穿越南水北调中线总干渠工程专题设计报告

石家庄交大建筑设计研究院有限公司2010年04月汇报提纲1.工程概况2.隧道设计标准3.隧道平面设计4.隧道纵断面设计5.隧道结构设计6.隧道两侧竖井设计7.环境评估结果8.隧道废弃后回填处理方法9.施工方法1.工程概况根据2006－2020年石家庄市城区热电联产和集中供热规划，在石家庄市西部远郊新建鹿华热电项目，承担石家庄市西区约6000万平米的集中供热任务。石家庄鹿华热电一期2×330MW项目已顺利通过国家发改委核准，批准文号“发改能源[2009]1811号”。1.工程概况根据供热区域、负荷需求及专业设计，供热主干管道分南、北两条管网进入石家庄市西区，分别在槐安路北侧、G307国道北侧穿越南水北调干渠。主干网进入市区后再以支网进入各供热点。管网路由如下页图。1.工程概况韩庄王家庄南新城方台横山北新城高庄东辛庄西马庄小张庄西良厢南杜村大宋楼小宋楼台头村南庄大车行大李庄钟家庄谷庄庄窝村小车行南辛庄后太保留村东良厢肖家营康庄岳村路正东路门休街新育生民路盛路丰三西新街恒吉北路王西街北石新街角城光时路农工幸福路获路简三街王西街庄三西公联路作合街庄中仓仓新石路路南石街华路庄市路盟路泰张营南街石中石津渠石铜公路支渠明中山路二西三环大街大利岗石公路警安路青银高速公路南水北调工程获铜公路青银高速公路二环路西延线大街南二环路华大旗大街支明南栗新华路裕华路友谊和平路西二环槐安西路??明红平街安红军街′ó元南路岗石公路获北路园物石植泰赵陵铺大街胜街高街岗大石街华友谊大街柱东渠街兴长街北荣街路中山路西沿线十里尹村路西环月牙街外街街华大街胜大利街东射放汇通建胜路东三教街路西射放石家庄公路枢纽西王客运站U2青太客运专线石太铁路植物园植物园热电二厂西郊供热站裕西供热站2鹿华热电厂龙泉寺风景区动物园西部山前地区DN1400热电一厂DN14002XDN1400北城供热站幼师路横山申后村规划路DN14002XDN1400获铜公路槐安西路DN1400DN1400307国道西三?·石太铁路石太铁路大街NDN500DN500DN1200DN1000DN800DN500维DN1200DN1000DN500北斗路太平河玉石路DN800DN300DN300DN400DN400DN700DN400DN400DN300DN400DN500DN300DN5001.工程概况根据管网路由北干线主要穿越：西三环、南水北调、铁路三个大节点。其中穿越西三环采用直埋敷设，穿越南水北调采用暗挖隧道方式，穿越铁路采用顶进预制方涵。南干线穿越南水北调工程和西三环引桥匝道采用暗挖隧道方式。①隧道主体结构设计使用年限：100年；②管线设计使用年限：30年；(废弃后进行回填处理）③使用功能：热网管线；④管线数：2条；⑤隧道内净空构造要求：4.8m×3.1m（宽×高）；⑥防水等级：二级。2.隧道设计标准北干线穿越南水北调干渠段3.隧道平面设计①西侧竖井距总干渠隔离网栏5.00m；②东侧竖井距总干渠隔离网栏5.812m；③直线隧道全长151m。南干线穿越南水北调干渠及西三环路段①西侧竖井距总干渠隔离网栏41.3m(距泄洪区边缘5.11m)；②东侧竖井距总干渠隔离网栏104.0m(西三环辅路外1.0m)。③直线隧道全长287m。3.隧道平面设计(210515.3369,535314.5521)（1）地形地貌隧道所处区域在地貌单元上属于太行山冲洪积平原，地势开阔，地形较平坦。4.隧道纵断面设计（2）地层及岩性北干线隧道穿越粉质粘土层，根据隧道稳定性围岩为Ⅴ级。南干线隧道穿越地层也为粉质粘土，根据隧道稳定性围岩也为Ⅴ级。4.1工程与水文地质（3）地下水北干线隧道工程影响区域地下水类型为上层滞水，主要赋存于砂砾中，稳定水位深度为16.5~16.6m，隧道底埋深24.5m左右。南干线隧道工程影响区域地下水类型也为上层滞水，稳定水位深度为16.5~28.0m，隧道底埋深14.5m左右。4.隧道纵断面设计北干线穿越南水北调干渠段隧道起点高程（底板）为62.659m，隧道全长范围内为3‰下坡。隧道埋深约为4.0~20m，穿越南水北调水渠结构下覆土深度为4.0m。4.隧道纵断面设计4.2隧道纵断面南干线穿越南水北调干渠及西三环路段隧道起点高程（底板）为62.636m，隧道全长范围内为2.6‰下坡。隧道埋深约为4.0~15m，穿越南水北调水渠结构下覆土深度为4.0m，穿越西三环埋深为15m。4.隧道纵断面设计为满足南水北调干渠渗控要求及防治渗透破坏采取了以下三项措施：（1）隧道顶范围区域的总干渠基底换填2.0m厚粘性土隔水层；（2）南干线隧道两侧竖井设置了截渗环；（3）隧道渠底段进行洞内地层固结灌浆。4.隧道纵断面设计4.隧道纵断面设计隧道纵向间距3.5m设置一处4.隧道纵断面设计4.隧道纵断面设计（1）内净空隧道内净空限界：4800×3100mm。限界5.隧道结构设计（2）横断面内净空断面形式马蹄形断面形式5.隧道结构设计（3）复合式衬砌结构内净空断面形式暗挖隧道复合式衬砌结构5.隧道结构设计（4）支护结构参数暗挖隧道复合式衬砌结构，采用小导管超前支护、钢架、网、喷混凝土支护，模筑钢筋混凝土衬砌。钢架为4φ20、15×15cm矩形格栅钢架。表3-1支护参数表衬砌类型超前支护类型喷混凝土厚度（cm）钢筋网格栅支撑间距（m）二次衬砌厚度(cm)部位直径(mm)网眼尺寸(cm)Ⅴ级围岩复合式衬砌拱部超前小导管注浆Φ42，L=3.5m，环向间距0.3m25拱墙ф6.515×150.50405.隧道结构设计结构安全性检算结果通过有限元数值分析，采用上面的支护参数和二衬结构安全系数和二衬裂缝宽度满足要求。衬砌结构承受内水压力、外水压力时时，其衬砌截面安全系数和裂缝宽度满足规范要求。5.隧道结构设计隧道施工地表变形分析结果5.隧道结构设计北线隧道施工原状地表最大沉降为15.1mm；南线隧道施工时原状地表最大沉降为5.4mm，西三环路面地表沉降为12.5mm。南水北调工程施工碾压机荷载作用下的渠底附加地表位移为4mm。干渠开挖引起北线隧道渠底最大回弹位移为78mm，南干线隧道渠底最大回弹位移为26mm。土体回弹变形是随着土体开挖过程出现的，施工完成而结束，对干渠施工和运营不产生影响。（5）结构防水暗挖通道支护背后回填注浆、支护层、模筑混凝土衬砌层构成结构防水体系。结构变形缝防水：在竖井与隧道接头处、隧道纵向每10米处设置变形缝。其中竖井与隧道接头处变形预留2.0cm缝隙、采用背贴橡胶止水带、中埋式橡胶止水带止水，其它变形缝处变形预留2.0cm缝隙、设中埋式紫铜片止水。5.隧道结构设计（6）暗挖隧道施工监测施工监控量测作为暗挖段施工的工序，分别开展掌子面地质观察、地表沉降、洞内收敛变形监测。5.隧道结构设计（1）竖井内净空及支护结构6.隧道两侧竖井设计矩形竖井内净空：6000×5600mm竖井采用复合式衬砌结构6.隧道两侧竖井设计竖井顶标高与总干渠及防洪堤顶面标高相同，满足防洪要求。（2）支护、结构参数南、北干线隧道竖井初期支护均为25cm厚的C25格栅钢架网喷混凝土。其中南干线隧道竖井支护无横撑，北干线隧道竖井设φ300、竖向间距2m的对角钢管斜撑。南干线竖井二衬为40cm厚的C30模筑钢筋混凝土，北干线竖井二衬为50cm厚的C30模筑钢筋混凝土。6.隧道两侧竖井设计结构安全性检算结果南北干线竖井初支、二衬安全系数均满足规范要求。二衬混凝土裂缝宽度满足规范要求。竖井施工到井底后，初支井壁最大水平变形为32mm。6.隧道两侧竖井设计7.环境评估结果石家庄华电鹿华热网一期工程已通过相关部门的区域环境评估。隧道热网独立运行，隧道两端出口位于南水北调总干渠封闭管理区以外，与总干渠运行管理不冲突。运行期地下水环境影响分析：管网隧道采取了防渗处理，且热水管网和蒸汽管网补水使用软水，水质较好，在管道破裂发生渗漏的情况下，不会对区域地下水产生不利影响。生态环境影响分析：施工区域大部分为南水北调总干渠和城市道路，极少部分为农田。对农田区域，工程结束后清理临时性占地，恢复原貌等措施，施工期对生态环境影响较轻。工程不占用耕地，不新增永久占地面积。8.隧道废弃后回填处理方法处理方法为隧道和竖井内回填土石，再通过预埋管泵输中细砂，最后注粉煤灰水泥浆回填密实。热力管道使用年限到期后若不再使用，对隧道进行回填处理。9.1隧道施工方案采用预留核心土全断面法施工。①超前支护，②弧形开挖留底板核心土，③立钢架、挂网、喷混凝土施作拱墙初期支护，④核心土开挖，⑤施作仰拱初期支护，⑥支护背后回填注浆，⑦分次施作二衬仰拱、拱墙。根据施工变形情况必要时采取相应加强结构、施工措施，包括加强超前支护、加密支护钢架、二次衬砌提前施作等。9.施工方法9.2竖井施工方案采用分层开挖、分层支护、整体衬砌、竖直提升运输的方法。①开挖至圈梁设计标高，②施作钢筋混凝土圈梁，③继续向下开挖1.0m，④施作已开挖的井壁锚杆、喷混凝土支护并施作钢管斜撑，⑤重复步骤三、四，每步1.0m依次进行开挖、支护至竖井设计标高，⑥预留隧道开口部分，施作竖井钢筋混凝土二衬，供热管道安装完成后，施作钢筋混凝土盖板和检查井。9.施工方法9.3施工通风本工程独头施工长度较短，可利用自然风实现施工通风。或采用压入式机械通风，确保通道洞内施工空气质量满足相关规范规定要求。9.施工方法9.4施工用水和排水隧道施工用水就近接入城市自来水。施工中严格控制隧道内施工用水，隧道内顺坡时侧沟、井底集水坑水泵排出地面；隧道内反坡时水泵排至井底集水坑，再由水坑水泵排出地面。9.5施工运输与道路隧道内采用人工车，井架垂直运输出渣和进料。井架垂直运输弃渣临时堆放在进口施工场地内，通过西三环夜间汽车二次倒运至北郊造田弃土场。混凝土等施工材料通过西三环进入或西三环转至307国道、机耕道进入施工场地。9.施工方法9.6施工监测施工监控量测作为隧道施工的工序，分别开展掌子面地质观察，地表沉降、洞内收敛变形监测。9.施工方法9.7工期安排北干线安排两个工作面施工，合同工期3个月；南干线安排两个工作面施工，合同工期4个月。9.施工方法9.施工方法9.8施工应急预案处理措施为确保正常施工，预防突发事件以及某些预想不到的、不可抗拒的事件发生，施工前及施工中应有充分的技术措施准备、抢险物资的储备，最大程度地减少人员伤亡、国家财产和经济损失。9.10风险源风险评估及对策措施9.施工方法