南水北調(diào)中線一期工程華柴暗渠工程設(shè)計(jì)分析

2015年1月14日,國(guó)務(wù)院南水北調(diào)辦主任鄂竟平在南水北調(diào)工作會(huì)議上宣布,經(jīng)過12年艱苦建設(shè),南水北調(diào)東、中線一期工程于2014年全面建成通水。截至2014年底,南水北調(diào)東、中線一期工程(含丹江口庫區(qū)移民安置工程)累計(jì)完成投資2543億元,累計(jì)完成土石方159649萬m3,混凝土澆筑4276萬m3。舉世矚目的南水北調(diào)工程,帶來了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。鄂竟平說,南水北調(diào)東、中線一期工程實(shí)施以后,直接給沿線253個(gè)縣級(jí)以上城市供水,大大提高了這些城市的供水保證率,保障了供水安全。在南水北調(diào)水與當(dāng)?shù)厮绰?lián)合供水、相互補(bǔ)充的

圍繞南水北調(diào)中線一期工程總干渠某礦區(qū)段渠線兩條推薦線路(采空區(qū)線和繞采空區(qū)線)方案,從線路布置、主要工程地質(zhì)問題及工程處理難易程度和場(chǎng)地穩(wěn)定性等方面對(duì)兩方案進(jìn)行對(duì)比分析,得出繞采空區(qū)線優(yōu)于采空區(qū)線的結(jié)論。

膨脹土渠坡由于膨脹土的脹縮性、裂隙性、超固結(jié)性,渠坡滑動(dòng)破壞模式與一般土質(zhì)邊坡有很大差別。膨脹土渠坡的滑動(dòng)通常沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生,并且大多為淺層滑動(dòng),采用常規(guī)的土質(zhì)渠坡穩(wěn)定分析方法不能完全反映膨脹土渠坡破壞的特性。根據(jù)膨脹土的工程特性,并針對(duì)南水北調(diào)中線工程膨脹土渠坡的8種典型工況,分析了其破壞模式。對(duì)常規(guī)分析方法進(jìn)行改進(jìn),提出了適合膨脹土渠坡穩(wěn)定分析的方法,計(jì)算結(jié)果有助于南水北調(diào)中線工程膨脹土渠段的邊坡設(shè)計(jì)。

南水北調(diào)工程是緩解我國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺問題的重大戰(zhàn)略性水利基礎(chǔ)設(shè)施。南水北調(diào)中線可緩解北京、天津、華北地區(qū)的缺水問題,其渠線工程具有規(guī)模大、線路長(zhǎng)、建筑物類型多且數(shù)量大、沿線地質(zhì)條件復(fù)雜、存在多種工程地質(zhì)問題的特點(diǎn)。簡(jiǎn)述了南水北調(diào)中線一期工程渠線工程地質(zhì)工作的歷史、存在的主要工程地質(zhì)問題及其研究方法、工程地質(zhì)工作的主要經(jīng)驗(yàn)。

丁洼東南跨渠橋是南水北調(diào)中線工程總干渠南陽膨脹土試驗(yàn)段上的一座大橋,該橋的設(shè)計(jì)施工對(duì)于其他跨渠橋梁的設(shè)計(jì)施工具有典型意義。通過對(duì)該橋樁基礎(chǔ)的理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析,得出了膨脹土地區(qū)大氣影響帶范圍內(nèi)樁基礎(chǔ)負(fù)摩阻力應(yīng)考慮土層深度;通過橋墩止水方案的研究比選,選定了合理的止水方案;最后,提出了解決橋頭跳車問題和橋面排水、防護(hù)問題的具體方案。其試驗(yàn)結(jié)果為今后膨脹土地區(qū)的橋梁建設(shè),特別對(duì)于其他待建的南水北調(diào)中線工程跨渠橋梁的設(shè)計(jì)和施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

濕陷性黃土地基應(yīng)采取攔截、排導(dǎo)地表水的措施;采用高壓旋噴樁地基加固技術(shù)、ddc(孔內(nèi)深層強(qiáng)夯)技術(shù)進(jìn)行地基處理。膨脹巖土地基處理常用方法有:換土、濕度控制、改性處理。地震液化基礎(chǔ)處理措施主要有換土法、強(qiáng)夯法、土工膜垂直圍封法、混凝土垂直帷幕圍封法、振沖置換法等。

工程保險(xiǎn)在正常情況下一般體現(xiàn)不到其優(yōu)點(diǎn),但在災(zāi)害情況下,其保障作用顯得尤為突出。通過平常保險(xiǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)及沉淀,保險(xiǎn)規(guī)則的熟悉,在突發(fā)的災(zāi)害性天氣來臨后,運(yùn)用正確的方法和途徑,不但采取必要的措施減少損失,更通過保險(xiǎn)理賠程序,使產(chǎn)生的財(cái)產(chǎn)性損失得到有效賠償,在保證權(quán)益的同時(shí),使生產(chǎn)生活很快恢復(fù)正常。

南水北調(diào)中線一期工程總干渠總體布置方案已基本確定,其輸水線路采用新開渠高線方案,具有保護(hù)水質(zhì)、自流輸水的特點(diǎn);渠道以挖方為主,有利于渠道沿線防洪排澇;經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,輸水型式以明渠為主,局部采用管涵;交叉建筑物全部立交,有利于水質(zhì)保護(hù);從有利于河道防洪及減小總干渠局部水頭損失等方面綜合考慮,大型河渠交叉建筑物以渠穿河型式為主,小型河渠交叉建筑物絕大部分采用河穿渠型式。

根據(jù)南水北調(diào)中線工程南陽段膨脹土的工程地質(zhì)特性,對(duì)膨脹土渠坡的運(yùn)行環(huán)境、處理措施、處理厚度及應(yīng)注意的問題進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。研究成果表明:采用換填非膨脹土或水泥改性土是處理膨脹土邊坡行之有效的方法;弱膨脹土渠坡的換填厚度0.6~1.0m、中膨脹土換填厚度1.0~1.5m、強(qiáng)膨脹土換填厚度1.5~2.0m。研究成果可用于南水北調(diào)中線工程膨脹土渠段的設(shè)計(jì)與施工。經(jīng)處理的膨脹土邊坡可以較大程度減輕其工程危害。

北汝河倒虹吸是南水北調(diào)中線工程沙河南-黃河南渠段上大型的河渠交叉建筑物,全長(zhǎng)1282m,在河渠交叉建筑物設(shè)計(jì)中具有一定的代表性。文章結(jié)合工程概況、水文地質(zhì)條件,從建筑物的軸線選擇、河渠交叉型式選擇及長(zhǎng)度選擇、管身埋深選擇、倒虹吸管型式選擇、孔數(shù)選擇等方面,詳細(xì)闡述了河渠交叉建筑物總體布置方案,同時(shí)總結(jié)了渠道倒虹吸工程布置設(shè)計(jì)的基本思路。

為了分析盾構(gòu)機(jī)的施工效率,提高盾構(gòu)機(jī)施工單價(jià)計(jì)算的準(zhǔn)確度,依據(jù)南水北調(diào)中線一期穿黃工程盾構(gòu)機(jī)施工過程中的實(shí)際情況和有關(guān)數(shù)據(jù),依據(jù)控制圖法的基本原理,設(shè)定合理的上下控制線,篩除異常數(shù)據(jù),初步分析出盾構(gòu)機(jī)在穿越黃河不同地質(zhì)情況和工況下的施工效率。分析結(jié)果為更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制類似工程項(xiàng)目投資積累了經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)資料。

南水北調(diào)中線工程是解決京津華北地區(qū)缺水的戰(zhàn)略性工程,也是今后天津城市最大的水源工程,如何協(xié)調(diào)好與天津現(xiàn)有城市水源的互補(bǔ)關(guān)系,提高天津城市供水保證,確保濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,天津干線的規(guī)模如何確定十分重要。結(jié)合天津市當(dāng)?shù)爻鞘兴吹慕M成結(jié)構(gòu),通過對(duì)海河流域與漢江流域水文特點(diǎn)分析,提出了南水北調(diào)天津供水過程線,并進(jìn)一步分析出天津干線最大引水流量。

針對(duì)南水北調(diào)中線一期工程天津干線的地形地勢(shì)、洪水和輸水過程等條件,在輸水方案設(shè)計(jì)中,分別采取了相應(yīng)措施。通過對(duì)多種不同輸水方式的系統(tǒng)研究,因地制宜地提出了無壓接有壓自流輸水方案;采用多功能自動(dòng)調(diào)節(jié)堰井技術(shù),簡(jiǎn)化了水力控制條件,降低了工程投資;針對(duì)可能出現(xiàn)的糙率進(jìn)行水力設(shè)計(jì),保證了流態(tài)穩(wěn)定;統(tǒng)籌考慮相關(guān)工程的不利影響,設(shè)置溢流調(diào)節(jié)措施,保證了工程安全。實(shí)踐證明,輸水方案切實(shí)可行,科學(xué)合理。

南水北調(diào)平頂山西鐵路暗渠采用雙層頂進(jìn)法施工。首先,在頂進(jìn)前,挖樁安裝組合工字鋼梁(次梁懸掛在主梁上),架空鐵路線路,固定軌距,確保列車安全通行;其次,進(jìn)行上部格構(gòu)梁預(yù)制及一次頂進(jìn)施工,待頂進(jìn)到位后,在格構(gòu)梁內(nèi)挖樁支撐;第三下部三孔分體式涵洞按順序分別頂進(jìn)施工,先中孔(兩節(jié)),后邊孔(各兩節(jié)),中孔頂進(jìn)到位后,在涵洞和上層格構(gòu)梁之間澆筑自密實(shí)混凝土,邊孔施工方法同中孔。該雙層大噸位頂進(jìn)施工法不但在南水北調(diào)中線工程中尚屬首次,而且在鐵路線頂進(jìn)施工中尚屬第一次,無論是結(jié)構(gòu)形式還是頂推力可稱亞洲第一頂,為今后該類型施工項(xiàng)目積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在南水北調(diào)中線一期工程建成后,調(diào)度方案是執(zhí)行水量調(diào)度主要指導(dǎo)方向。主要從時(shí)間尺度和工程對(duì)應(yīng)區(qū)域的角度來制定調(diào)度方案。時(shí)間尺度主要有非汛期與汛期、月和旬;工程對(duì)應(yīng)區(qū)域包括水源區(qū)和受水區(qū)。從汛期與非汛期的時(shí)間尺度的角度,分析了水源區(qū)調(diào)水前提條件和受水區(qū)的需水計(jì)劃,在對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度中根據(jù)調(diào)度方案制定執(zhí)行計(jì)劃。并從月與旬的時(shí)間尺度制定對(duì)應(yīng)的調(diào)度方案,豐富了調(diào)度工程實(shí)時(shí)調(diào)度方案。結(jié)合不同的時(shí)間尺度中不同區(qū)域的不同調(diào)度要求,在年終調(diào)度計(jì)劃總結(jié)時(shí),進(jìn)行滾動(dòng)修正,作為下一年調(diào)度方案制定的前提,權(quán)衡了各受水區(qū)權(quán)益。遵循合理的調(diào)度原則,保證各受水區(qū)的權(quán)益,為南水北調(diào)中線一期工程后期管理工作奠定了基礎(chǔ)。

南水北調(diào)中線天津干線采用全箱涵無壓接有壓自流輸水方案，調(diào)節(jié)池是實(shí)現(xiàn)無壓流和有壓流平穩(wěn)過渡的重要控制性建筑物。經(jīng)多方案比選，斜坡式調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，水力條件好，實(shí)現(xiàn)了上下游流態(tài)的平穩(wěn)銜接。

白河倒虹吸是南水北調(diào)中線工程陶岔—魯山段總干渠穿越白河干流的大型河渠交叉建筑物,全長(zhǎng)1337m,在河渠交叉建筑物設(shè)計(jì)中具有一定的代表性。通過簡(jiǎn)要介紹工程概況,結(jié)合工程水文、地形地質(zhì)條件,從建筑物的軸線選擇、河渠交叉型式選擇及長(zhǎng)度選擇等方面,詳細(xì)闡述了河渠交叉建筑物總體布置方案比選原則,通過對(duì)倒虹吸管的埋深、型式及孔數(shù)選擇,闡述了渠道倒虹吸管身段的布置原則?？偨Y(jié)了渠道倒虹吸工程布置設(shè)計(jì)的基本思路。

南水北調(diào)中線總干渠河北段起始于冀豫交界處的漳河北岸,終止于冀京交界處的北拒馬河中支南岸,邢石界至古運(yùn)河南渠段(以下簡(jiǎn)稱邢石段)是該渠段的組成部分。主要介紹南水北調(diào)中線總干渠邢石段大型河渠交叉建筑物渠道倒虹吸的布置原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問題。

為了給南水北調(diào)中線一期工程的長(zhǎng)距離明渠輸水工程提供高效的輸水調(diào)度方案,使之成為中線工程安全運(yùn)行的基礎(chǔ),也是及時(shí)、準(zhǔn)確完成供水任務(wù)的保障,研究提出了調(diào)度過程中充水、正常運(yùn)行、應(yīng)急調(diào)度和退水4個(gè)階段的調(diào)度目標(biāo)、約束條件、調(diào)度方案,并在2010年南水北調(diào)中線京石段臨時(shí)通水中進(jìn)行了運(yùn)用,取得很好的效果。

在不良和特殊地質(zhì)的情況下,地下水位又高于建筑物的基地,采用科學(xué)合理的降水方案之前必須進(jìn)行降水試驗(yàn)研究。依托南水北調(diào)賈魯河河道倒虹吸與總干渠軸線交叉部位,采用主孔抽水及觀測(cè)孔的群孔抽水試驗(yàn),從而優(yōu)化施工降排水方案,進(jìn)一步探討了施工中降水方案,為類似工程所借鑒。

10月19日，從國(guó)務(wù)院南水北調(diào)辦獲悉，南水北調(diào)東線一期工程2017至2018年度供水工作開始啟動(dòng)，這是南水北調(diào)東線一期工程第5個(gè)調(diào)水年度。本次調(diào)水計(jì)劃到2018年5月底前，向山東省完成10.88億立方米年度供水任務(wù)。

按照國(guó)務(wù)院批復(fù)的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》，南水北調(diào)中線一期工程由水源工程、總干渠工程和漢江中下游治理三大主體工程組成。