南水北調(diào)中線一期穿黃工程-2019年文檔

1、南水北調(diào)中線一期穿黃工程1 .工程概述1.1 工程概況新蟒河倒虹吸工程位于穿黃工程北岸樁號(hào)11+470.0012+117.00,由進(jìn)口連接段、進(jìn)口閘室段、倒虹吸管身段、出口閘室段和出口連接段組成,共計(jì)647m,其中倒虹吸管身段長(zhǎng)437m23節(jié)、每節(jié)19n;進(jìn)口、出口閘室段分別長(zhǎng)15m；進(jìn)口連接段長(zhǎng)80m出口連接段長(zhǎng)100受新蟒河地面徑流的限制,新蟒河倒虹吸工程分為兩期進(jìn)行施工,其中一期工程主要包括80m長(zhǎng)的進(jìn)口連接段、15m長(zhǎng)的進(jìn)口閘室及門庫和228m倒虹吸管.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形布置,須開挖一個(gè)下口寬18.8m、上口寬75.6m平均,下口長(zhǎng)325m上口長(zhǎng)354.4m,周邊坡度為1:2的大型土方基坑,

2、基坑開挖深度約為14.2m,估算土方開挖16萬m3,基坑土方回填12萬m3地下水位線處于地面以下5m左右,基坑內(nèi)約有6.7萬m3土方處于地下水位線以下,須先進(jìn)行降水才能開挖.施工區(qū)段地面上無耕地和建筑物等,地下及鄰近地區(qū)均無地下管道設(shè)施.新蟒河底部高程約為100.71m,兩岸地面高程101.8102.8m,從施工開挖設(shè)計(jì)圖可知新蟒河倒虹吸的基底高程是88.18m88.82m.1.2 地層結(jié)構(gòu)根據(jù)南水北調(diào)中線一期穿黃工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告、工程地質(zhì)勘察報(bào)告及招標(biāo)設(shè)計(jì)報(bào)告的成果,新蟒河倒虹吸基坑開挖范圍內(nèi)的地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層,按地層巖性從上至下可分為壤土砂壤土、粉砂、細(xì)砂、中砂及粘土夾層

3、.壤土、砂壤土：松散,厚1.5m2.0m左右；粉砂：松散稍密,厚1.05m3.2m；細(xì)砂：松散稍密,厚2.30m7.90m；中砂：中密,揭露總厚17.0m24.5m.該層中分布有粉砂厚0.9m4.5m、細(xì)砂厚2m-60n和粘土壤土夾層厚1.6m7.7m.1.3 水文地質(zhì)條件按地下水的賦存條件及性質(zhì),本工程區(qū)的地下水類型為孔隙潛水,主要含水層為第四系砂層細(xì)砂、中砂.根據(jù)2006年9月18日抽水試驗(yàn)開始前對(duì)地下水位的觀測(cè),地下水靜水位97.39m,埋深4.77m5.47m.主要接受黃河水和大氣降水的補(bǔ)給,以徑流方式和農(nóng)業(yè)灌溉方式排泄.由于新蟒河河床外表沉積一層淤泥,河水與地下水不發(fā)生水力聯(lián)系,已布

4、置的導(dǎo)流明渠經(jīng)過汛期的運(yùn)行,河床地層的粉細(xì)砂表層已經(jīng)覆蓋了大量淤泥,河床已經(jīng)封閉,且通過對(duì)擋水圍堰坡角進(jìn)行的探坑開挖檢查,無滲漏現(xiàn)象,河水與地下水不發(fā)生水力聯(lián)系.根據(jù)新蟒河倒虹吸基坑降水水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)成果,降水目的層平均滲透系數(shù)按30.86m/d考慮.2 .研究目的任務(wù)研究目的：根據(jù)施工開挖要求,采用數(shù)值模擬法對(duì)施工開挖降水問題進(jìn)行多方案計(jì)算比擬,推薦出經(jīng)濟(jì)、合理的降水方案并按方案組織實(shí)施,有效保證施工開挖的順利進(jìn)行.研究任務(wù)：要求開挖范圍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,基坑降水設(shè)計(jì)根據(jù)施工開挖平面布置圖和地質(zhì)剖面圖,分析地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件,參考

5、抽水試驗(yàn)資料及類似工程經(jīng)驗(yàn),采用國(guó)內(nèi)外廣泛使用的地下水滲流模擬軟件MODFLOW亍降水模擬計(jì)算與方案比擬.MODFLOW由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的一套基于三維有限差分方法的專門用于孔隙介質(zhì)中地下水滲流模擬的計(jì)算軟件.2.1 計(jì)算模型及邊界條件根據(jù)地層結(jié)構(gòu),概化后模型分三層見圖1,抽水井位于第1層.第1層四周邊界定水頭,頂部無降水補(bǔ)給.第1層粉、細(xì)、中砂：z=70102m第2層中砂：z=5070m第3層壤土z=2050m第3層以下為相對(duì)隔水層.圖1數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)示意圖模型平面范圍見圖2:X:515070,516600寬度1530mY:3864590,3645100寬度510m采用三維非穩(wěn)定流潛水含水層

6、數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算.計(jì)算的初始水位為97.57m;基坑內(nèi)任一點(diǎn)降水限制水位為87.0m.圖2數(shù)學(xué)模型平面示意圖2.2 基坑降水模擬計(jì)算結(jié)果1第一期基坑開挖降水模擬計(jì)算第一期基坑開挖降水模擬計(jì)算結(jié)果見表1及圖3圖8,表1新蟒河一期基坑開挖降水井流量模擬結(jié)果潛水給水度=0.1,滲透系數(shù)K=30.86m/d抽水井沿著基坑開挖邊界線外側(cè)均勻分布；穩(wěn)定時(shí)間是指從抽水開始到每日降深小于0.05m所需要的時(shí)間,即到達(dá)穩(wěn)定所需要的時(shí)間.圖3穩(wěn)定之后的等水位線圖井間距10m圖4穩(wěn)定之后的等水位線圖井間距30M圖5觀測(cè)井水位m隨時(shí)間天的變化曲線圖6穩(wěn)定之后的縱橫剖面展開圖井間距30m圖7總流量萬m3/d隨含水層滲透

7、系數(shù)m/d變化圖8到達(dá)穩(wěn)定所需要天數(shù)隨含水層滲透系數(shù)m/d變化第二期基坑開挖降水模擬計(jì)算第二期基坑開挖降水模擬計(jì)算結(jié)果見表2及圖9圖14.表2第二期基坑開挖降水抽水井流量模擬結(jié)果圖9穩(wěn)定之后的等水位線圖井間距10m圖10穩(wěn)定之后的等水位線圖井間距30m圖11觀測(cè)井水位m隨時(shí)間天的變化曲線圖12穩(wěn)定之后的縱橫剖面展開圖井間距30M圖13總流量萬m3/d隨含水層滲透系數(shù)m/d變化圖14到達(dá)穩(wěn)定所需要天數(shù)隨含水層滲透系數(shù)m/d變化2.3 基坑降水方案根據(jù)不同方案模擬計(jì)算結(jié)果,結(jié)合工程區(qū)具體水文地質(zhì)條件并考慮新蟒河河道進(jìn)行施工導(dǎo)流后的側(cè)滲影響,選擇以下降水方案：第一期基坑開挖降水方案：沿基坑施工開挖邊

8、線外側(cè)布置降水井22眼,其中,井深30m井徑700mm過濾器426mm其中基坑北側(cè)井間距21m,東、西兩側(cè)井間距25m,南側(cè)井間距30nl第二期基坑開挖降水方案：沿基坑施工開挖邊線外側(cè)布置降水井25眼包括利用井2眼,井深30nl井徑700mm過濾器426mm其中基坑北側(cè)井間距30m,東、西兩側(cè)井間距23m,南側(cè)降水前期可以利用一期降水井.進(jìn)行第二期施工降水前期,可以利用一期降水井6個(gè),施工開挖到后期時(shí)一期北側(cè)的4個(gè)井將停止使用,最后只能有2個(gè)井可以長(zhǎng)期利用.施工期間,在一、二期基坑中分別布置5個(gè)地下水觀測(cè)孔,孔深均為16m.2.4 單井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)過濾器：從前幾次抽水試驗(yàn)結(jié)果來看,主井過濾器

9、的結(jié)構(gòu)非常重要,過濾器的結(jié)構(gòu)是影響單井出水量大小的主要因素.從上述模擬結(jié)果可知,單井最大出水量到達(dá)205m3/d.主要含水層的地層為細(xì)砂中砂,分布較為穩(wěn)定,滲透系數(shù)較大.根據(jù)上述分析,過濾器的孔隙率不得小于10%其長(zhǎng)度為23m%采用鋼骨架纏絲過濾器可以滿足孔隙率的要求,或采用混凝土開孔過濾器,但其整體強(qiáng)度必須滿足結(jié)構(gòu)要求.(2)根據(jù)前幾次的抽水試驗(yàn)結(jié)束后所測(cè)的井內(nèi)沉淀來看,一般沉淀物長(zhǎng)度都小于0.5m,故沉淀管的長(zhǎng)度按2m考慮是比擬適宜的,可滿足施工降水過程中沉淀長(zhǎng)度的要求.(3)回填濾料：回填反濾料的級(jí)配可以根據(jù)含水層的顆粒分析(顆粒分析曲線)和顆粒特征粒徑的含量資料確定.級(jí)配比例按現(xiàn)場(chǎng)單井

10、鉆進(jìn)情況進(jìn)行配制.4 .機(jī)電配置基坑一期降水共布置降水井22眼,由于在不同時(shí)期、不同深度基坑排水總量不同,從既要到達(dá)降水效果又經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),每眼井?dāng)M放置兩臺(tái)潛水泵,一臺(tái)潛水泵功率15kw,另一臺(tái)潛水泵功率22kw,共37kw,22眼井功率總計(jì)814kw.由于所需電量負(fù)荷較大,難以再布置備用電源,故對(duì)降水期間的電力持續(xù)供給的要求較高.每個(gè)單井都配備獨(dú)立的電器開關(guān)和繼電保護(hù)裝置.基坑二期供電布置和基坑一期布置方式相同.5 .降水井施工方法5.1 成井工藝成井包括抽水井和觀測(cè)孔的施工,具成井施工工藝流程見圖15:圖15成井工藝流程5.2 施工方法定位：井位偏差小于20cmo鉆孔：采用反循環(huán)鉆井機(jī)成

11、孔,一徑到底不留沉渣,井孔要求正、圓、直、孔斜率v1%下管：井管居中,不偏不斜.填礫：05m段井管與井壁間填土充粘土球,5m以下段填充濾料,濾料上端用粘土球封孔.裝水泵,排水管,使降水井進(jìn)入工作狀態(tài).5.3 技術(shù)要點(diǎn)采用機(jī)械成井,參見降水平面圖具體位置由現(xiàn)場(chǎng)而定,管井定位偏差小于20mm降水井孔徑為750,濾管直徑為400內(nèi)徑的混凝土開孔過濾管,周圍濾料填充,濾料選用顆粒級(jí)配石英砂.井深按設(shè)計(jì)圖紙中所述設(shè)計(jì)值而定.井口標(biāo)高為98.0m高程.降水自井口以下05m為實(shí)管,井管與井壁間填土充粘土球；5.0m以下段為濾水管,填充濾料.抽出的水含砂量不超過1/5萬,長(zhǎng)期運(yùn)行期間不超過1/10鉆孔時(shí)一徑到底不留沉渣,井孔要求正、圓、直、孔斜率V1%下管時(shí)井管居中,不偏不斜.嚴(yán)格限制水位,定期觀測(cè),使水位平穩(wěn),緩慢下降,預(yù)防過快造成不均勻沉降,影響周邊環(huán)境.6.結(jié)語南水北調(diào)中線一期穿黃m標(biāo)新蟒河倒虹吸基坑降水施工是一個(gè)復(fù)雜體系,施工經(jīng)濟(jì)投入大,涉及多方施工環(huán)節(jié)、施工工序與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),必須增強(qiáng)施工治理.