第3章 深埋式超长穿黄隧洞混凝土快速施工组织设计

3.1 深埋式超长穿黄隧洞施工方案研究

3.1.1 穿黄建筑物型式确定

穿黄工程采用隧洞方式还是渡槽方式穿越黄河，是各界长期关注的焦点，前期工作历时之长、涉及面之广，在中国重大基建项目的决策过程中，对一个单体建筑物型式的论证，实属罕见。两种方案均能满足总干渠输水规模和运用要求，在技术上总体可行，投资上又相差不大，因此难以取舍。

隧洞方案不影响桃花峪水库规划，主洞位于河床下Q₂粉质壤土和Q₃砂层中，基本不存在由于高含沙水流冲刷可能引起的砂层位移影响隧洞安全问题，工程布置和结构设计基本合理，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，盾构技术成熟，能够满足施工质量和工期要求，具备维护、检修条件，对河道生态与环境影响较小。渡槽方案需与规划的桃花峪水库特征水位进行协调，工程布置和结构设计基本合理，建筑物结构简单，受力条件明确，混凝土灌注桩加固基础属常规基础处理措施，有成功经验，工程正常维护、检修较为方便。由于渡槽槽身较重，按设计要求需2800t级50m跨度的造槽机，这在国内尚无先例，从研制到投入生产需要经历一个过程，给施工增加了难度，渡槽重心偏高，对抗震不利。两个方案技术上难分伯仲，各有利弊。

2004年3月下旬，水利部水利水电规划设计总院（以下简称为“水规总院”）组织召开了南水北调中线一期穿黄工程可行性研究阶段方案比选专家评审会。经过综合比选，形成了穿黄工程设计方案及《南水北调中线一期穿黄工程可行性研究报告》。

2004年5月，水规总院对《南水北调中线一期穿黄工程可行性研究报告》进行了审查，继续维持以前的审查结论，同意隧洞方案作为穿黄工程推荐方案。

2004年6月，中国国际工程咨询公司对《南水北调中线一期穿黄工程可行性研究报告》进行了评估，认为隧洞方案相比渡槽方案具有如下优势：

（1）隧洞的设计对黄河行洪和河势影响小，为桃花峪水库的规划留有余地。

（2）隧洞结构的抗震性能明显优于渡槽结构。

（3）隧洞受大气、环境、冻害影响小，耐久性优于渡槽。

（4）隧洞方案对地面的影响小于渡槽方案。

（5）隧洞方案对防御战争和恐怖袭击有利。

评估意见认为，《南水北调中线一期穿黄工程可行性研究报告阶段方案比选报告》中推荐选择双线隧洞穿黄方案是合适的。

自此之后，穿黄工程的过河建筑物型式确定采用双线隧洞方案。隧洞方案对黄河冲淤变化、河势影响、生态与环境影响较小，且为该河段开发留有较大余地；施工及运行风险亦相对较小，因此推荐穿黄工程采用双隧洞型式。

3.1.2 隧洞施工方案研究

3.1.2.1 盾构隧洞与深埋隧洞方案比较

对于隧洞方案，曾研究过深埋于基岩中的深埋隧洞方案和在覆盖层中穿越的盾构隧洞方案。深埋隧洞方案深埋于河床下方第三系黏土岩、粉砂岩中，补充的钻孔资料表明，黏土岩、粉砂岩岩性软弱，特别是与上方覆盖层相接触的基岩顶面破碎，达不到预期的防渗条件，部分隧洞开挖过程仍要解决防水问题，难以用常规方法施工，工程总体投资较大。

盾构隧洞最小埋深23 m，位于河床最低冲刷线（冲刷深度为水面以下20m）和砂土震动液化界限（河床下方深度16m）以下，无冲刷和砂土震动液化问题；隧洞主要穿过中更新统Q₂粉质壤土，北段部分穿过全新统Q₁₄中、细砂层，采用盾构穿越，工程安全、工程质量均有保证；工程投资亦较小。

经对盾构隧洞方案与深埋隧洞方案比较后，从工程可靠、节省投资考虑，推荐采用盾构隧洞方案。

3.1.2.2 盾构隧洞布置方案优化

（1）总体布置。对盾构隧洞方案进一步的研究表明，过河隧洞进、出口采用一斜一竖的布置方案，既可保证隧洞有良好的运行与检修条件，同时工程投资亦较节省。根据地形、地质、工程规划、工程运用和检修条件，总体布置主要研究了3个方案。方案一：隧洞南岸斜井进、北岸竖井出，退水设施在南岸，退水经退水洞流入黄河。方案二：隧洞布置同方案一，退水设施在北岸，退水经新蟒河入黄河。方案三：隧洞南岸竖井进、北岸斜井出，退水设施在南岸，退水经退水洞流入黄河。

上述3个方案中，技术上均属可行，其中方案三因南岸有临河高边坡和护岸工程，北岸斜井段需施工防护，技术复杂，工程投资大，故放弃采用；方案二因退水闸设于北岸，若隧洞进口关闭，则南岸渠道将无法退水，运行条件不如方案一；方案一工程投资居中，布置合理，运行条件好，故推荐采用。

（2）单洞与双洞布置方案比较。在选定的总体布置方案中，对隧洞过河建筑物布置，研究了单洞方案和双洞方案。研究认为，无论双洞方案或单洞方案，均能满足总干渠的运用要求，均为技术可靠、施工可行的方案。在投资上单洞方案可节省约3.86亿元，但考虑到双洞方案隧洞规模相对较小，施工技术难度较低、施工风险较小，如期完建更有保证；投入运用后，运用灵活，自身输水保证率高。为确保中线工程按时通水，并考虑到穿黄工程是中线工程中的关键性工程，应有更高的运用灵活性，推荐采用双洞方案。