济平干渠渠首引水闸优化设计

济平干渠渠首引水闸优化设计

作者：李贵清田间季安张兴珏

来源：《南水北调与水利科技》2008年第01期

摘要：济平干渠渠首引水闸是沟通南水北调东线之南北输水干线和胶东输水干线的控制性工程。施工现场条件复杂，原方案采用闸后3孔整体式箱涵，明挖深基坑、基岩爆破。该方案存在影响现有工程安全和不满足黄河防洪要求等缺点。优化设计方案采用闸后两孔独立衬砌隧洞。方案优化后不但解决了原方案的不利影响，而且经济效益显著，节省预算投资350 余万元，占总投资的26.7%。

关键词：渠首引水闸；优化设计；暗挖；效益

中图分类号：TV66

文献标识码：B

文章编号：1672-1683(2008)01-0244-02

Optimized Design on the Head Sluice of the Jiping Main Channel Project

LI Gui-qing，TIAN Jian，JI An，ZHANG Xing-jue

(Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy，Ji′nan 250013，China)

Abstract： he head sluice is a control project for connecting the Eastern Route of the South to North Water Transfer with themain route of Jiaodong water transfer project. The original project is difficult to be accomplished owing to complicated construction condition by adopting three box culverts. The improved project adopts two tunnels， which not only can solve the disadvantageous influence of the original one， but also save ￥3，500，000(26.7% of total investment).

Key words：head sluice； improved project； underground excavation； benefit

1 工程概况

1.1 原设计方案

济平干渠工程是南水北调东线一期工程向济南和胶东输水干渠的首段工程，输水渠全长90.055 km，渠首引水闸为1级建筑物，按远期供水规模建设，设计流量为90m3/s，加大流量为100m3/s。渠首引水闸闸址选定方案位于东平湖陈山口出湖闸东侧，原济平干渠渠首引湖涵闸处。该闸址为灰岩地基，地质条件良好。闸址处场地狭窄，且有220国道横贯其上，水闸需同时满足东平湖与黄河的防洪要求，两侧防洪水位均大于输水水位。该闸采用涵洞式水闸。原施工图设计方案按三孔布置，单孔净宽5.0m。闸室段布置在临湖侧，闸室段长12m，涵洞洞身段长45.0m，涵闸全长57.0m，洞底比降 1/225，采用钢筋混凝土矩形箱涵。闸室与涵洞段施工方案为：明挖基坑，现浇混凝土。工程实施需深基坑开挖、对基岩实施爆破施工。

1.2 工程实施方案调整缘由

(1)岩基爆破施工，可能对邻近的陈山口出湖闸带来不利影响；控制爆破将影响工程施工进度，进而可能影响黄河防洪工程的效益发挥。(2)由于施工场地狭窄，基坑土方开挖、回填难以按规范、规程实施，可能对黄河堤防造成不利影响。(3)工程施工将对防洪工程管理带来不利影响。(4)工程实施将对黄河水文测报系统、通信管理系统带来不利影响。(5)受场地限制，施工期临时道路的铺设难以达到国道的要求，将会对220国道的交通造成影响。

为解决原设计方案可能存在的上述隐患，需要从工程布置、设计方案、施工方案等方面进行优化设计和调整，对渠首闸涵洞段隧洞暗挖实施方案设计进行了进一步研究。

2 工程地质条件

2.1 地质概况

闸址位于东平湖出湖闸管理局与陈山口出湖闸之间，地貌类型属剥蚀—溶蚀残丘，地形东南高西北低，地面高程40.20～48.51m。勘察深度内揭示的地层有人工堆积的壤土、碎石土及碎石，第四系地层为全新统冲积堆积的黏土，上更新统冲洪积堆积的黏土，基岩为寒武系九龙群石灰岩。

该工程位于鲁西隆起区的西北端，断裂构造不甚发育，规模较大的构造为长清断裂，为一隐伏于第四系覆盖层之下的平推式正断层。综合分析，场区没有活动性断裂，处于相对稳定区。2.2 工程地质条件及评价

2.2.1 既有隧洞工程地质条件评价已建出湖闸入口段闸室为3孔浆砌石结构，闸后为一孔隧洞，洞宽约7.0m，高约

3.0m。洞底高程为35.79m，洞高2.70m，洞顶石灰岩厚度为6.5m，上覆壤土厚3.20m。洞室以上的岩体

4.50m以上岩芯较破碎；4.5～9.7m岩芯较完整，岩石质量指标RQD=85%，岩体完整性系数0.60～0.70，完整性较好。6.3～6.6m处溶蚀较严重，漏水

量大，4.7～7.5m岩石吕荣值为199.9 Lu，属强透水，6.7～9.3m岩石吕荣值为4.94 Lu，属弱透水。围岩分类为Ⅳ类。该段隧洞围岩整体性好，岩石较完整，其单轴饱和抗压强度Rb：76.3 MPa，为硬质岩石，岩体较完整。围岩分类为Ⅱ类。围岩整体稳定。

出口段洞底高程为35.79m，洞高2.80m，洞顶石灰岩厚度为6.6m，上覆壤土3.00m。洞室以上的岩体6.50m以上岩芯破碎；6.5～9.7m岩芯较破碎，岩石质量指标RQD=20%，岩体完整性系数0.36～0.61，较破碎，裂隙发育；3.5～8.5m岩石吕荣值为228.6～354.4 Lu，属强透水。围岩分类为Ⅲ类。出口段岩体节理裂隙发育，裂隙连通性好，岩石的单轴饱和抗压强度Rb：76.3 MPa，为坚硬岩石，岩体较破碎。围岩分类为Ⅲ类。

2.2.2 拟建隧洞工程地质条件评价入口段闸室上部覆盖层厚度

3.8～5.0m，为人工堆积的碎石土、壤土及黏土，洞顶以上石灰岩厚度为0.3～

4.1m，洞室及洞室以上岩体岩芯破碎，岩体完整性系数0.25～0.42，裂隙发育，岩体破碎，高程41.63～41.83m，36.23～37.43m岩溶发育；岩石吕荣值为0.28～66.9 Lu，属微透水—中等透水。

入口段岩石的单轴饱和抗压强度Rb为76.3 MPa，为坚硬岩石，岩体完整程度评价为破碎。围岩分类为Ⅳ类，围岩不稳定，规模较大的各种变形和破坏都可能发生。洞身段洞室上部覆盖层厚度1.0～3.3m，为人工堆积的碎石土；洞顶以上石灰岩厚度为4.9～6.3m，洞室以上的岩体4.50m以上岩芯较破碎；4.5m岩芯完整，岩石质量指标RQD：80～96%，岩体完整性系数0.60～0.80，岩石吕荣值为0.14～149.5 Lu，属微—强透水。该段围岩整体性好，其单轴饱和抗压强度Rb为76.3 MPa，硬质岩石，岩体较完整。围岩分类为Ⅱ类。围岩整体稳定。

3 方案优化设计

3.1 优化设计目标

渠首引水闸需满足输水规模及安全运行要求；满足渠首闸工程防洪评价要求，消除岩基爆破、施工场地狭窄等对黄河防洪工程的不利影响；施工期尽可能减小对220国道的交通影响；降低工程造价，节省投资。

3.2 方案优化设计

根据所查明的原引湖闸涵洞的实际情况及洞顶岩石的工程地质条件，对渠首引水闸原设计方案进行优化调整，优化后的设计方案进出口段仍采用明挖基坑，国道下的动身段采用暗挖隧洞，调整后的工程总体布置为：