臨時(shí)工作井變更為永久工作井在供水工程中的應(yīng)用

林詩(shī)然

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程是為優(yōu)化配置珠江三角洲地區(qū)東、西部水資源，從珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)西部的西江水系向東引水至珠江三角洲東部，主要供水目標(biāo)是廣州市南沙區(qū)、深圳市和東莞市的缺水地區(qū)。

試驗(yàn)段項(xiàng)目是珠江三角洲水資源配置工程的一部分，位于深圳分干線末端。深圳分干線起點(diǎn)為羅田水庫(kù)南側(cè)新建的羅田加壓泵站，終點(diǎn)為公明水庫(kù)，長(zhǎng)11.9km，設(shè)計(jì)輸水流量30m3/s，前段7km采用鉆爆法施工，后段4.9km采用盾構(gòu)法施工。試驗(yàn)段項(xiàng)目長(zhǎng)1.67km，由盾構(gòu)隧洞、公明水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘和2座盾構(gòu)施工工作井組成。其中一座臨時(shí)盾構(gòu)工作井(SY01#)，因增設(shè)檢修蝶閥需要變更為永久工作井[1-2]。

本次變更，將原本的臨時(shí)井改為永久井，導(dǎo)致需要拆除井內(nèi)底板及對(duì)撐，重新加上底板、邊墻和對(duì)撐；為滿足蝶閥的起吊安裝要求及進(jìn)庫(kù)閘配電房的布置，需要增加上部結(jié)構(gòu)、安裝間和副廠房；因配電房需要在井內(nèi)設(shè)置電纜夾層；為滿足井內(nèi)檢修設(shè)置了樓梯和集水井；為滿足防洪要求設(shè)置了防洪閘門(mén)和水下墻；考慮到SY01#出發(fā)井位置偏遠(yuǎn)，市政水頭不夠，為滿足給排水及消防要求設(shè)置了水泵房；為滿足上部結(jié)構(gòu)美觀及通風(fēng)采光的要求進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。

2 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井原設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井布置于公明水庫(kù)壩后，平面外尺寸(長(zhǎng)×寬)32m×15.4m，內(nèi)尺寸(長(zhǎng)×寬)20.0m×13.0m，頂部高程35.5m，井底高程18.0m，井深17.5m。SY01#出發(fā)井為盾構(gòu)雙向始發(fā)工作井，盾構(gòu)機(jī)首先由該井向公明水庫(kù)庫(kù)內(nèi)掘進(jìn)，到達(dá)接收井2#后吊出，然后重回該井始發(fā)，向SY01#出發(fā)井掘進(jìn)。出發(fā)井為地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，連續(xù)墻厚度1.0m，井內(nèi)轉(zhuǎn)角處混凝土支撐尺寸1.0m×1.2m，層間間距4.0～4.5m，洞口處設(shè)置素混凝土墻加固，墻厚1.2m。

3 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井變更后的設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井調(diào)整為永久結(jié)構(gòu)，拆除原底板和混凝土支撐，在井內(nèi)重新布置底板和邊墻，增加上部結(jié)構(gòu)和橋機(jī)。在井內(nèi)原有管道上增設(shè)檢修蝶閥。底板和邊墻平面外尺寸(長(zhǎng)×寬)30.0m×13.4m，內(nèi)尺寸(長(zhǎng)×寬)27.6m×11.0m，底板頂部高程19.3m，底板底高程17.3～18.3m，底板厚度1～2m，在檢修閥區(qū)間的底板厚度2m。邊墻頂高程35.5m。檢修閥區(qū)間以外鋼管采用外包混凝土，外包混凝土頂高程為27.3m。在井的頂部高程35.5m處設(shè)置安裝間和副廠房，安裝間和副廠房之間留出吊裝區(qū)間。在副廠房以下32.5m處設(shè)置電纜夾層。在安裝間以下32.5m處設(shè)置混凝土支撐。沿吊裝區(qū)間邊墻設(shè)置樓梯，從井的頂部通往底部。在檢修閥區(qū)間設(shè)置集水井，集水井深度1m，平面尺寸(長(zhǎng)×寬)2.0m×2.0m。操作層四周設(shè)置水下墻和防洪鋼門(mén)，水下墻和防洪鋼門(mén)頂高程為39.5m。上部結(jié)構(gòu)位于操作層高程35.5m以上，包括牛腿柱、T型梁和輕型鋼屋面[3]。

4 基本資料

4.1 特征水位

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井廠區(qū)防澇水位(P=0.33%)為39m。

4.2 工程地質(zhì)

4.2.1 試驗(yàn)段線路工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

試驗(yàn)段位于深圳市光明新區(qū)，沿線為山間盆地，地形較平緩，沿線地表多為菜地，少量果林。原地形地貌已被人為改造，現(xiàn)狀仍見(jiàn)有人工堆填、開(kāi)挖施工，現(xiàn)狀地面高程多為15～21m，臨近公明水庫(kù)殘丘部分，高程為30～73m。

根據(jù)鉆孔揭露，覆蓋層厚度約2～8m，局部揭露達(dá)15.1m(ZKCF51)主要為第四系填土層及坡積層。填土層主要為礫質(zhì)黏土，夾有碎石塊，欠壓實(shí)狀；坡積層主要由紅黃色砂礫質(zhì)黏土組成，局部夾有少量塊石，可塑狀為主，黏性好，干強(qiáng)度較高。

下伏基巖為中元古代長(zhǎng)安組(Pt2c)片麻巖，沿線全風(fēng)化帶較厚，揭露厚度10～43m，強(qiáng)風(fēng)化呈薄層分布為主，較連續(xù)，厚度多在1～3m，局部7～10m，弱風(fēng)化帶未揭穿。沿線全風(fēng)化帶起伏較大，風(fēng)化深厚、不均，局部含有較多強(qiáng)及弱風(fēng)化巖，存在球狀風(fēng)化現(xiàn)象；強(qiáng)風(fēng)化帶分布不穩(wěn)定，完整性差，巖質(zhì)較軟-較硬；弱風(fēng)化帶上部巖石完整性較差，下部完整性較好，巖質(zhì)堅(jiān)硬，聲波測(cè)試縱波速度平均值4429m/s，范圍值為3968～4695m/s，完整性系數(shù)平均值是0.65，巖體完整程度為較完整，巖石磨蝕性指標(biāo)CAI值為3.42，磨蝕性等級(jí)為高，石英礦物含量約30%～35%，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為110～150MPa。

總之，試驗(yàn)段位于公明水庫(kù)下游山前盆地，地形較平坦，現(xiàn)為菜地，地下水富集，地下水位較高。盾構(gòu)隧洞穿過(guò)的圍巖軟硬變化較大，施工難度大，應(yīng)特別注意在全風(fēng)化帶存在的球狀風(fēng)化現(xiàn)象，施工時(shí)應(yīng)采取超前鉆探等措施，探明風(fēng)化夾層及球狀風(fēng)化情況。

4.2.2 各巖土層主要物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)巖土試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，類(lèi)比相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，提出各巖土層的物理力學(xué)參數(shù)建議，各巖土層主要物理力學(xué)參數(shù)建議值表，見(jiàn)表1；巖石物理力學(xué)參數(shù)建議值表，見(jiàn)表2；各巖土層開(kāi)挖邊坡參數(shù)建議值表，見(jiàn)表3。

表1 各巖土層主要物理力學(xué)參數(shù)建議值表

續(xù)表1 各巖土層主要物理力學(xué)參數(shù)建議值表

表2 巖石物理力學(xué)參數(shù)建議值表

表3 各巖土層開(kāi)挖邊坡參數(shù)建議值表

4.3 設(shè)計(jì)規(guī)模和建筑物級(jí)別

深圳分干線(羅田水庫(kù)-公明水庫(kù)段)設(shè)計(jì)輸水流量為30m3/s，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，公明水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘及附屬建筑物為2級(jí)建筑物。

4.4 工程合理使用年限

試驗(yàn)段主要建筑物合理使用年限為100a。

5 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井變更設(shè)計(jì)

5.1 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井抗浮穩(wěn)定、地基應(yīng)力計(jì)算

5.1.1 基本組合

1)完建工況：結(jié)構(gòu)自重。地下水取與工作井底板齊平。

2)設(shè)計(jì)運(yùn)用工況：結(jié)構(gòu)自重、管內(nèi)水重和浮力。底板排水孔封堵完畢，地下水位地下水位按低于地面0.8m考慮。

5.1.2 特殊組合

1)檢修工況：結(jié)構(gòu)自重和浮力。底板排水孔封堵完畢，地下水位地下水位按低于地面0.8m考慮。

2)校核水位運(yùn)用工況：結(jié)構(gòu)自重、管內(nèi)水重和浮力，底板排水孔封堵完畢，水位采用廠區(qū)防洪水位。試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井抗浮穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表，見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井抗浮穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

參照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，工作井抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值，不分級(jí)別和地基種類(lèi)，基本荷載組合下≥1.10，特殊荷載組合下≥1.05。

經(jīng)計(jì)算，各工況抗浮滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井建基面為全風(fēng)化土，承載力特征值180～250 kPa，因此，滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)需進(jìn)行地基處理。

5.2 試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井結(jié)構(gòu)計(jì)算

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井采用矩形敞口水池進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。水池長(zhǎng)度30m，寬度13.4m，高度16m。計(jì)算工況：池內(nèi)無(wú)水，池外填土。由于工作井頂部設(shè)置了混凝土樓板和支撐梁，故井壁頂部按照簡(jiǎn)支邊界考慮，不考慮其它高程的混凝土支撐梁。

5.3 底板結(jié)構(gòu)計(jì)算

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井底板面高程19.3m，底板厚1m。

1)計(jì)算斷面選?。旱装灏此倪吂潭?，計(jì)算跨度：長(zhǎng)28.8m，寬12.2m。按單向板計(jì)算。參考《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》矩形水池進(jìn)行計(jì)算。

2)荷載計(jì)算：運(yùn)行期井內(nèi)無(wú)水，底板荷載為：自重、回填混凝土重、水壓力，地下水平地面為16m。承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的荷載分項(xiàng)系數(shù)：自重及回填混凝土重取1.05，水壓力取1.1。底板荷載計(jì)算表，見(jiàn)表5。

表5 底板荷載計(jì)算表

3)內(nèi)力計(jì)算：

底板內(nèi)力結(jié)果表，見(jiàn)表6。

表6 底板內(nèi)力結(jié)果表

5.4 邊墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井邊墻厚1.2m，順?biāo)鞣较蜻厜﹂L(zhǎng)度30m，高度16m；垂直水流方向邊墻長(zhǎng)度13.4m，高度16m。

1)計(jì)算斷面選取：邊墻按三邊固定，定邊簡(jiǎn)支。順?biāo)鞣较蜻厜τ?jì)算跨度：長(zhǎng)度28.8m，高度15m。垂直水流方向邊墻計(jì)算跨度：長(zhǎng)度12.2m，高度15m。按雙向板計(jì)算。參考《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》矩形水池進(jìn)行計(jì)算。

2)荷載計(jì)算：運(yùn)行期井內(nèi)無(wú)水，邊墻荷載為：土壓力、水壓力，地下水平地面為16m。承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的荷載分項(xiàng)系數(shù)：土壓力為1.2，水壓力為1.1。墻側(cè)向土壓力荷載計(jì)算表，見(jiàn)表7。

表7 邊墻側(cè)向土壓力荷載計(jì)算表

3)內(nèi)力計(jì)算：底板內(nèi)力結(jié)果表，見(jiàn)表8。

表8 底板內(nèi)力結(jié)果表

6 變更影響分析及結(jié)論

試驗(yàn)段SY01#出發(fā)井調(diào)整為永久結(jié)構(gòu)，增加了停水檢修的功能。增設(shè)蝶閥為深圳分干線增加了一道保障。

調(diào)度方面：增設(shè)的蝶閥只有在進(jìn)庫(kù)閘無(wú)法下閘的特殊情況下，才進(jìn)行關(guān)閉。蝶閥本身的檢修，必須在停水期開(kāi)展，當(dāng)?shù)y發(fā)生漏水等故障時(shí)，需要深圳分干線進(jìn)行停水檢修。

變更方案對(duì)總工期無(wú)影響。變更方案對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境影響較小。