25(长科院-肖利)引江济汉进口段基坑降水

南水北调引江济汉工程进口段基坑降水方案研究长江科学院岩土重点实验室2015年9月20日主要内容1、工程背景概况2、主要研究内容3、数值模型4、进口段降水方案研究5、结论长江科学院岩土重点实验室一工程概况•引江济汉工程进口段位于长江中游荆州市李埠镇龙洲垸。进口段引水工程线路总长约4km，主要由引水渠道（含沉沙池、沉螺池）、提水泵站、进水节制闸、荆江大堤防洪闸（兼通航孔）等建筑物组成。•泵站节制闸提水泵站荆江大堤防洪闸－通航孔船闸下游渠道上游渠道一、工程背景概况•引江济汉工程从长江荆江河段引水至汉江兴隆以下河段，其主要任务是减免中线工程调水后汉江兴隆以下河段水量减小的不利影响，改善该河段的水环境，改善东荆河沿线的城镇供水和农业灌溉用水条件。•引江济汉工程2010设计水平年的设计引水流量为350m3/s，最大引水流量为500m3/s；进口提水泵站设计流量为200m3/s。•引江济汉工程进口段基坑地层主要为粘土和壤土，局部夹薄层砂壤土和淤泥质粘土；基坑底板局部或全部为粉细砂层或砂卵石层，粘性土覆盖层已揭穿，使粉细砂层或砂卵石层直接出露。因砂层中富含承压水，天然地下水位较基础底板高出较多，承压水头较高，直接开挖会出现基坑涌水、涌砂及渗透变形等问题，开挖时应采取防渗或基坑降水措施。由于基础下部埋藏有较深厚的砂卵石层（顶高程8～21m，底高程-39.03～-37.01m），其透水性较强，采用防渗措施工程量很大，基坑降水难度较大。•长科院在选取代表性渠段进行了现场降水试验，并对进口段基坑分段进行降水数值模拟并计算各降水方案的基坑排水量。二、主要研究内容结合基坑降水系统施工方案，建立引江济汉工程进口段基坑施工条件下的降水三维数值模型，对不同的降水方案的降水效果进行比较计算分析：•(1)不同降水方案的降水效果计算分析；•(2)依据计算结果，分析提出降水井有关参数，作为基坑降水方案的主要技术参数，并提供可供参考的基坑开挖降水方案。•（3）作为比较方案，分析了降水井加防渗帷幕方案的降水效果。三、数学模型之边界条件•依据渠道开挖顺序，首先考虑开挖龙洲垸内渠道，此时将利用龙洲垸和荆江大堤形成的封闭堤防作为施工期临时挡水建筑物。进口段开挖范围为0+000～4+100，计4100m，建立计算模型时，长江考虑为定水头边界，并考虑向长江江心的延伸，由0+000向长江方向延伸300m；荆江大堤侧边界取在开挖范围外1900m，这样，计算模型沿渠道轴线方向考虑6300m。•模型的西边界即长江侧按照上游水位边界考虑，水位取长江水位；东边界即荆江大堤侧按照定水头边界考虑，水位取该地区常年地下水位32.0m。•垂直渠道轴线方向（南北方向）宽度如果考虑龙洲垸的实际位置，模型宽度很大，为安全计，初步考虑宽度6300m，即渠道轴线两侧各3150m，相当于将龙洲垸实际挡水位置缩窄，以此为基础，考虑龙洲垸外有500m的入渗边界，因此模型中南北方向总长为7300m。龙洲垸外500m延伸处作为上游边界考虑，水位为长江水位。模型底部边界以基岩作为隔水边界，即砂卵石底板高程，最低高程为-39m。顶部边界为地表，不考虑降雨入渗。模型平面示意图三、数学模型之参数•粘壤土层：4.85×10-6cm/s地质建议值•粉细砂层：2.00×10-3cm/s现场降水试验、数值拟合专家建议•砂卵石层：3.5×10-2cm/s现场降水试验、数值拟合专家建议•防渗墙：1.0×10-6cm/s设计建议值三、数学模型之边界水位三、数学模型之基坑水位三、数学模型---计算工况及方案•（1）引水渠道工程0+400~2+350：纯井点降水三、数学模型---计算工况及方案•（2）泵站和进水节制闸工程2+350~2+950：•纯井点降水方案•（2）2+350~2+950防渗墙+井点•（3）荆江大堤通航孔工程2+950~4+100•纯井点降水方案：防渗墙+井点上下游同时施工防渗墙+井点，上下游分期施工引水渠道0+400~2+350水量计算结果•图5.4.1中，渠道布置的降水井数量为100个，井间距20~50m，井底高程4.0m。井径400mm，井群布置在31.0m马道附近处。渠道上下游与渠道轴线垂直处需布井，这样才能对渠道基坑形成一个封闭的降水包围圈，以保证对开挖基坑的降水效果。•表4.4.1中，如果引水渠道0+400~2+350按照目前的施工进度安排，则开挖33m~25m高程时基坑排水量为1449.80万m3和1317.76万m3之和，为2767.56万m3；开挖25m高程以下时，基坑排水量为1939.34万m3和1952.01万m3之和，为3891.35万m3。整个进口段开挖到预定最低高程21.1m时基坑总降水量为2767.56万m3与3891.35万m3之和，即总水量为6658.91万m3。•由图4.4.3中砂卵石层平面等势线分布图看看出，施工期内平均水位32.71m条件下，基坑开挖至21.0m高程时，设定100个降水井同时抽水后，基坑内水位均降至20m高程以下，满足基坑开挖降水要求。2+350~2+950基坑开挖水量计算结果2+350~2+950纯井点降水方案计算结果•降水井数目一共为52个，井底高程4.0m，进间距20~30m•。表4.4.2中，长江水位如果分汛期平均水位和枯水期平均水位分别计算基坑降水量，其总量为6332.09万m3，其比长江水位取年平均水位下计算结果6408.19万m3略少，少76.1万m3。•后续统计的各段基坑总流量均为长江汛期及枯水期平均水位下基坑水量之和。•图4.4.7方案Jbz-well-xun砂卵石层顶部平面等势线分布图2+350~2+950设置防渗墙后，对一标上游降水2+350~2+950设置防渗墙后，对一标下游降水•上游施工时：设立25个降水井，井径400mm，井底高程4.0m，井间距20.0m。•下游施工时：14口井，井径400mm，井底高程4.0m，井间距约50.0m。••2+350~2+950：•利用长江汛期平均水位和枯水期平均水位分时段计算结果表明，节制闸泵站设防渗墙后其基坑流量较少，明排即可，因此这部分水量忽略不计。上下游渠道基坑总水量为728.32万m3和498.21万m3之和，为1226.53万m3，纯降水方案下排水量6332.09万m3大为减少。通航孔工程2+950~4+100水量计算结果•纯井点降水方案井点布置图：•44个降水井，井径400mm，井底高程4.0m，井间距为50m、25m，15m。•纯井点降水方案计算结果•表4.4.4中，纯井点降水时，通航孔工程基坑总排水量为4905.43万m3。设立防渗墙后，上下游同时施工•如果通航孔部位设立全截渗防渗墙，•上下游渠道布置28个降水井，井径400mm，•井底高程4.0m，井间距为50~100m。•上游设25个降水井，井径400mm。井底高程4.0m，井间距50m~100m。•设立防渗墙后，上下游分期施工下游13个降水井，井径400m，井底高程4.0m，进间距30.0m。设立防渗墙后，上下游同时施工•fsq1系列是对通航孔工程上下游渠道同时降水•fsq2系列是对该段上游渠段施工•fsq3系列是对该段下游渠段施工•对通航孔工程上下游渠道同时降水时，基坑排水总量为850.78万m3；•如果上下游渠道分期施工，则总水量为1274.76万m3，明显大于上下游同时施工时总水量，但较纯井点降水时的降水总量4905.43万m3少3630.67万m3。4进口段基坑降水总水量统计6结论•（1）基坑降水方案数值模拟分析结论表明，基坑总排水量与砂卵石层渗透性关系非常密切，基本呈线性相关。•（2）根据前述计算结果，按照目前的施工进度安排，纯井点降水方案的总水量为12366.86万m3，泵站节制闸基坑及通航孔设立防渗墙后，整个井口段基坑流量为五千余万方，相对纯降水方案，减少50%以上。值得注意的是，基坑总降水量与施工进度安排有极大关系，可见合理安排施工进度至关重要。•（3）节制闸泵站基坑、通航孔基坑降深较大，达二十多米，纯降水方案中，其降水形成的降落漏斗也较大，对周边环境影响有待评估。•（4）进口段分段开挖，分期施工，将造成重复降水，降水量较之整段同时开挖增加较多。•（5）根据目前施工进度安排，如果整个进口段均采用纯井点降水方案，需设定235个降水井，基坑排水总量为17896.43万m3，考虑到成井质量好坏，建议设计做降水方案设计时加设一定数量备用井。•（6）根据目前施工进度安排，如果节制闸泵站建筑物基坑（一标）及通航孔部位分设全截渗防渗墙，在此基础上，再分别对其上下游渠道分期施工，则基坑总排水量为9160.2万m3。•（7）在设立防渗墙基础上，如果通航孔工程段上下游渠道同时施工，而一标段上下游渠道仍分期施工的条件下，进口段基坑总排水量为8736.22万m3。谢谢！水利部岩土力学与工程重点实验室敬请领导和专家批评指正