1.3 中线穿黄工程概述

1.3.1 工程概况

穿黄工程是南水北调中线引汉总干渠跨越黄河干流的一座特大型交叉建筑物，是中线总干渠上规模最大、技术最复杂、工期最长的标志性和关键性工程。穿黄工程位于河南省郑州市黄河京广铁路桥上游约30km处的孤柏嘴山湾河段。该河段南岸为邙山，地势较高，北岸地势较低平，为穿黄工程的咽喉。穿黄工程地处黄河典型游荡性河段，河段宽4.0～9.5km，河床覆盖层为粉砂、细砂、中砂及黏土，厚度达41～94m。工程段位于Ⅶ度地震区，地质条件复杂。穿黄工程位置示意图见图1.1。

图1.1 穿黄工程位置示意图

穿黄工程的主要任务是安全有效地将南水北调中线调水从黄河南岸输送到黄河北岸，工程设计流量为265m³/s，加大流量为320m³/s。穿黄工程为Ⅰ等工程，由南岸明渠、南岸退水建筑物、进口建筑物、穿黄隧洞段、出口建筑物、北岸明渠、北岸新蟒河渠道倒虹吸、老蟒河河道倒虹吸、北岸防护堤、南北岸跨渠建筑物等组成。此外，为了控制黄河河势，避免黄河河槽的摆动对两岸的冲刷，穿黄工程与黄河控导工程统筹考虑，在穿黄工程南岸布置了4km长的钢筋混凝土灌注桩透水坝结构——孤柏嘴控导工程。穿黄隧洞工程特性见表1.3。

1.3.2 工程布置

穿黄隧洞为南水北调中线穿越黄河河床覆盖层的大型压力输水隧洞，整体布置为北竖南斜“大型倒虹吸”形式，线路总长4250m，由两条并排的邙山隧洞、过河隧洞及南、北岸竖井组成。

穿黄隧洞由两条平行隧洞组成，平面上为双洞布置，中心线相距28m。连接两岸明渠的穿黄隧洞分为两段，由邙山隧洞和过河隧洞组成，全长4250m。其中邙山隧洞长800m，隧洞埋深58～102m，纵向坡比4.9%；过河隧洞长3450m，隧洞埋深23～35m，纵向坡比1‰～2‰。

隧洞内径7.0m，外径8.7m，隧洞采用双层衬砌结构，外层为装配式普通钢筋混凝土管片结构，厚0.40m；内层为现浇环锚预应力钢筋混凝土整体结构，厚0.45m，预应力锚索间距为45cm，每束由12根预应力钢绞线集束而成。隧洞穿越的地层主要为饱水中细砂层、粉质壤土层及半砂半土层，地质条件特殊，是目前国内在建的规模最大、距离最长、内衬最薄的盾构输水隧洞。

穿黄隧洞从北岸向南岸掘进，在隧洞出口和过河隧洞与邙山隧洞之间各设一座竖井。始发竖井位于黄河北岸的滩地，平面上为两个圆形的竖井结构，内径16.4m，内衬厚0.8m，外衬（地下连续墙）厚1.5m。北岸竖井施工完成后的初期为盾构始发和盾构掘进施工需要的交通井，内径16.4m，深50.5m，施工后期改造为过水通道。南岸竖井为盾构检修井，内径13.4m，深42.0m。竖井顶部高程要满足防洪需要，高程为106m，施工平台高程105.6m。竖井底部考虑盾构始发需要，高程为55.5m。竖井外衬，即地下连续墙结构，是竖井内衬施工时的外围支护，厚度1.5m，深度要满足稳定要求，向下插入至29.0m高程处。

南水北调中线穿黄河工程于2005年9月开始施工，其中下游线和上游线穿黄隧洞分别于2007年7月和2008年3月从北岸始发掘进，并分别于2010年9月27日和6月22日全线贯通。

穿黄隧洞除需承受外部水、土荷载外，还需承受大于0.5MPa的内水压力，而由盾构施工过程形成的衬砌为拼装式结构，目前尚无大型有压水工隧洞应用实例。所以需要在拼装式结构内再修建一层衬砌，用以承受内水压力，并满足过流对平整度的要求。因此提出了双层复合衬砌的隧洞结构型式，因结构创新、工艺复杂且首次在工程上应用，备受专家们关注。

穿黄隧洞为全圆断面，采用双层复合衬砌，外径8.7m，厚0.40m，为盾构施工过程形成的装配式普通钢筋混凝土管片结构，混凝土等级C50W12F200，管片结构为每环7块，径向等分，每环宽度1.6m，最重单块6.5t，采用错缝拼装；内径7.0m，厚0.45m，为现浇预应力钢筋混凝土整体结构，混凝土等级C40W12F200，分段长度为9.6m。两层衬砌之间设有弹性排水垫层。外部管片承担外部水、土压力，内衬预应力结构承担内水压力，两层衬砌结构分别单独受力，同时排除内外衬渗水。底部为便于运行期检修车辆通行，设3.1m宽平台。穿黄隧洞横剖面示意图见图1.2。

南水北调穿黄隧洞所采用的盾构装配式管片外衬与环锚预应力钢筋混凝土内衬相结合的新型双层复合衬砌结构型式，现阶段在国内尚属首次应用，缺乏成熟的施工技术参考，亟须开展相关的科学研究。作为现今国内唯一的穿越黄河的盾构隧洞预应力二次衬砌工程，根据南水北调穿黄工程的特点，研究洞内预应力混凝土衬砌快速施工技术方案，不仅能解决南水北调穿黄工程隧洞内衬施工的具体难题，也能为今后大型隧洞预应力混凝土内衬施工提供有益的参考。

图1.2 穿黄隧洞横剖面示意图（单位：mm）