穿黄工程
南水北调工程是我国的一项
重大战略性基础设施
是优化水资源配置
保障群众饮水安全
复苏河湖生态环境
畅通南北经济循环的生命线
事关战略全局、事关长远发展、事关人民福祉
穿黄工程作为中线干线关键性、控制性工程
以隧洞形式下穿黄河
实现了我国水利工程界穿越大江大河
复杂地层结构的技术突破
工程建设过程中主要技术挑战
大直径长距离隧洞掘进及盾构始发技术
超大直径复杂地质条件下深地下连续墙施工技术
长距离输水隧洞混凝土开裂及防渗技术
高地下水位下高边坡的稳定及施工降水技术
穿黄工程与关键
穿黄工程被称为南水北调中线干线的
“咽喉工程”
穿黄工程采用深埋大直径隧洞穿越黄河天堑
使北上的长江水与黄河水形成立体交叉
将长江之水安全有效地从黄河南岸输送到
黄河北岸
地理位置十分重要
穿黄工程南岸与北岸
穿黄隧洞采用双线平行布置
内径7m，两洞轴线间距28m
深埋于黄河河床下23m至32m
是我国第一次采用大直径隧洞穿越黄河
称得上是“万里黄河第一隧”
数字孪生隧洞模型
穿黄工程是我国第一次采用泥水平衡盾构机
进行水工隧洞的掘进施工
开创了水利界应用泥水平衡盾构机的先例
盾构机在黄河古河道砂土层中施工
要克服地下水的作用、砂土对机械的磨损、
枯树孤石的影响等因素
一次性穿越3.45km的黄河河道
具有极大的技术挑战
用于盾构始发的北岸工作竖井深达50.5m
当时是我国较深的始发工作竖井
盾构机掘进完成后
还要进行内衬现浇预应力钢筋混凝土施工
技术要求高 施工难度大
盾构机实体
竖井内盾构机吊装
穿黄隧洞结构采用外衬管片、
内衬预应力环锚、
中间设弹性排水垫层的结构型式
具有创新性
隧洞要承受0.52MPa的内水压力和
0.37MPa的外水压力
对防渗技术要求非常高
穿黄工程还有高地下水位下的高边坡开挖
高地下水位下的大型黄土隧洞施工等
技术难关
穿黄隧洞效果图
穿黄工程隧洞
主洞位于河床下Q2粉质壤土和Q43沙层中
洞身的双层衬砌分别承受内、外水压力
分缝、防水结构措施可以保证隧洞安全运用
结构抗震性能较好
对河道生态与环境影响较小
隧洞施工
竖井与技术
穿黄工程竖井
穿黄隧洞盾构机的始发与接收
都采用了圆形竖井的形式
始发竖井的内径高达16.4m
深度更是深达50.5m
竖井的施工采用“逆作法”
同时借助地下连续墙作为防护
边开挖边进行衬砌
黄河河床为沉积砂层
挖掘过程中
竖井出现封底隆起、渗水、涌水的风险高
因此
竖井的降水方案、开挖技术以及封底技术等都是施工中的技术难点
模拟盾构机下竖井挖掘隧洞
在竖井外围
采用单管法高压旋喷工艺
形成自凝灰浆墙挡水帷幕
并在井底采取了高压旋喷桩封底、水下混凝土浇筑封底等措施
这些措施确保了封底的顺利进行
从而保障了内衬浇筑的安全
在内衬施工中
采用了整体滑模技术
有效提高了浇筑质量和施工效率
两座竖井在2007年4月份和5月份先后
顺利完工
确保了盾构机的安全始发
竖井底施工
连续墙与挑战
数字孪生演示隧洞场景
地下连续墙的施工
是穿黄工程面临的首要技术挑战
在施工过程中
为了加固地基
采用了两排多头小直径深层搅拌桩对导墙下的地基进行加固处理
成槽施工采用了液压铣槽机
并优化了成槽顺序
以防槽孔坍塌
同时
槽段连接采用了铣接头型式
以提高施工效率
槽段间补打高压旋喷桩
进一步增强了防渗效果
地下连续墙成槽施工
为了解决二期槽铣槽困难、施工进展缓慢的技术难题
采取了一系列措施
在尚未浇筑的槽段接头板下加深深度
减少二期槽的铣削深度
对二期槽铣槽采用冲击钻配合
液压铣槽机进行施工
通过冲击钻处理掉已浇混凝土壁的
保护层再使用液压铣槽机
完成铣削成槽等步骤
这一突破性的工程不仅彰显了
我国在深地下连续墙施工技术方面的精进
为穿黄隧洞盾构机始发井提供了稳固的
外围支护结构
为后续的工程进展奠定了坚实的基础
地下连续墙钢筋笼吊装
隧洞与防渗
隧洞施工
隧洞在运行过程中要保证内水不外渗
外水不内渗
因此隧洞的防渗十分重要
穿黄隧洞结构由两层衬砌及中间的一层排水垫层组成
外衬为预制管片
内衬为现浇预应力环锚结构
排水垫层为
“两布一隔栅”的复合土工材料
外、内衬均为钢筋混凝土结构
穿黄隧洞的防渗设计原则是
“以防为主，多道设防，综合治理”
如果有少量水体自内、外层衬砌渗透
排水垫层隔栅结构
可将水体排入底部的排水管
通过纵向排水管流向隧洞端部
再由水泵抽至渠道
高地下水位高边坡与稳定
针对高地下水位下高边坡的稳定问题
对开挖地层
进行了详细的勘察和分析
根据勘察结果
开挖地层表层为
Q4粉质壤土
下部为Q3黄土
Q3黄土层中有两层饱和软
黄土状粉质壤土
易产生流土破坏
粉土特征
针对这一情况
采取了分层开挖、分层降水的方法
以确保边坡的稳定性
其次，针对施工降水问题
通过现场试验确定了群井降水措施
在地下水位高出渠底的最大高度近30m
的情况下
共计打降水井450多眼
以保证南岸明渠的开挖施工的顺利进行
群井降水措施的实施
有效地降低了地下水位
减小了地下水
对边坡稳定的影响
同时还加强了
对降水井的监测和管理
确保降水效果的持续和稳定
穿黄隧洞工程多项关键技术研究列入
“十一五”国家科技支撑计划项目课题
这些创新技术和解决方案为
我国调水工程领域的技术进步和
自主创新提供了强有力的支撑
为我国大型调水工程的建设
积累了宝贵经验
为推动南水北调后续工程高质量发展
提供重要借鉴
来源 | 中线公司
责编 | 马悦强
校核 | 李 萌
审核 | 李东海
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