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杭州市千岛湖配水工程施工管理探索

超前预注浆施工示意图。

长距离超前预注浆示意图。

  杭州市第二水源千岛湖配水工程(以下简称“配水工程”)静态总投资96亿元,动态总投资106亿元。工程从杭州市西部淳安县的新安江水库(千岛湖)引水,通过全封闭隧洞输水到位于杭州市区的闲林水库。线路总长112千米、洞径6.7米。年引水量9.78亿立方米。隧洞施工采用钻爆法掘进,钢筋混凝土或钢管内衬,计划工期42个月。

  工程建成后,杭州将形成千岛湖、钱塘江、东苕溪多水源供水格局,实现水资源的优化配置,从根本上提高杭州城市及工程沿线区域供水安全和饮水品质。

  杭州市第二水源千岛湖配水工程供水范围主要为杭州主城区、萧山区和余杭区东苕溪以东地区,以及工程沿线建德、桐庐、富阳部分区域,受益人口806万人。

  2011年6月,杭州市启动千岛湖配水工程前期工作。2014年项目建议书、可行性研究报告和初步设计报告获得浙江省发改委批复。全线分为16个施工标段,于2014年12月24日起分批开工建设。

  配水工程效益及进展情况

  杭州市成立了分管副市长为总指挥的工程建设指挥部,工程沿线各区、县(市)分别成立了政府分管领导为指挥的分指挥部。市、县两级签订了责任书和政策处理包干协议,明确了工作责任和内容。

  落实奖励资金,强化考核激励。深入开展“两美浙江”立功竞赛活动,把工程进度、质量、安全、造价控制全面纳入立功竞赛活动考核内容。公司落实600万元/年奖励资金、施工单位配套270万元/年资金。

  运用法治思维,开展标化建设。杭州市出台了《杭州市第二水源千岛湖配水供水工程管理条例》,经省人大常委会审议批准,2016年2月1日起施行。公司制定了《工程建设质量安全标准化管理指导书》《工程质量管理办法》《工程爆破施工控制及影响处置实施办法》等一系列标准化制度,规范各项工作。

  工程施工难点攻坚情况

  (一)分水江穿江段攻坚情况

  输水隧洞穿分水江段作为输水线路全线施工风险最高的难点区段之一,其顺利贯通对整个工程影响重大,为工程向杭州市民提供优质千岛湖水奠定了坚实的基础。

  穿分水江段隧洞段长度1159米。河底高程-5.5m~1.5米。两岸山势陡峭,江水面高程约11.0~14.0米,桐郑公路沿山脚穿过。分水江河床段约200米范围河床段上覆岩体薄,最薄处约为2~3倍洞泾,且断裂构造发育,岩石破碎,围岩类别一般为Ⅳ类,工程地质条件差,存在突水等影响施工安全的地质隐患。特别是左岸山脚揭露有一系列陡倾断裂,影响带宽约50米,地下水补给丰富,透水性好,同江水连通,输水隧洞通过该断层带时施工风险很大。

  分水江穿江隧洞运行期静水压力将高达158米,是目前国内大直径穿江钢衬输水隧洞中设计内压最高的。穿江隧洞自2016年7月16日正式进入江底平段,并于2016年12月18日顺利实现贯通,总计开挖时长为156天,比原计划提前28天。施工过程中,采用TSP物探、地质雷达、红外探水等超前地质预报技术,结合水上钻探、超前钻孔取芯跟进、钻灌一体机和常规灌浆等手段,成功解决了江底隧洞涌水、涌泥等难题,胜利实现穿江隧洞精准贯通。

  在确保施工方案的科学性和合理性基础上,各参建方精心组织策划,抽调有经验的工程师及项目管理人员成立分水江穿江隧洞技术小组,建立穿江段QQ应急群,QQ群上每日一报,及时反馈当日施工情况,并定期不定期召开分水江穿江隧洞施工专题会议,围绕安全、经济、科学的原则确定地质预报方案和开挖、支护及超前预注浆方案,及时调整施工参数与对策。

  穿江隧洞施工过程中分层次实施了超前地质预报工作:TSP超前地质预报、地质雷达、红外探水等物探手段宏观判断;超前地质钻孔取芯验证;超前加深炮孔近距离探查,准确掌握掌子面前方围岩情况。并根据穿江隧洞施工提出完整的超前地质预报的优化组合方案。

  本次输水隧洞分水江下穿段共实施超前地质预报TSP系统4次,地质雷达及红外探测共14次,实施掌子面超前地质取芯水平钻孔5个,累计取芯长度为217.47米,累计超前探水孔共完成2701.6米。开挖后揭露围岩地质情况与超前地质预报结果基本符合,达到预期效果。

  穿江段施工严格践行新奥法的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”原则,施工监测成果表明各项数据均在安全范围内。

  根据超前地质预报结果,结合不同出水构造进行动态设计,选取有针对性的超前预注浆方案。根据分水江穿江段地质条件,分为长距离超前预注浆和短距离超前预注浆两种类型。

  穿江隧洞段共实施了三次系统超前预注浆,注浆累计长度为61.5米,占江底平段总长16.6%,累计钻孔1186.5米。

  本工程超前预注浆实施采用钻灌一体机配合灌浆泵施工的方案,出水量较大时直接用该设备灌浆止水,出水量较小时换用常规灌浆设备堵水灌浆,加快施工进度。

  (二)进水口轴线攻坚情况

  2016年5月进水口段开挖伊始,即遭遇数次溶洞、暗河。邀请国内专家多次实地勘查、会诊指导,经补充地勘后设计反复研究论证,所揭示的地质条件比初设预判的情况更为复杂不利。该区域是喀斯特岩溶地貌发育,库水位以下残留的三级阶地暗河断层频现,均可能与工程隧洞存在相通遭遇。若与新安江水库水体连通,将造成库水倒流,工程施工安全风险极大,溶腔处理也将严重影响工程工期。专家们建议进口段输水隧洞轴线尽量向南侧砂岩地区闪避。

  原初设输水隧洞进口段位于可溶岩地层,虽然采取安全防护措施,但处理效果难以保证,工期、投资皆不可控,施工安全风险大。变更后首部约3千米输水隧洞可整体位于非可溶岩地层,避免临近库区隧洞开挖施工中,可能发生的大流量涌水涌泥带来的施工安全风险。

  工程建筑均按照隐蔽的原则进行设计,进场道路可利用具有天然环湖林木屏障的现状小道改造,调整前后进水口后,水质经同步对比检测基本无变化,距离金竹牌村距离由500米增加到了1千米以上,更有利于水源保护。

  2016年3月金竹牌施工支洞进洞,即刻遭遇地下暗河突水,并与其它多条暗河贯通相连。因所在位置近洞口引排方便,对暗河采取了隔离通道引排、洞线绕避处置。同时按计划开展地质雷达预测预报工作。

  2016年4月底再次遭遇1000立方米以上的溶腔,因溶腔主体出现在地质雷达预测所能够反映的区域之外,几百方的涌泥在施工台架前方突然坍塌,所幸施工班组预警撤离及时,没有酿成安全事故。采用混凝土结合水泥注浆回填空腔,处理时间长达50多天,严重影响施工安全、进度。

  2017年3月11日,首端输水隧洞工作面开挖至桩号K1+940m位置,从区域地质带分析已经临近砂岩区域,即将进入变更调整后的线路。此区域掌子面仍为灰岩洞段,Ⅰ类围岩,洞底高程约75.42米,库水位约98~100米,距离水库最近距离约1千米,施工再次遭遇溶腔。

  及时组织。掌子面钻孔时,左侧距底板约1.8米的钻孔突发涌水,与前次地质预报前方存在的溶蚀裂隙吻合。涌水点估算水压1.5~2兆帕,持续几天内水压未见降低,推测为山体地下水,也不排除与水库有通道。补给强烈。立即建立参建各方组成的溶洞处理应急小组QQ群,实现24小时随时开会商议应对变化。采取已堵水措施加强排水,避免对上下游两个工作面造成压力与作业影响。

  科学研判。2017年3月12日隧洞内排水后再次进行地质雷达预报,揭示前方20米为较为严重的溶蚀破碎带,推测溶腔自近掌子面部位的左侧向远离掌子面的右侧发展,排泄面位于库水位以下。

  处置方案。特邀专家现场会商,认为需对掌子面前方岩体及掌子面附近洞段围岩进行注浆封堵处理:一是对已经出水的左侧三个钻孔进行灌浆;二是对已经完成开挖接近掌子面6米内洞段围岩进行加固灌浆,孔距3米,孔深4米;三是进行外环、内环灌浆,深入掌子面深度分别为10.0米和20.0米,设置一定外插角,要求注浆后洞挖线以外的完整岩壁厚度不小于4.0米;四是中部钻孔检测及灌浆。

  采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液浆,注浆压力0.8~1.5兆帕。若溶蚀发育存在较大尺寸空腔时,先采用水泥砂浆或膏状浆液回填,必要时应掺入速凝剂、稳定剂。

  现场管理。施工期间加强隧洞内排水准备工作。加强注浆过程中对已开挖洞段岩壁渗水、变形、水压力等情况的监测和巡检,以保证岩壁安全、施工安全。

  在钻孔和注浆过程中,各参建方时刻关注灌浆情况,设计单位根据现场注浆情况对钻孔深度、注浆压力、注浆材料等再进行调整,包括水泥砂浆、水泥浆、双液浆的切换以及打探孔、灌浆孔等。

  2017年4月20日,利用12米深钻孔进行了一次全景数字成像检测,灌浆后未见明显空腔,部分裂隙内见水泥结石。4月21日,再次进行了地质雷达预报。

  岩体破碎程度较灌浆前有明显改善,特别是左边墙附近原推测的溶洞迹象反映已不明显,富水迹象也没有灌浆前表现明显。已累计注浆近800立方米,目前仍在继续实施灌浆方案。

(来源:南水北调报 2018年2月5日 作者 胡桂全)



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