就隧洞来说,秘鲁马赫斯调水工程要建总长100km的隧洞,南非莱索托高原调水工程隧洞总长200km,而澳大利亚雪山工程隧洞总长145km。在马赫斯调水工程的隧洞工程中,最长的一条隧洞为14.9km,为南美之最。隧洞进水口也将作为二期工程施工的输水隧洞进水口。从表10-2中可以看出,国外已建输水隧洞与我国西线工程的隧洞在长度上不能相提并论,在西线工程的施工中,这些隧洞的施工难度要比国外的大得多。表10-2国外调水工程隧洞的基本数据......
2023-06-30
南水北调中线工程从长江中游最大支流汉江上的丹江口水库引水,沿伏牛山和太行山山前平原开渠输水,终点到达北京玉渊潭,这就不可避免要把水输送过黄河;东线工程从江苏省扬州市已建成的江都抽水站抽取长江水,然后基本沿京杭大运河逐级抽水到达黄河南岸东平湖,穿过黄河后自流输水到华北平原东部地区。这样,中线工程和东线工程都有输水过黄河的问题。要把水送过黄河,只有两个方法,一是在黄河地下开挖隧洞,用倒虹吸法把水送过黄河;另一个方法是在黄河上架设渡槽,用渡槽把水送过黄河。这两种方法在国外的调水工程都有先例。我们先来介绍国外有关情况。
(1)穿越苏伊士运河工程[9,10]。这是埃及西水东调工程中的最大单项工程,也是工程技术难度最大的一项工程。苏伊士运河为沟通地中海与红海的齐洋面运河,水位为0.0m,现在运河河底为-19.5m,计划将来浚深拓宽,河底深至-27m,设计输水隧洞顶部高程为-39m,考虑到运河今后将加深加宽,隧洞顶距河底,预留了逾12m的净空砂粘土地层。运河西侧有公路、铁路、供水渠道等设施,全部以隧洞形式与这些设施立交。
虹吸工程的水力学设计很重要。设计输水隧洞长770m,纵坡为1∶5,设4条圆形隧洞,内径5.1m,见图10-1。总输水流量最大160m3/s,分月设计时10月~次年1月变化为40~65m3/s,而后在春、夏季增大到90~160m3/s,以6月、7月为最大。和平渠道的最大流速为0.7m/s;虹吸洞最大流速为2m/s、最小为1m/s。虹吸的水头损失为0.81m。洞两端的水位:西端为1.5m、东端为0.6m。隧洞水力学设计经过开罗郊外的部属研究所水工模型验证。
图10-1 穿越苏伊士运河隧洞示意图
隧洞由英国豪克公司设计,意大利公司施工,使用德国海伦克奈特公司盾构机开挖衬砌,隧洞设计采用双层衬砌系统:外层为紧随TBM隧洞挖掘机构就位的30cm厚的预制混凝土分段衬块,中置2mm厚的PVC防渗膜;内层衬砌为现场浇筑的32cm厚素混凝土。隧洞两端进出口设有控制建筑物。
虹吸工程所穿过的地层主要是含水的粘性土层和非粘土层:灰色细粘土、咸粘土、偏黄灰砂土。测压水位约高出海水位1m,使虹吸管最低处处于河玄以下地面高程45m。
土层有侵蚀性,地下水含盐,地下水位接近地表,因衬砌材料的耐久性很重要,故选用现方案。现方案造价略高,但在三个方面得到了补偿:性能好,更耐久,维护费用少。
隧洞衬砌外圈由7个预制拼装弧段构成,再加1个楔形栓块。洞内径为5.74m。现场了解到,施工时400根30m深的桩的开挖,仅用了1台挖掘机。挖完第1条洞到挖完第2条洞,相隔4个半月。
1994年1月穿运河虹吸隧洞正式开工,1997年完成。隧洞工程造价为2亿埃镑。
(2)戈麦蒂渡槽[11]。印度萨尔达-萨哈亚克调水工程的戈麦蒂渡槽是目前世界上已建成的最大渡槽之一,位于总干渠163km处,是总干渠跨越戈麦蒂河的大型交叉工程。总干渠设计流量357m3/s,戈麦蒂河设计洪水流量4530m3/s,渡槽总长473.6m,其中:进口渐变段为37m,槽身段为381.6m,出口渐变段为55m。过水槽宽为12.8m,高为7.45m,由9.9m高的预应力混凝土纵梁、加劲肋和横梁、上连杆组成的框架系统支承。左右纵梁顶部均设有5m宽的公路桥连接戈麦蒂河两岸交通。渡槽下部结构空心槽墩和基础沉井,槽墩长18m,宽3m,高9m;沉井长27m,宽12m,深35m。戈麦蒂渡槽于1973年10月开工,1978年竣工,总工期5年。主要工程量为:土石方35000m3,沉井土方开挖180000m3,混凝土和普通钢筋混凝土140000m3,预应力混凝土8000m3,钢筋7500t,钢模板和钢支架3500t。
戈麦蒂渡槽的工程设计、施工特征主要有以下几点:①两端增加盲跨,减少了岸墩沉井深度;②输水槽与承重框架各自独立,解决槽身抗裂问题;③承重结构采用预应力箱型框架,承载能力强;④采用两段钢槽连接段,选用合理的支座及分缝止水结构,适应地震、温度、伸缩、沉降变形;⑤渐变段采用沉井基础,减少与主槽段之间的不均匀沉降;⑥梁系结构采用工字形断面,受力条件好。
戈麦蒂渡槽20多年来经常在高水位下运行,未出任何事故。通过检测未发现工程有明显的位移和沉降,也未发现渡槽常见的漏水现象。这些充分说明戈麦蒂渡槽的设计、施工和管理水平都是很高的。
就以上两项工程的规模来说,无论是穿越苏伊士运河的隧洞工程还是戈麦蒂渡槽都远远小于我国的穿黄工程,但这两项工程对于我国南水北调穿黄工程是有借鉴意义的。此外,穿越大河流的长距离渡槽或隧道的方案选择与施工技术、通过复杂地质条件和地震多发地区的工程安全技术保障、调水渠道通过暴雨洪水突发和频发的山区河流的防洪安全、寒冷地区调水渠道的防凌防冻,以及穿越人口稠密、人文环境和经济状况十分复杂的地区等问题在国外调水工程中也常常遇到,且都得到了恰当的解决。这些调水工程建设各具特色,其成功的经验值得借鉴和学习。
在各国调水工程的规划、设计、建设和运行管理中,各国和地区根据各自的自然地理、工程地质、社会经济等实际情况和条件,有许多创新技术和经验。在调水渠道线路、工程施工、水工建筑物设计、环境与生态保护工程、节水、污染治理等,其中有不少经验和技术可以借鉴。
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