南水北调中线一期穿黄工程-2019年文档

1、南水北调中线一期穿黄工程1 .工程概述1.1 工程概况新蟒河倒虹吸工程位于穿黄工程北岸桩号11+470.0012+117.00,由进口连接段、进口闸室段、倒虹吸管身段、出口闸室段和出口连接段组成,共计647m,其中倒虹吸管身段长437m23节、每节19n;进口、出口闸室段分别长15m；进口连接段长80m出口连接段长100受新蟒河地面径流的限制,新蟒河倒虹吸工程分为两期进行施工,其中一期工程主要包括80m长的进口连接段、15m长的进口闸室及门库和228m倒虹吸管.根据现场地形布置,须开挖一个下口宽18.8m、上口宽75.6m平均,下口长325m上口长354.4m,周边坡度为1:2的大型土方基坑,

2、基坑开挖深度约为14.2m,估算土方开挖16万m3,基坑土方回填12万m3地下水位线处于地面以下5m左右,基坑内约有6.7万m3土方处于地下水位线以下,须先进行降水才能开挖.施工区段地面上无耕地和建筑物等,地下及邻近地区均无地下管道设施.新蟒河底部高程约为100.71m,两岸地面高程101.8102.8m,从施工开挖设计图可知新蟒河倒虹吸的基底高程是88.18m88.82m.1.2 地层结构根据南水北调中线一期穿黄工程初步设计报告、工程地质勘察报告及招标设计报告的成果,新蟒河倒虹吸基坑开挖范围内的地层岩性主要为第四系全新统冲洪积层,按地层岩性从上至下可分为壤土砂壤土、粉砂、细砂、中砂及粘土夹层

3、.壤土、砂壤土：松散,厚1.5m2.0m左右；粉砂：松散稍密,厚1.05m3.2m；细砂：松散稍密,厚2.30m7.90m；中砂：中密,揭露总厚17.0m24.5m.该层中分布有粉砂厚0.9m4.5m、细砂厚2m-60n和粘土壤土夹层厚1.6m7.7m.1.3 水文地质条件按地下水的赋存条件及性质,本工程区的地下水类型为孔隙潜水,主要含水层为第四系砂层细砂、中砂.根据2006年9月18日抽水试验开始前对地下水位的观测,地下水静水位97.39m,埋深4.77m5.47m.主要接受黄河水和大气降水的补给,以径流方式和农业灌溉方式排泄.由于新蟒河河床外表沉积一层淤泥,河水与地下水不发生水力联系,已布

4、置的导流明渠经过汛期的运行,河床地层的粉细砂表层已经覆盖了大量淤泥,河床已经封闭,且通过对挡水围堰坡角进行的探坑开挖检查,无渗漏现象,河水与地下水不发生水力联系.根据新蟒河倒虹吸基坑降水水文地质抽水试验成果,降水目的层平均渗透系数按30.86m/d考虑.2 .研究目的任务研究目的：根据施工开挖要求,采用数值模拟法对施工开挖降水问题进行多方案计算比拟,推荐出经济、合理的降水方案并按方案组织实施,有效保证施工开挖的顺利进行.研究任务：要求开挖范围地下水水位降至新蟒河倒虹吸基底高程以下1m,即87.1887.82m.3,基坑降水设计根据施工开挖平面布置图和地质剖面图,分析地层结构、水文地质条件,参考

5、抽水试验资料及类似工程经验,采用国内外广泛使用的地下水渗流模拟软件MODFLOW亍降水模拟计算与方案比拟.MODFLOW由美国地质调查局开发的一套基于三维有限差分方法的专门用于孔隙介质中地下水渗流模拟的计算软件.2.1 计算模型及边界条件根据地层结构,概化后模型分三层见图1,抽水井位于第1层.第1层四周边界定水头,顶部无降水补给.第1层粉、细、中砂：z=70102m第2层中砂：z=5070m第3层壤土z=2050m第3层以下为相对隔水层.图1数学模型结构示意图模型平面范围见图2:X:515070,516600宽度1530mY:3864590,3645100宽度510m采用三维非稳定流潜水含水层

6、数值模型进行计算.计算的初始水位为97.57m;基坑内任一点降水限制水位为87.0m.图2数学模型平面示意图2.2 基坑降水模拟计算结果1第一期基坑开挖降水模拟计算第一期基坑开挖降水模拟计算结果见表1及图3图8,表1新蟒河一期基坑开挖降水井流量模拟结果潜水给水度=0.1,渗透系数K=30.86m/d抽水井沿着基坑开挖边界线外侧均匀分布；稳定时间是指从抽水开始到每日降深小于0.05m所需要的时间,即到达稳定所需要的时间.图3稳定之后的等水位线图井间距10m图4稳定之后的等水位线图井间距30M图5观测井水位m随时间天的变化曲线图6稳定之后的纵横剖面展开图井间距30m图7总流量万m3/d随含水层渗透

7、系数m/d变化图8到达稳定所需要天数随含水层渗透系数m/d变化第二期基坑开挖降水模拟计算第二期基坑开挖降水模拟计算结果见表2及图9图14.表2第二期基坑开挖降水抽水井流量模拟结果图9稳定之后的等水位线图井间距10m图10稳定之后的等水位线图井间距30m图11观测井水位m随时间天的变化曲线图12稳定之后的纵横剖面展开图井间距30M图13总流量万m3/d随含水层渗透系数m/d变化图14到达稳定所需要天数随含水层渗透系数m/d变化2.3 基坑降水方案根据不同方案模拟计算结果,结合工程区具体水文地质条件并考虑新蟒河河道进行施工导流后的侧渗影响,选择以下降水方案：第一期基坑开挖降水方案：沿基坑施工开挖边

8、线外侧布置降水井22眼,其中,井深30m井径700mm过滤器426mm其中基坑北侧井间距21m,东、西两侧井间距25m,南侧井间距30nl第二期基坑开挖降水方案：沿基坑施工开挖边线外侧布置降水井25眼包括利用井2眼,井深30nl井径700mm过滤器426mm其中基坑北侧井间距30m,东、西两侧井间距23m,南侧降水前期可以利用一期降水井.进行第二期施工降水前期,可以利用一期降水井6个,施工开挖到后期时一期北侧的4个井将停止使用,最后只能有2个井可以长期利用.施工期间,在一、二期基坑中分别布置5个地下水观测孔,孔深均为16m.2.4 单井结构设计(1)过滤器：从前几次抽水试验结果来看,主井过滤器

9、的结构非常重要,过滤器的结构是影响单井出水量大小的主要因素.从上述模拟结果可知,单井最大出水量到达205m3/d.主要含水层的地层为细砂中砂,分布较为稳定,渗透系数较大.根据上述分析,过滤器的孔隙率不得小于10%其长度为23m%采用钢骨架缠丝过滤器可以满足孔隙率的要求,或采用混凝土开孔过滤器,但其整体强度必须满足结构要求.(2)根据前几次的抽水试验结束后所测的井内沉淀来看,一般沉淀物长度都小于0.5m,故沉淀管的长度按2m考虑是比拟适宜的,可满足施工降水过程中沉淀长度的要求.(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

10、钻进情况进行配制.4 .机电配置基坑一期降水共布置降水井22眼,由于在不同时期、不同深度基坑排水总量不同,从既要到达降水效果又经济的角度出发,每眼井拟放置两台潜水泵,一台潜水泵功率15kw,另一台潜水泵功率22kw,共37kw,22眼井功率总计814kw.由于所需电量负荷较大,难以再布置备用电源,故对降水期间的电力持续供给的要求较高.每个单井都配备独立的电器开关和继电保护装置.基坑二期供电布置和基坑一期布置方式相同.5 .降水井施工方法5.1 成井工艺成井包括抽水井和观测孔的施工,具成井施工工艺流程见图15:图15成井工艺流程5.2 施工方法定位：井位偏差小于20cmo钻孔：采用反循环钻井机成

11、孔,一径到底不留沉渣,井孔要求正、圆、直、孔斜率v1%下管：井管居中,不偏不斜.填砾：05m段井管与井壁间填土充粘土球,5m以下段填充滤料,滤料上端用粘土球封孔.装水泵,排水管,使降水井进入工作状态.5.3 技术要点采用机械成井,参见降水平面图具体位置由现场而定,管井定位偏差小于20mm降水井孔径为750,滤管直径为400内径的混凝土开孔过滤管,周围滤料填充,滤料选用颗粒级配石英砂.井深按设计图纸中所述设计值而定.井口标高为98.0m高程.降水自井口以下05m为实管,井管与井壁间填土充粘土球；5.0m以下段为滤水管,填充滤料.抽出的水含砂量不超过1/5万,长期运行期间不超过1/10钻孔时一径到底不留沉渣,井孔要求正、圆、直、孔斜率V1%下管时井管居中,不偏不斜.严格限制水位,定期观测,使水位平稳,缓慢下降,预防过快造成不均匀沉降,影响周边环境.6.结语南水北调中线一期穿黄m标新蟒河倒虹吸基坑降水施工是一个复杂体系,施工经济投入大,涉及多方施工环节、施工工序与相关技术标准,必须增强施工治理.