超长隧洞调水为什么可行,难处在哪里?

科技良言 2024-11-09 10:33:37
超长隧洞调水为什么可行,难处在哪里?

工程概况

引江补汉工程,作为南水北调中线工程的后续水源工程,其核心目标是从长江三峡库区引水至汉江丹江口水库的下游区域。该工程的输水线路总长约为194.7公里,全程采用隧洞方式进行输水。

主隧洞建设进展

截至2024年7月16日,主隧洞的建设取得了显著进展:

主隧洞掘进已完成2120米。

已有17条支洞累计掘进超过9000米。

输水总干线出口段的主隧洞掘进工作已完成1.7公里。

沿线的25条输水支洞中,已有15条开始进洞施工,施工率高达80%,且累计掘进超过7.4公里。

深埋长隧洞为主,就上TBM!

引江补汉工程以深埋长隧洞为核心,是我国最长、洞径最大的有压引调水隧洞,技术挑战大,施工周期长。该工程采用钻爆法与TBM法组合施工。

总长194.3公里的输水隧洞有三个主要特点:

一是直径大,平均内径10.2米,TBM刀盘最大直径达12.2米,开挖难度高,需强化支护。

TBM出马

(图:中国南水北调集团)▼

二是隧洞埋深大。平均埋深513米,其中埋深超1000米洞段12.1公里,占6.2%;600至1000米洞段58.8公里,占30.2%;最大埋深达1230米。

三是地质条件复杂。隧洞穿越13个地层单位系,含3大岩类,66个岩组,地层多变,面临“三高三多”挑战:高地应力、高水压、高地温,断层多、地下水多、软岩洞段多。具体表现为:

高地应力:受水平向应力影响,最大推测应力42.3兆帕,强岩爆风险洞段1公里,极严重软岩变形风险洞段4.5公里。

高水压:岩溶水和裂隙水丰富,外水压力1兆帕以上洞段25.5公里,最大外水压力4.9兆帕。

高地温:地温28℃以上洞段32.9公里,占比16.9%,推测最高温度40℃。

断层多:穿越56条断层,主要区域性断裂7条,最宽达260米;青峰断裂带穿越约6100米,含11条断层。

地下水多:年均降雨量超1000毫米,沿线泉眼众多,穿越6条河、4个水库,推测涌水量大。

软岩多:软岩洞段58.5公里,占比30.1%,其中中等及以上变形风险洞段27.1公里。

该项目完成后将创六个国内之最:最长有压引调水隧洞(194.3公里)、最大洞径(10.2米)、最大引流量(212立方米每秒)、最多超大直径TBM施工(10台)、最大洞挖工程量(近3000万立方米)、综合难度最大(最大埋深1230米,面临多重挑战)。

看一下盾构机的基本工作原理动图。

图1,盾构机刀盘

图2,盾构机刀盘润滑

图3,盾构机刀盘前进

图4,拼装内衬预装管片

图5,管壁外注浆固化

图6,输送刀盘挖到的土、岩石等等

图7,将刀盘挖到的土、岩石输送出隧道。

图8,建成的地铁隧道。

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