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输水隧洞应该拥有自己独特的技术

已有 1463 次阅读 2019-2-14 23:07 |个人分类:气候生态|系统分类:科研笔记| 隧洞, 输水, 技术, 秦岭输水隧洞, 特点

输水隧洞应该拥有自己独特的技术

2018年在工程上有几个振奋人心的消息,一个是港珠澳大桥建成通车,一个是川藏铁路的雅安到林芝段开始修建,一个是引汉济渭工程的秦岭隧洞已经开凿完成91.5公里,而且最为艰难的已经完成,只有6.8公里没有完成。一个是661公里长的滇中引水工程全面开工。这四个工程都是水利爱好者极为关注的工程,因为这几个工程都与水有密切的关系,这种浩大的工程的完工将预示着我国在水利水工技术上有了巨大进步(中国水利网:2018年度引汉济渭工程建设取得重大突破)。

水利爱好者关注港珠澳大桥,是因为港珠澳大桥在水下30多米修建,在大海上有很大的水压和渗漏问题;关注川藏铁路是因为该铁路穿越很深的河谷,同时穿越多个雪山封冻区域;关注秦岭引水隧洞是因为这条隧洞是中国第一条长度接近一百公里的超长引水隧洞,到底在修建超长深埋引水隧洞中会出现什么问题,应该如何解决这是水利工作者最为关心的。通过秦岭引水隧洞的修建,我们发现修建超长深埋引水隧洞会出现以下问题:1,高温环境,有些隧洞中温度会超过90度(川藏铁路中出现,一般在50多度);2,高湿度,这个比较常见,隧洞内水分大;3,强涌水,有些隧洞通过地下水丰富地区,甚至有地下河,涌水很可怕,2018年川藏铁路上一次涌水连设备和隧洞外的住房也冲走了;4,软岩变形,岩石容易变形,容易吸水膨胀,隧洞不容易成形,切护困难;5,强岩爆,深埋隧洞,隧洞内壁压力过大,出现频繁的岩石爆裂爆破现象,当然目前岩爆已经能够有效预防,岩爆一般在隧洞开凿完成24小时之内频繁;6,围岩差变化频繁,一会儿是软岩区一会儿是硬岩区,给盾构造成很大困难;7,频繁穿越断层和破粹带,这些地区容易出现塌方、泻溜、陷阱、渗漏,处理比较困难;8,高围岩强度,有的超过300兆帕,在引汉济渭工程的岭南TBM三号洞在掘进过程中,每天要更换1015把刀,最多时达20多把,一个星期刀具更换数量就达123把,月均掘进尺度170米,非常缓慢。9,高石英含量,有些地段虽然岩石硬度一般,但是石英含量很高,也非常艰难,浪费道具严重,掘进缓慢。10,有害气体多,长距离隧洞通风困难;12,放射性岩体,高温放射,这种情况人工无法施工,必须有防护设施。以上12个问题是在深埋超长隧洞施工中遇见的问题。我们知道了问题所在,也就有了对应的解决办法。因此,秦岭引水隧洞的修建具有划时代的意义,它的修建成功意味着将来我国会有多个大规模超长深埋隧洞工程实施,它是首创。

我国已经在隧道开凿中取得了巨大的成绩,隧洞开凿技术,隧道盾构机技术世界领先。其中已经完成20千米以上的铁路隧道9个,分别是关角隧道、兰渝西秦岭隧道、石太铁路太行山隧道、瓦日铁路吕梁山隧道、中天山隧道、太中银吕梁山隧道、乌鞘岭隧道,张唐铁路燕山隧道、向蒲铁路青云山隧道。在高海拔铁路隧道建设中发现了以下问题:夏季气温可达40℃、冬季气温可达零下20℃;昼夜温差可达35℃;隧道洞内热泉可达92℃,隧洞外温度却在零下十几度,这也给施工带来很大不便。高寒环境带来的主要天然隐患是季节性变化的冻土和积雪;冰害能以阻塞冻胀或融化冲击等作用破坏建筑物,通常结合昼夜温差、雨水、地震、强风等形成冰川泥石流、山洪或雪崩等自然灾害,给出渣和生活带来很大不便,也给洞外施工带来很大不便。另外,高山地区本来缺氧,但是隧洞中更加缺氧,给隧洞内供氧成为一个大问题。

输水隧洞和铁路隧洞相比较而言,有很大区别。首先铁路隧洞的埋深很少超过1000米,铁路总是选择隧洞和桥梁的合理比例规划隧洞高程,因此铁路隧洞一般埋深不大。其次,铁路隧洞由于需要人员进出,对供氧有严格要求,为了供氧,隧洞长度比较有限,不会出现超长隧洞。第三,铁路隧道允许坡度变化,在川藏铁路中就有八起八伏,累计爬升高度达1.4万米。雅安至林芝段路高程起伏在1000米以上高差段落达11个。但是输水隧洞由于受到送水目的地的高程限制,全程都必须高于出水口高程,而且一般必须逐渐降落高程,要求较为均匀的坡降。为了达到这个目的,哪怕拐好多弯路都是可以的。第四,铁路隧洞允许有一定弯度,但是不能出现急转弯,但是输水隧洞和渠道可以有急转弯,但不允许爬坡。第五,输水隧洞要求超长不漏水,要求深埋,所以往往会遇见岩爆和硬岩,缺氧,强涌水等更加极端的情况,克服这些条件需要更好的设备和技术,而这些技术和铁路技术完全不同。综上所述,尽管同样是隧洞,但是输水隧洞有自身的特点,这些特点和铁路隧洞有很大区别。因此从技术上水利隧洞可以借鉴铁路隧洞的技术,但是必须形成自己独有的技术,以便于应付超长、深埋、缺氧、硬岩、高温、涌水、岩爆、有毒气体等等极端环境,形成水利独有的技术集合。为将来修建更多的输水隧洞做技术储备。

这次秦岭引水隧洞98.3公里即将完工,经过了高温、高湿、软岩变形、强岩爆、强涌水、有害气体等地质灾害的考验,同时取得了非常多的经验,承建单位中铁十八局总结的科研成果“长大深埋软岩隧洞开敞式TBM快速施工综合技术研究”获得中国施工企业管理协会科技进步二等奖。同时参与编制水利部首部《岩石掘进机法水工隧洞工程技术规范》,为日后我国水利工程TBM施工的设计、规划、施工贡献陕西经验。这些成果成为以后开凿超长深埋输水隧洞提供了宝贵的经验,为深层岩石特点提供了第一手资料,开创了超长输水隧洞建设的先河。




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1 檀成龙

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