南水北調(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)

前言

南水北調(diào)工程是緩解我國北方水資源嚴重短缺局面的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。建設(shè)南水北調(diào)工程，是黨中央、國務院根據(jù)我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要作出的重大決策。工程的實施，對于貫徹落實科學發(fā)展觀，優(yōu)化我國水資源配置，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，進一步推動小康社會建設(shè)，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，具有極為重要的作用。南水北調(diào)中線工程，從大壩加高水庫擴容后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿線經(jīng)開挖或回填后成型的渠道，經(jīng)唐白河流域西部過長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口，沿黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西李村附近穿過黃河，沿京廣鐵路西側(cè)北上，可基本自流到北京、天津。輸水干線工程全長1430多km，跨越長江、淮河、黃河、海河四大流域，實現(xiàn)跨流域長距離調(diào)水。這是人類運用現(xiàn)代科學技術(shù)，改造自然，改變?nèi)祟惿姝h(huán)境，保護生態(tài)平衡和促進經(jīng)濟發(fā)展的偉大壯舉。南水北調(diào)工程點多、線長，涉及面廣，工程技術(shù)復雜，建設(shè)管理極具挑戰(zhàn)性。作為南水北調(diào)中線關(guān)鍵控制性工程，穿黃工程戰(zhàn)略地位重要，且地質(zhì)條件復雜，工程建設(shè)及管理的難度很大，是南水北調(diào)工程諸多具有高技術(shù)含量的單項工程的典型代表。在穿黃工程建設(shè)中，穿黃隧洞的盾構(gòu)掘進最令人關(guān)注。在黃河河床大埋深下開掘大直徑隧洞，地層條件復雜多變，地下水位高，掘進線路長，且存在孤石、枯樹等，施工技術(shù)難度很大。采用當今世界上先進的泥水加壓平衡盾構(gòu)機隧洞掘進設(shè)備進行穿黃隧洞的施工，就需要參建各方掌握最先進的科學技術(shù)，進行科學管理，并且在施工中還要勤于鉆研，勇于創(chuàng)新，才能解決不斷出現(xiàn)的各種困難和問題，保證工程的順利進行。自2005年9月27日穿黃主體工程開工以來，參建各方有效地應對了在工程施工過程中出現(xiàn)的種種挑戰(zhàn)，以科學求實的態(tài)度和嚴肅認真的作風，團結(jié)協(xié)作，攻艱克難，解決了一個又一個技術(shù)難題。經(jīng)過五年的拼搏奮斗，目前穿黃工程建設(shè)取得了可喜進展，上游隧洞已由北向南掘進并一次襯砌3450m，順利通過黃河深槽達南岸豎井，下游隧洞也已掘進2900多m。這里我用兩句話概括截至目前仍在緊張建設(shè)的穿黃工程：總體進展順利，施工質(zhì)量優(yōu)良。本書四位作者，在繁忙工作之余，不斷收集、整理成果資料，總結(jié)施工過程中的點滴體會，并對一些關(guān)鍵技術(shù)問題進行了初步分析和研究，辛勤耕耘，習作成書，體現(xiàn)了一代青年人的精神和追求。

內(nèi)容概要

　　穿黃隧洞工程是南水北調(diào)中線工程的關(guān)鍵單項工程，《南水北調(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)》對穿黃隧洞盾構(gòu)施工中的關(guān)鍵技術(shù)難題、解決方法和過程作了深入闡述，并以問答形式對整個穿黃工程作了詳細介紹?！　《軜?gòu)隧洞掘進是一項復雜的系統(tǒng)工程，《南水北調(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)》沒有對盾構(gòu)施工技術(shù)做全面介紹，而是依托穿黃工程，針對其工程的特點，總結(jié)出關(guān)鍵的施工技術(shù)，主要有始發(fā)豎井施工、盾構(gòu)機的選型、泥水系統(tǒng)設(shè)計、盾構(gòu)機的組裝與調(diào)試、盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)、管片制作與拼裝、壁后注漿、復合地層中的掘進、刀具的監(jiān)測與更換、施工測量與監(jiān)測、管片的錯臺及碎裂控制等。這些關(guān)鍵技術(shù)多數(shù)是目前國內(nèi)外盾構(gòu)施工前沿的核心技術(shù)。書中的試驗方法、研究成果、施工參數(shù)可為類似工程借鑒使用?！　　赌纤闭{(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)》可作為廣大工程技術(shù)人員、專家學者的參考資料，對穿黃工程感興趣的讀者可也通過《南水北調(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)》對工程的前期規(guī)劃、建設(shè)管理、施工技術(shù)等有全面的了解。

書籍目錄

序前言第1章 概述1.1 概況1.2 國內(nèi)外盾構(gòu)施工技術(shù)現(xiàn)狀1.3 穿黃工程概況1.4 隧洞地質(zhì)條件1.5 盾構(gòu)施工技術(shù)挑戰(zhàn)第2章 始發(fā)豎井施工2.1 始發(fā)豎井結(jié)構(gòu)特點2.2 灰漿墻施工2.3 地下連續(xù)墻側(cè)壁穩(wěn)定分析2.4 地下連續(xù)墻施工2.5 豎井基坑穩(wěn)定分析2.6 逆作法豎井施工第3章 泥水加壓平衡盾構(gòu)機的選用3.1 盾構(gòu)機類型的確定3.2 盾構(gòu)機的設(shè)計要點3.3 泥水加壓平衡盾構(gòu)機工作原理3.4 盾構(gòu)機技術(shù)參數(shù)3.5 盾構(gòu)機主機部件性能描述3.6 盾構(gòu)機后配套系統(tǒng)功能描述3.7 盾構(gòu)機的管理和保養(yǎng)維修第4章 泥水加壓平衡盾構(gòu)機的泥水系統(tǒng)設(shè)計4.1 泥水平衡的機理4.2 泥水系統(tǒng)及設(shè)備4.3 泥水系統(tǒng)的綜合管理第5章 盾構(gòu)機的組裝與調(diào)試5.1 盾構(gòu)機的運輸5.2 刀盤和盾體的焊接5.3 盾構(gòu)機的組裝5.4 盾構(gòu)機的調(diào)試第6章 泥水加壓平衡盾構(gòu)機的始發(fā)技術(shù)6.1 概述6.2 穿黃隧洞盾構(gòu)始發(fā)背景6.3 盾構(gòu)機出洞地基加固處理6.4 盾構(gòu)始發(fā)側(cè)冷凍封水技術(shù)6.5 始發(fā)托架安裝與固定及其計算6.6 洞口密封裝置安裝6.7 洞門混凝土鑿除6.8 盾構(gòu)機始發(fā)6.9 施工風險分析及應急預案第7章 鋼筋混凝土管片制作與拼裝7.1 管片概況7.2 管片預制廠設(shè)計與布置7.3 管模設(shè)備7.4 管片的制作與生產(chǎn)7.5 管片質(zhì)量保證措施7.6 管片拼裝工藝第8章 壁后注漿8.1 概述8.2 壁后注漿地質(zhì)條件8.3 壁后注漿試驗研究及漿液類型的選擇8.4 同步注漿壓力和注漿量8.5 壁后注漿設(shè)備8.6 壁后注漿施工8.7 壁后注漿效果第9章 長距離大直徑復合地層中的盾構(gòu)掘進9.1 復合地層中的泥水盾構(gòu)掘進9.2 盾構(gòu)機操作及參數(shù)控制9.3 特殊地層處理措施第10章 南岸豎井的到達與二次始發(fā)10.1 南岸豎井工程概況10.2 盾構(gòu)機到達南岸豎井工藝流程10.3 盾構(gòu)機到達南岸豎井施工準備措施10.4 盾構(gòu)機二次始發(fā)工作流程及保證措施10.5 盾構(gòu)機到達和二次始發(fā)應急預案第11章 盾構(gòu)機的刀具檢測與更換11.1 概述11.2 帶壓進倉施工技術(shù)11.3 刀具檢查與更換11.4 常壓開倉換刀法第12章 施工測量與監(jiān)測12.1 施工現(xiàn)場勘察及測量控制網(wǎng)交接12.2 地面施工控制網(wǎng)建立12.3 豎井聯(lián)系測量12.4 洞內(nèi)導線測量12.5 盾構(gòu)施工中盾構(gòu)姿態(tài)定位測量12.6 隧洞貫通測量12.7 盾構(gòu)施工時隧洞沉降監(jiān)測第13章 管片改造及錯臺破損控制技術(shù)13.1 概述13.2 工程背景13.3 管片結(jié)構(gòu)型式13.4 管片拼裝問題13.5 管片結(jié)構(gòu)問題分析13.6 管片改造及錯臺破損控制措施研究13.7 最終實施方案13.8 總結(jié)第14章 工程施工供電系統(tǒng)14.1 基本概況14.2 供電負荷等級和電能要求14.3 負荷計算14.4 10 kV高壓供電系統(tǒng)14.5 應急供電系統(tǒng)14.6 接地裝置14.7 安全用電14.8 通信系統(tǒng)第15章 南水北調(diào)中線干線穿黃工程百問百答15.1 基本情況15.2 前期規(guī)劃15.3 工程技術(shù)15.4 建設(shè)管理15.5 技術(shù)挑戰(zhàn)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.5.2.1地質(zhì)條件復雜隧洞位于黃河河床下23-32m，施工期承受最大外水壓力38m，運行期承受最大內(nèi)水壓力52m。圍土為富含水的砂土層，過河段以砂層為主，邙山段以粉質(zhì)壤土為主，盾構(gòu)機要一次性穿越3450m的過河段，要適應軟硬不均的地層，根據(jù)前期地質(zhì)勘探成果，黃河河床內(nèi)可能還有孤石、枯樹等障礙物。1.5.2.2工程結(jié)構(gòu)復雜穿黃隧洞采用雙層襯砌結(jié)構(gòu)，是我國采用盾構(gòu)施工輸水隧洞的一個創(chuàng)新，沒有可借鑒的工程實例。盾構(gòu)始發(fā)井埋深也較大，其外圍支護地下連續(xù)墻是國內(nèi)最深最厚的地下連續(xù)墻。1.5.2.3施工技術(shù)先進穿黃隧洞豎井地下連續(xù)墻施工、盾構(gòu)始發(fā)加固、隧洞開挖掘進（采用泥水加壓平衡盾構(gòu)機）、內(nèi)襯預應力混凝土澆筑等施工，都需采用國內(nèi)最先進的施工設(shè)備，運用最先進的施工技術(shù)才能完成。穿黃隧洞盾構(gòu)施工中的主要技術(shù)挑戰(zhàn)如下。1）深地下連續(xù)墻的施工北岸始發(fā)豎井地下連續(xù)墻厚度為1.5m，深度為76.6m，其厚度和深度在同類地層條件下均居當前國內(nèi)之最。施工中要穿越大約30m深的中細砂層，地下水位僅在地面以下3m左右，施工中要保證地下連續(xù)墻的成槽穩(wěn)定性及精度、達到預想的防滲效果以保證豎井的施工，難度非常大。施工重點技術(shù)有成槽技術(shù)、鋼筋籠下放技術(shù)、水下混凝土澆筑技術(shù)、槽段連接技術(shù)、防滲技術(shù)等。2）豎井內(nèi)襯施工穿黃工程北岸豎井為穿黃隧洞盾構(gòu)機始發(fā)井，豎井為圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為16.4m，外徑為20.8m，井深為50.5m。豎井雖然是在地下連續(xù)墻保護下進行的開挖襯砌，但結(jié)構(gòu)深度為48.5m、挖深度為50.5m的豎井，在施工中的安全風險很高。主要技術(shù)問題有地下連續(xù)墻槽間滲水、底部涌水、施工期豎井的整體穩(wěn)定、豎井內(nèi)襯澆筑技術(shù)等。3）盾構(gòu)始發(fā)到達穿黃工程的盾構(gòu)始發(fā)區(qū)域距地面近50m，是國內(nèi)最深的盾構(gòu)始發(fā)工程，受始發(fā)井尺寸所限，無法一次性在井下整機始發(fā)，需采取分段始發(fā)方案。始發(fā)端頭地層主要為砂層，埋深大，地下水位高，始發(fā)時易發(fā)生涌水、涌砂，對人員和設(shè)備造成嚴重威脅。始發(fā)前至少應采取如下措施：（1）采用高壓旋噴灌注樁對始發(fā)端地層進行加固，提高土體穩(wěn)定性能，減小土體滲透系數(shù)。（2）采用延長管線、后配套分次下井始發(fā)方法。后配套置于地面，在向前掘進30m后，安裝同步注漿系統(tǒng)，在掘進70m后，下放后配套系統(tǒng)。（3）盾構(gòu)始發(fā)時加強洞口防水密封、反力架、始發(fā)架的監(jiān)控，做好始發(fā)時的泥水壓力控制，保證施工安全。

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《南水北調(diào)中線穿黃工程泥水盾構(gòu)施工技術(shù)》是由黃河水利出版社出版的。

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