南水北调中线穿黄盾构隧洞工程地质研究

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摘要: 穿黄隧洞是南水北调中线总干渠上规模最大的特大型河渠交叉建筑物，全长4.25km。隧洞穿越的地层为第四系上更新统硬塑粘性土和全新统中密饱水砂层以及卵石层、泥砾石层等，地质条件复杂，施工难度和风险较大。阐述了穿黄隧洞工程地质条件，对盾构施工隧洞的埋深、盾构机选型、设计与制造需要考虑的障碍物和不良地层等问题进行了研究，对保证盾构隧洞顺利施工具有重要意义。

关 键 词: 穿黄隧洞;工程地质;盾构机;南水北调中线工程

在20世纪90年代初期南水北调中线工程可行性研究阶段，根据总干渠布置、渠道控制水位和黄河两岸地形、水文和地质等条件，在汜水河口至邙山头30km河段内选择了4条线路进行比较。由于邙山头和桃花峪线黄河南岸地势较高、冲沟发育，存在深挖方及高边坡稳定问题;北岸地势较低，需要较长距离的高填方工程，渠道布置困难，因此重点对牛口峪线和孤柏嘴线进行了比较。无论是在穿黄工程与黄河河势的相互影响方面，还是在工程量与投资方面，孤柏嘴线明显优于牛口峪线，因此在随后的工作中将穿黄工程锁定在孤柏嘴河段。

在隧洞和渡槽方案比较过程中，隧洞方案具有的抗震性能好、工程造价低、施工工期短、与黄河河势相互影响小等优点而备受专家亲睐。

穿黄隧洞是南水北调中线总干渠特大型河渠交叉建筑物，位于郑州市西约30km处，隧洞全长4250m，分为过黄河段和邙山段，长度分别为3450m和800m。隧洞采用双线设计，平行布置，轴线间距28m，隧洞内径7.0m，隧洞外衬厚0.40m，采用装配式普通钢筋混凝土管片结构;内衬厚0.45m，采用现浇预应力钢筋混凝土整体结构，内、外衬之间设弹性防水垫层。过黄河段洞顶埋深23～31m，纵向坡比1‰～2‰;邙山段洞顶埋深58～102m，纵向坡比4.9%。

穿黄隧洞由北岸竖井出发由北向南掘进。为缩短工期，南岸黄河边设施工竖井。

1 穿黄隧洞工程地质条件与隧洞埋深

1.1 穿黄隧洞工程地质条件

穿黄工程河段工程地质条件复杂:南岸邙山由上更新黄土组成;河床及北岸滩地沉积有深厚的第四系砂层，由南往北逐渐增厚，黄土和砂土之下为中更新统粉质壤土。为研究砂土层的工程性质，布置了3个群孔进行钻孔标准贯入试验、旁压试验、静力触探试验，并取原状砂土样进行室内试验，分析各种试验成果后提出了盾构隧洞所需的各砂层物理力学参数。

穿黄隧洞穿越的地层主要为Q2 粉质壤土、古土壤、Q14 砂层和砂砾石层。根据隧洞围土组成的不同可划分为以下3种地质结构类型，见图1。

单一粘土结构。隧洞围土为Q2 粉质壤土层，分布在桩号4+858～6+033和7+109～7+919，总长1985m。

上砂下土结构。隧洞围土上部为Q14 砂层，下部为Q2 粉质壤土层，分布在桩号6+033～7+109和7+919～8+233，总长1390m。

单一砂土结构。隧洞围土主要为Q14 中砂层，局部为粗砂层，砂层中零星分布砂砾石透镜体。该类结构分布在桩号8+233以北，长875m。

1.2 穿黄隧洞水文地质条件

穿黄河段，黄河河床、漫滩普遍分布Q4 砂层，厚度10～58m，南薄北厚。砂层中含孔隙潜水，北岸漫滩地下水位92.6～101.7m，近河边高，远河边低。地下水由大气降水与黄河水补给。

含水层颗粒组成随深度逐渐变粗，上部以粉细砂为主，下部为中粗砂，根据钻孔抽水试验，粉细砂具中等渗透性，中粗砂具强渗透性。

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