南水北調(diào)中線穿黃盾構(gòu)隧洞工程地質(zhì)研究

摘要: 穿黃隧洞是南水北調(diào)中線總干渠上規(guī)模最大的特大型河渠交叉建筑物，全長4.25km。隧洞穿越的地層為第四系上更新統(tǒng)硬塑粘性土和全新統(tǒng)中密飽水砂層以及卵石層、泥礫石層等，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度和風(fēng)險較大。闡述了穿黃隧洞工程地質(zhì)條件，對盾構(gòu)施工隧洞的埋深、盾構(gòu)機選型、設(shè)計與制造需要考慮的障礙物和不良地層等問題進行了研究，對保證盾構(gòu)隧洞順利施工具有重要意義。

關(guān) 鍵詞: 穿黃隧洞;工程地質(zhì);盾構(gòu)機;南水北調(diào)中線工程

在20世紀(jì)90年代初期南水北調(diào)中線工程可行性研究階段，根據(jù)總干渠布置、渠道控制水位和黃河兩岸地形、水文和地質(zhì)等條件，在汜水河口至邙山頭30km河段內(nèi)選擇了4條線路進行比較。由于邙山頭和桃花峪線黃河南岸地勢較高、沖溝發(fā)育，存在深挖方及高邊坡穩(wěn)定問題;北岸地勢較低，需要較長距離的高填方工程，渠道布置困難，因此重點對?？谟€和孤柏嘴線進行了比較。無論是在穿黃工程與黃河河勢的相互影響方面，還是在工程量與投資方面，孤柏嘴線明顯優(yōu)于牛口峪線，因此在隨后的工作中將穿黃工程鎖定在孤柏嘴河段。

在隧洞和渡槽方案比較過程中，隧洞方案具有的抗震性能好、工程造價低、施工工期短、與黃河河勢相互影響小等優(yōu)點而備受專家親睞。

穿黃隧洞是南水北調(diào)中線總干渠特大型河渠交叉建筑物，位于鄭州市西約30km處，隧洞全長4250m，分為過黃河段和邙山段，長度分別為3450m和800m。隧洞采用雙線設(shè)計，平行布置，軸線間距28m，隧洞內(nèi)徑7.0m，隧洞外襯厚0.40m，采用裝配式普通鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu);內(nèi)襯厚0.45m，采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外襯之間設(shè)彈性防水墊層。過黃河段洞頂埋深23～31m，縱向坡比1‰～2‰;邙山段洞頂埋深58～102m，縱向坡比4.9%。

穿黃隧洞由北岸豎井出發(fā)由北向南掘進。為縮短工期，南岸黃河邊設(shè)施工豎井。

1 穿黃隧洞工程地質(zhì)條件與隧洞埋深

1.1 穿黃隧洞工程地質(zhì)條件

穿黃工程河段工程地質(zhì)條件復(fù)雜:南岸邙山由上更新黃土組成;河床及北岸灘地沉積有深厚的第四系砂層，由南往北逐漸增厚，黃土和砂土之下為中更新統(tǒng)粉質(zhì)壤土。為研究砂土層的工程性質(zhì)，布置了3個群孔進行鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、旁壓試驗、靜力觸探試驗，并取原狀砂土樣進行室內(nèi)試驗，分析各種試驗成果后提出了盾構(gòu)隧洞所需的各砂層物理力學(xué)參數(shù)。

穿黃隧洞穿越的地層主要為Q2 粉質(zhì)壤土、古土壤、Q14 砂層和砂礫石層。根據(jù)隧洞圍土組成的不同可劃分為以下3種地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，見圖1。

單一粘土結(jié)構(gòu)。隧洞圍土為Q2 粉質(zhì)壤土層，分布在樁號4+858～6+033和7+109～7+919，總長1985m。

上砂下土結(jié)構(gòu)。隧洞圍土上部為Q14 砂層，下部為Q2 粉質(zhì)壤土層，分布在樁號6+033～7+109和7+919～8+233，總長1390m。

單一砂土結(jié)構(gòu)。隧洞圍土主要為Q14 中砂層，局部為粗砂層，砂層中零星分布砂礫石透鏡體。該類結(jié)構(gòu)分布在樁號8+233以北，長875m。

1.2 穿黃隧洞水文地質(zhì)條件

穿黃河段，黃河河床、漫灘普遍分布Q4 砂層，厚度10～58m，南薄北厚。砂層中含孔隙潛水，北岸漫灘地下水位92.6～101.7m，近河邊高，遠(yuǎn)河邊低。地下水由大氣降水與黃河水補給。

含水層顆粒組成隨深度逐漸變粗，上部以粉細(xì)砂為主，下部為中粗砂，根據(jù)鉆孔抽水試驗，粉細(xì)砂具中等滲透性，中粗砂具強滲透性。

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