较 大 施工进度缓慢造成工期较长 工程投资估算 高 方案 A每公里 投资 比方案 B高 出 2 7 2 4 0万 元 经方案综合技术经济优选分析 决定推荐方案 B为盘道岭隧洞除险加固方案 2 0 1 4年4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 相关专业 2 4 7 5 结 语 西北地区引水隧洞在运营期 间往往遭受冻 融 破坏 水力侵蚀 洞壁渗漏 沉降裂缝等一系列病 害的侵扰 在选择加固维修方案 维修时机方面应 综合考虑各方面的因素 才能做到尽可能降低损 失 例如选择冬季停水维修就可以避开农业灌溉 高峰用水的影响 降低农业损失 选择技术成熟的 维修 加 固方案 可以规避不 成熟技术 带来 的风险 同时也可以节约有限的维修资金 6 因此 进行适 当的方案优选 将可行的设计方案进行技术经济 评价具有非常重要的经济和社会价值 参考文 献 1 靳春玲 贡力 引洮工程中隧洞常见病害分析 J 人 民黄河 2 0 1 2 3 4 1 0 1 0 8 1 1 0 2 刘小伟 引洮工程红层软岩隧洞工程地质研究 D 兰州 兰州大 学 2 008 3 郑云峰 谌文武 刘小伟 引洮工程 1 5 饱和黄土隧洞主要病害 及防治措施 J 西北地震学报 2 0 l l 3 3 8 3 4 0 3 4 4 4 黎亚生 隧洞病害原因分析及加固处理 J J 人民长江 2 0 0 5 3 6 9 4 8 4 9 5 靳春玲 大型引水工程砂石料单价的确定与研究 J 建设监理 2 0 1 0 1 3 7 1 1 3 4 3 6 6 王志强 韩文峰 甘肃引洮供水工程饱和黄土隧洞施工方法选 择 的工程 地质研究 J 1 工程地 质学报 2 0 0 6 1 4 4 5 6 4 5 6 9 广州年 内将开建 1 1 条地铁线路 广州地铁总公司日前公布建设 进度表 今年将开工建设 1 1 条 段 地铁线路 计划有 2 8 0 多个施工 工点 遍及广州十区二市 该公司表示 2 0 1 4 年广州计划完成地铁建设投资超 1 7 0 亿元 全面推进广佛线西朗至沥洛