時間：2023-05-30 09:05:06
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇穿黃工程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
南水北調中線工程屬特大型跨流域調水工程，從長江支流漢江上的丹江口水庫引水，跨江、淮、黃、海四大流域，主要向唐白河流域、淮河中上游和海河流域的湖北、河南、河北、北京及天津供水。主體工程由水源區工程和輸水工程兩大部分組成，輸水工程包括總干渠、天津干渠工程以及穿黃河工程。
穿黃工程是南水北調中線總干渠與黃河的交叉建筑物，是總干渠上規模最大、技術最復雜并控制工期的關鍵性工程，一期設計輸水流量265m3/s、加大設計流量320m3/s.為確保穿黃工程萬無一失，水利部指派黃河水利委員會勘測規劃設計研究院和長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院兩 大全國最權威的水利部門分別獨立設計渡槽、隧洞兩個方案。
隧洞方案與渡槽方案相比，可免受溫度、冰凍、大風、意外災害等不利因素影響，耐久性好，檢修維護相對簡單；采用渡槽方案則增加了世界治水史上最為宏偉的人文景觀，而且還可以成為具有較高開發價值的旅游資源。從技術上看，無論是渡槽還是隧洞方案都是可行的，并且工程造價相當。經過水利部及國家計委組織的專家多次審查，考慮到隧洞方案可避免與黃河河勢、黃河規劃的矛盾，且盾構法施工技術國內外都有成功經驗，因此最終選擇了隧洞方案。
2、工程概況
穿黃工程位于河南省鄭州市上游約30km處，線路總長19.30km，南起滎陽市李村村西，北至河南焦作市溫縣陳溝村西。主體工程由南北岸渠道、南岸退水洞、進口建筑物、穿黃隧洞、出口建筑物、北岸防護堤、北岸新老蟒河交叉工程以及孤柏嘴控導工程等組成。
穿黃隧洞總長4250m，包括過河隧洞段和邙山隧洞段，雙洞布置，隧洞軸線間距為28m，兩洞各采用一臺盾構自北向南推進。穿黃隧洞最大埋深35m，最小埋深23m；最高水壓為0.45MPa；最小曲線半徑為800m；過河隧洞段坡度為1‰和2‰，邙山隧洞段坡度為49.107‰；穿黃隧洞為圓斷面，內徑？7.0m，外徑8.7m，隧洞外層為7等分裝配式普通鋼筋混凝土管片結構，管片內徑為7.9m，外徑為8.7m，管片寬度1.6m；內層為現澆預應力鋼筋混凝土整體結構，厚45cm，標準分段長度為9.6m，隧洞內襯在與北岸和南岸施工豎井銜接的洞段以及地層變化洞段將局部加密；內外層襯砌由彈性防、排水墊層相隔。
3、工程地質
過河隧洞樁號5＋658.57～9+108.57，全長3450m.北岸始發豎井中心高程67m，樁號9＋108.57；南岸到達豎井中心高程72.45m，樁號5＋658.57.過河隧洞穿越的主要地層為Q2粉質壤土、Q41砂層和砂礫（泥礫）石層。根據隧洞圍土的組成可劃分為三種類型：
1）單一粘土結構隧洞圍土為Q2粉質壤土層，分布在樁號5+658～6+033和7+109～7+919，總長1185m.
2）上砂下土結構隧洞圍土上部為Q41砂層，下部為Q2粉質壤土層，分布在樁號6+033～7+109和7+919～8+233，總長1390m.
3）單一砂土結構隧洞圍土主要為Q41中砂層，局部為粗砂層，砂層中零星分布砂礫石透鏡體，該類結構分布在樁號8+233以北，長875m.
過河隧洞開挖范圍內，礫卵石粒徑2～10cm；Q2粉質壤土中夾有鈣質結核層；Q41砂層中石英顆粒含量較高，達40％～70％，且分布有泥礫層和砂礫石透鏡體，局部有淤泥質粉質壤土透鏡體；在樁號8+670～8+940之間，隧洞底板分布有Q3粉質粘土，應考慮其變形特性。根據目前地質勘察資料，不排除在隧洞掘進過程中偶遇粒徑大于15cm的塊石、枯樹及上第三系粘土巖、砂巖、粉砂巖和砂質粘土巖的可能性。上第三系的粘土巖、砂巖、粉砂巖和砂質粘土巖成巖作用差。粘土巖強度較Q2粘土略高，抗壓強度為0.53 MPa；砂巖一般為泥質膠結，強度低，抗壓強度為0.62MPa.局部分布有薄層鈣質膠結的砂巖，呈堅硬狀，強度較高，抗壓強度為16.5MPa.
邙山隧洞段樁號5+658.57～4＋893.57，長800m.樁號4＋893.57～5＋090隧洞段為黃土狀壤土；樁號5＋090～5＋359.08段為粉質壤土，中間夾3層古土壤層；樁號5＋359.08～5＋658.57段為粉質壤土，中間夾4層古土壤層，其下多富積鈣質結核或鈣質結核層。粉質壤土滲透系數k＝1×10－5cm/s，黃土滲透系數為1×10－5～1×10－4cm/s.黃土狀粉質壤土滲透系數k＝3.7×10－5～1.0×10－4cm/s.過河隧洞段穿越的飽和含水砂層，其滲透系數k＝10-3～10-2cm/s.
4、盾構類型的選擇
4.1盾構類型與地層的關系
盾構選型應從安全性、可靠性、經濟性等方面綜合考慮，所選擇的機型要能盡量減少輔助施工法并確保施工安全可靠。不同類型的盾構適應的地質范圍不同，盾構選型的主要依據是土質條件、巖性，要確保所選擇的盾構能適應地質條件，保持開挖面穩定。
土壓平衡盾構是依靠推進油缸的推力給土倉內的開挖土碴加壓，使土壓作用于開挖面使其穩定，主要適用于粉土、粉質粘土、淤泥質粉土和粉砂層等粘稠土壤的施工。在粘性土層中掘進時，由刀盤切削下來的土體進入土倉后由螺旋機輸出，在螺旋機內形成壓力梯降，保持土倉壓力穩定，使開挖面土層處于穩定。盾構向前推進的同時螺旋機排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面的地層始終保持穩定。當含砂量超過某一限度時泥土的塑流性明顯變差，土倉內的土體因固結作用而被壓密，導致碴土難以排送，需向土倉內注水或泡沫、泥漿等，以改善土體的塑流性。
泥水盾構利用循環懸浮液的體積對泥漿壓力進行調節和控制，采用膨潤土懸浮液（俗稱泥漿）作為支護材料。開挖面的穩定是將泥漿送入泥水平衡倉內，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過泥水處理設備進行分離，分離后的泥水進行質量調整，再輸送到開挖面。泥水盾構適用的地質范圍較大，能適應穿黃工程的所有地質。
從地質條件來看，本工程可使用加泥式土壓平衡盾構和泥水平衡盾構。但使用加泥式土壓平衡盾構在砂層和砂礫（泥礫）石層施工時需要向開挖倉中注添加劑，以改善碴土的性能，使其成為具有良好塑流性、低的摩擦系數及止水性的碴土，且對于砂礫（泥礫）石層，開挖破碎后可能會有大顆粒碴土，需要考慮螺旋輸送機通過粒徑的能力。泥水盾構能適應粉質壤土、砂層和砂礫（泥礫）石層等各種地質，對于砂礫（泥礫）石層可在泥水平衡倉內設置破碎機。
4.2盾構類型與水壓及滲透性的關系
地層滲透系數是盾構選型的重要因素。根據歐美和日本的施工經驗，當地層的滲透系數小于10-7m/s時可以選用土壓平衡盾構；當地層的滲透系數在10-7m/s和10-4m/s之間時既可選用土壓平衡盾構也可選用泥水盾構；當地層的滲透系數大于10-4m/s時，如采用土壓平衡盾構開挖倉中添加劑將被稀釋，水、砂、砂礫相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋機出碴門處易發生噴涌，施工困難。本工程過河隧洞段穿越的飽和含水砂層，其滲透系數k＝10-3～10-2cm/s，遠遠超過土壓平衡盾構允許的最大范圍，因此宜采用泥水盾構。
當水壓大于0.3MPa時螺旋輸送機也難以形成有效的土塞效應，在輸送機排土閘門處易發生水土噴涌現象，引起土倉中土壓力下降，導致開挖面坍塌。本工程水壓高達0.45MPa，采用泥水盾構最適應南水北調中線一期穿黃工程的地質情況和水文情況，可以確保穿黃隧洞工程施工安全可靠。
5、盾構驅動方式的選擇
由于受始發豎井結構尺寸的限制，盾構設計時要求結構緊湊、效率高、起動扭矩大、設備的散熱溫度低，所以對盾構驅動方式的選擇非常關鍵。驅動方式有三種，一是變頻電機驅動，二是液壓驅動，三是定速電機驅動，鑒于定速電機驅動時刀盤轉速不能調節，一般不采用。現將變頻驅動與液壓驅動進行比較，見表1.經綜合評價宜采用變頻驅動。
6、泥水壓力控制模式的選擇
泥水盾構根據泥水平衡倉構造形式和對泥漿壓力的控制方式不同分為直接控制型和間接控制型。
直接控制型泥水盾構采用泥水直接加壓模式，其泥水輸送系統的流程如下：送泥泵從地面調漿池將新鮮泥漿輸入盾構泥水倉，與開挖泥土進行混合形成稠泥漿，然后由排泥泵輸送到地面泥水分離處理站，經分離后排除土碴，而稀泥漿流向調漿池，再對泥漿密度和濃度進行調整后，重新輸入盾構循環使用。直接控制型泥水盾構的泥水壓力通過調節送泥泵轉速或調節控制閥的開度來進行，送泥泵安在地面，控制距離長而產生延遲效應不便于控制泥漿壓力，因此常用調節控制閥的開度來進行泥漿壓力調節。
間接控制型泥水盾構的泥水壓力控制采用氣壓模式，由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構的泥水倉內插裝一道半隔板（沉浸墻），在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在隔板后面與泥漿的接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調節空氣壓力就可以確定和保持在開挖面上相應的泥漿支護壓力，由于空氣緩沖層的彈性作用，當液位波動時對支護泥漿壓力變化無明顯影響，泥水壓力的波動小，控制精度高，對開挖面土層支護更為穩定，對地表變形控制也更為有利，因此選擇間接控制型泥水盾構最佳。
7、本工程對泥水盾構的設計要求
7.1對砂土地層及砂卵石地層的適應性
過河隧洞段穿越的主要地層為Q2粉質壤土、Q41砂層和砂礫（泥礫）石層。其中上砂下土結構的地層總長1390m，隧洞上部為Q41砂層；單一砂土結構的地層總長為875m，隧洞主要為Q41中砂層，局部為粗砂層，砂層中零星分布砂礫石透鏡體。
這種地層石英含量高，對刀盤、刀具、管路的磨損性強，砂土地層滲透性大，需要的泥水平衡壓力更大，而需要的扭矩通常較小，在這種地層中施工通常要損失更多的泥漿。施工中應特別注意泥漿循環的速度不能低于防止泥漿沉淀所需的最小速度，因此盾構在砂土地段的施工時應重點考慮以下功能：①具備平衡掌子面水土壓力的能力；②刀盤、刀具、泥漿管路的高耐磨性；④合理的刀盤及刀具設計，恰當的刀盤開口率，合理的開口位置；⑤盾構本體在壓力狀態下的防水密封性能；⑥防止流砂；⑦人倉設計；⑧管片壁后同步注漿系統；⑨能夠對較大的卵石進行破碎，有效防止堵管情況的發生。
7.2適應卵石、孤石、古樹等不良地質
砂卵石地層中土體屬松散體，若采用適用于硬巖的滾刀進行破巖，則在滾刀的掘進擠壓下土體會產生較大的變形，滾刀將不轉動，大大降低了滾刀的切削效果，有時甚至喪失切削破碎能力。穿越砂卵石地層宜采用碳化鎢球齒滾刀（圖2）或碳化鎢撕裂刀（圖3），但碳化鎢球齒滾刀不能對古樹等進行有效破碎，為了適應卵石、孤石、古樹等不良地質，采用碳化鎢撕裂刀較適應穿黃工程的不良復雜地質。
在泥水平衡倉的底部的排泥管前面安裝一個顎板式碎石機，用來破碎漂石和鈣質結核，使其破碎后能通過排漿管排出。破碎機配有欄石隔柵，用來限制進入排泥管路石塊的尺寸。
7.3對軟硬不均地層的適應性
過河隧洞段穿越的地層主要有全土層、全砂土層、復合層、鈣質結核土層和砂礫石層（或泥礫層），邙山隧洞段穿越的地層主要有全土層和鈣質結核土層。刀盤上布置雙層碳化鎢先行刀（撕裂刀）、雙層碳化鎢切刀和碳化鎢刮刀。碳化鎢刀具的高強度和高耐磨性完全適應穿黃工程的地質條件。對于地層較大的卵石，在泥水室中安裝液壓油缸驅動的破碎機（圖4）進行破碎。刀盤上焊接的耐磨條及耐磨焊層也是刀盤在復合地層中掘進時的重要保證措施。
盾構在軟硬不均地段掘進時，由于刀盤的受力不均而易發生姿態較難控制的現象，為此盾構的推進油缸在圓周方向進行分組，每組可以單獨調整推進力和推進行程而改變盾構的掘進方向。盾構采用先進的激光導向系統，盾構的姿態可以隨時反映在操作室內，從而可以對盾構的姿態隨時進行靈活的調整，同時配合調整刀盤的推力和扭矩參數保證盾構在軟硬不均地段保持正確的姿態。
7.4對粘土地層的適應性
總體而言，粘土地層的滲透性更小、自穩性更好，因此需要的泥水平衡的壓力比在砂層中更小。但粘性地層掘進時刀盤需要更大的扭矩，盾構需配備較大的刀盤驅動功率；同時要防止刀盤中心粘結泥餅和防止排泥管路堵塞。
刀盤中心部位線速度較低，粘土、粉土、膨潤土等粘稠土體在中心部位的流動性較差，粘性土容易在中心部位沉積，同時在泥水倉的后部也容易粘結泥餅。設計盾構時采用如下措施：
①采用膨潤土泥漿沖洗系統，在刀盤的中心設計膨潤土注入口，用于對刀盤中心部位進行沖洗和清理；
②加大中心部位開口率，使粘性土沒有粘結的位置，直接從刀盤開口順利進入到泥水室；
③刀盤開口部位采用特殊結構設計，開口設計成楔形梯形結構，使開口逐漸變大，利于碴土的流動。
在粘土地層別容易發生排泥管堵塞，為防止堵管、對泥漿系統需進行針對性設計，安裝電磁控制球閥和相應管路，可以實現在進排漿管中進行反循環，反循環的目的是清理堵塞的排泥管。此外，在氣倉的底部安裝電磁球閥，在開挖模式下盾構司機可以在切削倉的上面實現反向循環，以便清理在破碎機和倉室底部的沉積物，在粘土地層中掘進時這種沉積物更是經常發生。反循環和底部注入可以在需要的基礎上周期性使用，同時需采用重型的排泥泵，設計較大的排泥通道，能夠泵送的最大粒徑不小于180mm.泥漿泵的關鍵部件進行耐磨設計，以便適應泵送的磨損性介質。
7.5對高水壓的適應性
過河隧洞穿越地層主要為富含地下水的砂土層，地下水壓力高達0.45MPa，在高水壓下施工，施工安全和工程防水是第一重點，隧洞防水是盾構法施工的關鍵。盾構在高水壓地段推進，重點是保證主軸承密封、盾尾密封在高承壓狀態下的正常工作。
1）主軸承密封主軸承內外密封應具有自動功能、自動密封功能、自動檢測密封的工作狀況功能和密封磨損后的繼續使用功能，可采用唇形密封（圖5）或指形密封（圖6）。
2）盾尾密封盾尾密封（圖7）是集彈簧鋼、鋼絲刷及不銹鋼金屬網于一體的結構，在彈簧鋼和鋼絲刷上涂氟樹脂進行防銹處理。盾尾密封可采用4道鋼絲刷密封或3道鋼絲刷密封加1道鋼板束，在各盾尾密封之間注入油脂來提高止水性能。在盾尾設計1道膨脹應急密封，當鋼絲刷密封正常時該密封彎曲在盾尾的溝槽里不起密封作用。當鋼絲刷密封失效時通過注水或充氣使該密封膨脹，將管片外側與盾尾內側之間的間隙完全密封以防止涌水從盾尾漏入隧洞內，并可在隧洞內安全更換前2～3道鋼絲刷密封。
7.6對深豎井及長距離泥水輸送的適應性
過河隧洞掘進時從北岸始發，北岸豎井深達50.5m，且隧洞線路長，長距離水平輸送和高揚程的垂直輸送要求送排泥泵具有大功率和大揚程。送排泥泵均采用變頻驅動。送泥泵采用1臺大功率、大揚程、大流量的重型泥漿泵；排泥泵采用3臺大功率、大揚程、大流量的重型泥漿泵。具體是在盾構后配套拖車上安裝1臺主排泥泵，在豎井底部安裝1臺接力泵，當盾構掘進到過河隧洞的中間時在隧道內安裝1臺中繼排泥泵。
邙山隧洞段施工時分離站從北岸搬至南岸，南岸豎井深達39.95m，受豎井周圍場地（約2000m2）的限制，泥水分離站宜建在山上。盾構施工時仍使用1臺送泥泵、3臺排泥臺，主排泥泵安裝在盾構上，中繼泵安裝在南岸豎井底部，接力泵安裝在豎井平臺上。
7.7地表沉降控制要求
盾構需穿越不同埋深的地層，在不同位置水壓力也不同，盾構應具有良好的泥水壓力調整功能，滿足地表沉降控制在規定范圍，保證能夠順利安全穿越黃河。為了減小泥水壓力的波動宜采用氣壓式間接控制型泥水盾構。
7.8精確的方向控制要求
要求盾構具有良好的方向控制能力，導向系統具有很高的精度，以保證線路方向誤差控制在規定的范圍內。盾構方向的控制包括兩個方面：一是盾構本身能夠進行糾偏、轉向，二是采用先進的導向技術保證盾構掘進方向的正確。
7.9環境保護的要求
環境保護包括三個方面：一是盾構施工時對周圍自然環境的保護，使用的輔助材料如油脂、泥漿添加劑等不對環境造成污染；二是盾構及后配套設備無大的噪聲、震動等；三是盾構法施工的現場環境管理，隧洞內的施工污水通過低壓排污泵抽到污水箱，再通過污水箱中的高壓泵泵送到泥漿回路。
7.10長距離掘進不換刀技術
本工程在過河隧洞掘進時一次掘進距離長達3450m，為了安全可靠必須避免刀盤磨損和中途換刀。對刀盤和刀具必須進行耐磨性設計，刀盤的面板焊接格柵狀的特殊耐磨材料，刀盤的外圈焊接高強度的耐磨板，在刀盤的開口部位進行表面硬化，充分保證刀盤在掘進時的耐磨性能。長距離掘進中途不換刀一般采用圖8的兩種方案。方案一：設計救援刀具，在初裝刀具磨損到極限后將內藏的救援刀具伸出；方案二：
采用高耐磨切刀，切刀的刀刃采用雙層碳化鎢結構。由于內藏式救援刀結構較復雜、成本較高，穿黃隧洞宜采用雙層高耐磨碳化鎢切刀。
為確保刀具的高耐磨性所有刀具均采用碳化鎢刀具，先行刀和切刀均采用雙層碳化鎢刀刃，并設計有耐磨齒。在不同區域的切刀上安裝刀具磨損量檢測裝置，及時掌握刀具的磨損情況，保證刀具正常工作，除此之外還應采取以下措施。
1）刀具的排列行數在刀盤面板的同一軌跡上，通過增加刀具的排列行數來增加刀具數量，以減少每把刀具的磨損。
2）采用超硬重型刀具連同安裝刀具用的刀座一起大型化，加大刀具的寬度，以達到增大刀刃的耐磨性
3）刀具背面進行耐磨防護在超硬刀具背面進行充分的硬化堆焊，設計雙排碳鎢合金柱齒，防止刀具的基材磨損。
4）帶壓換刀作為應急措施配備雙氣路的雙室人倉，以便在壓縮空氣下帶壓進入開挖室和隧洞掌子面，確保萬一需要換刀時的施工安全和快速作業。
7.11盾構的可靠性和安全性
盾構施工時應保證人員及設備的安全。盾構的可靠性是工程施工的重要保障，盾構的關鍵部件必須在施工過程中萬無一失，做到百分之百的可靠。盾構的可靠性表現在以下方面：對地質的適應性，整體設計的可靠性；設備本身性能、質量、使用壽命等的可靠性；在盾構設計的同時應該考慮到應用先進的技術來確保施工安全及人員和設備的安全。
為了保證刀具檢修更換及處理障礙物作業的特殊空間需要，刀盤可采用可伸縮型并具有足夠的伸縮行程，必要時在沉浸墻上設置隔板安全門，保證在常壓下進入氣壓調節倉進行維修破碎機和進行吸泥管的排堵，確保作業的快速和安全。
8、泥水處理設備的選擇
8.1泥水處理概述
泥水盾構是通過加壓泥水來穩定開挖面，開挖土碴與泥漿混合由排漿泵輸送到洞外的泥水分離站，經分離后進入泥漿調整池進行泥水性狀調整后，由送泥泵將泥漿送往盾構的泥水平衡倉重復使用，將泥水中的水和土分離的過程稱為泥水處理。
泥水處理分為三級。一級泥水處理的對象是粒徑74μm以上的砂和礫石，工藝比較簡單，用振動篩或有旋流器的離心機等設備對其進行篩分，分離出的土顆粒用車運走。二級泥水處理的對象主要是一級處理時不能分離的74μm以下的淤泥、粘土等的細小顆粒。三級處理是對需排放的剩余水作PH值調整，使泥水排放達到國家環保要求。
泥水處理系統設于地面，由泥水分離系統和泥漿制備系統兩部分組成。泥水分離系統主要由振動篩、旋流器、儲漿槽、調整槽、碴漿泵等組成；泥漿制備系統由沉淀池、調漿池、制漿設備等組成。
8.2泥水分離站選型
選擇泥水分離設備時必須考慮兩個方面：①有效地分離排泥漿中的泥土和水分；②具有與盾構最大推進速度相適應的分離能力。
8.3泥水處理工藝
地質不同，泥漿處理的工藝也不同。在一般情況下砂質土只需進行一級處理，粘性土需進行二級處理，對需排放的剩余水進行三級處理，作PH值調整。
1）一級除砂處理盾構在砂礫石層或細砂、中粗砂層掘進時只需進行一級除砂處理。其工藝流程如下：豎井內的排泥泵將攜帶土碴的污漿輸送到分離站的預篩器，經振動篩選后，粒徑在3mm以上的碴料分離出來，篩余的泥漿進入儲漿槽，由碴漿泵從儲漿槽內抽吸泥漿，在泵的出口具有一定儲能的泥漿沿輸漿軟管從旋流除砂器進漿口切向射入，經過旋流除砂器分選，粒級74um以上的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入細篩；細篩脫水篩選后，干燥的細碴料分離出來；經過第二道篩選的泥漿循環返回儲漿槽內，處理后的干凈泥漿從旋流器溢流管進入中儲箱，然后沿出漿軟管輸送到調漿池。
2）二級除砂處理盾構在粉土、粉砂層掘進時，一級除砂處理不足以將泥漿密度及含砂率降至合理范圍內時需進行二級除砂處理。其流程如下：盾構排出的泥漿經排泥管輸送至預振篩內，預振篩將泥漿中3mm以上的砂礫篩除，經旋流除砂分離及細篩脫水后清除74μm以上的砂質顆粒，經過第二道篩選的泥漿進入小直徑旋流除砂器，將泥漿中剩余的74μm以上砂質清除，并同時清除掉45μm以上的泥質顆粒。二次除砂后的泥漿由出漿口輸送至沉淀池。
3）一級除砂、二級除泥處理在粘土地層掘進時需進行二級除泥處理。其工藝流程與二級除砂處理相似，不同之處在于旋流除泥器組的應用。通過小直徑的長錐除泥器和超細目振動篩網的組合，二級除泥處理后泥漿中30μm以上的泥質顆粒及時清除，粘度得以控制，見圖9.
4）三級處理三級處理是將進入PH槽中的液體進行酸堿處理，以達到排放標準。采用的材料主要是稀硫酸或適量的二氧化碳氣體。
8.4泥水性能管理
從泥水分離站排出的泥漿經沉砂池沉淀后進入調漿池，在調漿池內由制漿系統的高速制漿機對泥漿進行調配，確保輸送到盾構的泥漿性能滿足使用要求。
在泥水循環利用的過程中，泥水性能的管理主要是對泥漿質量的控制，即對泥漿最大顆粒粒徑、粒徑分布、泥漿密度、泥水粘度的管理。穿黃隧洞施工時泥水粘度一般控制在25～35s范圍內。當泥水粘度過大時排泥管易堵塞。泥水密度是一個主要控制指標，過高將影響泥水的輸送，過低將破壞開挖面的穩定，一般在能滿足開挖面穩定的情況下泥水密度越小越好，這樣能節省泥水制作成本，減少膨潤土的消耗。掘進過程中對泥漿性狀進行管理時根據地質而定，送泥密度一般控制在1.15～1.2g/cm3之間。當泥水密度偏低時通過快速制漿機加入膨潤土進入調整；當密度偏高時加入清水進行稀釋。
9、盾構關鍵參數的計算
盾構關鍵參數的計算是盾構選型的參考依據，盾構工作過程的力學參數計算是一個非常復雜的問題，由于受地質因素、土質改良方法和掘進參數等一系列因素的影響，在盾構參數計算的方法上存在很多的不確定因素。至今應用的盾構參數計算方法在很大程度上只是處于研究、探索階段，甚至很大程度上是一些經驗性的計算方法，盾構關鍵參數的計算主要包括以下內容。
1）推力計算盾構推進過程中的阻力主要包括盾殼和土層的摩擦力、土壓的正面阻力、水壓的正面阻力、盾尾密封與管片之間的摩擦力、拖拉后配套的力。盾構施工時為滿足上坡、曲線施工和糾偏的需要，無法充分利用所有的推進油缸，推進系統裝備的推進力必須留有足夠的余量，總推力應大于總阻力的1.3～1.5倍。
2）刀盤扭矩的計算盾構在軟土中推進時的扭矩包括切削扭矩（克服泥土切削阻力所需的扭矩）、刀盤自重形成的軸承扭矩、刀盤軸向荷載形成的軸承扭矩、主軸承密封裝置摩擦力矩、刀盤前面摩擦扭矩、刀盤圓周面的摩擦反力矩、刀盤背面摩擦力矩和刀盤開口槽的剪切力矩等。
3）功率計算主要包括主驅動功率計算、推進系統功率計算。
4）同步注漿能力的計算首先計算同步注漿應具備的理論能力，再考慮1.5～1.8的注入率，同時還要考慮注漿泵的效率，一般按75%的效率計算。
5）泥水輸送系統參數的計算主要包括送排泥流量的計算、送排泥流速的計算、送排泥揚程的計算。
10、結束語
盾構選型主要依據招標文件、工程勘察報告、隧洞設計和相關標準和規范，針對工程特點及難點、隧洞設計參數、盾構施工工藝和進度要求等因素進行分析，對盾構類型、驅動方式、功能要求、主要技術參數和輔助設備的配置等進行研究，并邀請具有同類盾構制造經驗國際著名的盾構制造商和國內外盾構設計、隧洞設計及盾構施工方面的專家共同參與。經過反復論證和研究，參照類似工程盾構的選型及施工情況，完成適應穿黃隧洞施工盾構的選型工作，確定盾構方案、主要功能、主要技術性能參數及輔助設備的配置。盾構選型是盾構法施工的關鍵環節，直接影響盾構隧洞的安全、質量、工藝及成本，為了保證南水北調穿黃隧洞工程的順利完成，必須重視盾構的選型工作。穿黃隧洞施工用盾構應進行國際性招標，在建設管理單位指導下進行盾構的采購，邀請建設單位專家審核盾構國際招標文件。
1、前言
南水北調中線工程屬特大型跨流域調水工程，從長江支流漢江上的丹江口水庫引水，跨江、淮、黃、海四大流域，主要向唐白河流域、淮河中上游和海河流域的湖北、河南、河北、北京及天津供水。主體工程由水源區工程和輸水工程兩大部分組成，輸水工程包括總干渠、天津干渠工程以及穿黃河工程。
穿黃工程是南水北調中線總干渠與黃河的交叉建筑物，是總干渠上規模最大、技術最復雜并控制工期的關鍵性工程，一期設計輸水流量265m3/s、加大設計流量320m3/s.為確保穿黃工程萬無一失，水利部指派黃河水利委員會勘測規劃設計研究院和長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院兩 大全國最權威的水利部門分別獨立設計渡槽、隧洞兩個方案。
隧洞方案與渡槽方案相比，可免受溫度、冰凍、大風、意外災害等不利因素影響，耐久性好，檢修維護相對簡單；采用渡槽方案則增加了世界治水史上最為宏偉的人文景觀，而且還可以成為具有較高開發價值的旅游資源。從技術上看，無論是渡槽還是隧洞方案都是可行的，并且工程造價相當。經過水利部及國家計委組織的專家多次審查，考慮到隧洞方案可避免與黃河河勢、黃河規劃的矛盾，且盾構法施工技術國內外都有成功經驗，因此最終選擇了隧洞方案。
2、工程概況
穿黃工程位于河南省鄭州市上游約30km處，線路總長19.30km，南起滎陽市李村村西，北至河南焦作市溫縣陳溝村西。主體工程由南北岸渠道、南岸退水洞、進口建筑物、穿黃隧洞、出口建筑物、北岸防護堤、北岸新老蟒河交叉工程以及孤柏嘴控導工程等組成。
穿黃隧洞總長4250m，包括過河隧洞段和邙山隧洞段，雙洞布置，隧洞軸線間距為28m，兩洞各采用一臺盾構自北向南推進。穿黃隧洞最大埋深35m，最小埋深23m；最高水壓為0.45MPa；最小曲線半徑為800m；過河隧洞段坡度為1‰和2‰，邙山隧洞段坡度為49.107‰；穿黃隧洞為圓斷面，內徑？7.0m，外徑8.7m，隧洞外層為7等分裝配式普通鋼筋混凝土管片結構，管片內徑為7.9m，外徑為8.7m，管片寬度1.6m；內層為現澆預應力鋼筋混凝土整體結構，厚45cm，標準分段長度為9.6m，隧洞內襯在與北岸和南岸施工豎井銜接的洞段以及地層變化洞段將局部加密；內外層襯砌由彈性防、排水墊層相隔。
3、工程地質
過河隧洞樁號5＋658.57～9+108.57，全長3450m.北岸始發豎井中心高程67m，樁號9＋108.57；南岸到達豎井中心高程72.45m，樁號5＋658.57.過河隧洞穿越的主要地層為Q2粉質壤土、Q41砂層和砂礫（泥礫）石層。根據隧洞圍土的組成可劃分為三種類型：
1）單一粘土結構隧洞圍土為Q2粉質壤土層，分布在樁號5+658～6+033和7+109～7+919，總長1185m.
2）上砂下土結構隧洞圍土上部為Q41砂層，下部為Q2粉質壤土層，分布在樁號6+033～7+109和7+919～8+233，總長1390m.
3）單一砂土結構隧洞圍土主要為Q41中砂層，局部為粗砂層，砂層中零星分布砂礫石透鏡體，該類結構分布在樁號8+233以北，長875m.
過河隧洞開挖范圍內，礫卵石粒徑2～10cm；Q2粉質壤土中夾有鈣質結核層；Q41砂層中石英顆粒含量較高，達40％～70％，且分布有泥礫層和砂礫石透鏡體，局部有淤泥質粉質壤土透鏡體；在樁號8+670～8+940之間，隧洞底板分布有Q3粉質粘土，應考慮其變形特性。根據目前地質勘察資料，不排除在隧洞掘進過程中偶遇粒徑大于15cm的塊石、枯樹及上第三系粘土巖、砂巖、粉砂巖和砂質粘土巖的可能性。上第三系的粘土巖、砂巖、粉砂巖和砂質粘土巖成巖作用差。粘土巖強度較Q2粘土略高，抗壓強度為0.53 MPa；砂巖一般為泥質膠結，強度低，抗壓強度為0.62MPa.局部分布有薄層鈣質膠結的砂巖，呈堅硬狀，強度較高，抗壓強度為16.5MPa.
邙山隧洞段樁號5+658.57～4＋893.57，長800m.樁號4＋893.57～5＋090隧洞段為黃土狀壤土；樁號5＋090～5＋359.08段為粉質壤土，中間夾3層古土壤層；樁號5＋359.08～5＋658.57段為粉質壤土，中間夾4層古土壤層，其下多富積鈣質結核或鈣質結核層。粉質壤土滲透系數k＝1×10－5cm/s，黃土滲透系數為1×10－5～1×10－4cm/s.黃土狀粉質壤土滲透系數k＝3.7×10－5～1.0×10－4cm/s.過河隧洞段穿越的飽和含水砂層，其滲透系數k＝10-3～10-2cm/s.
4、盾構類型的選擇
4.1盾構類型與地層的關系
盾構選型應從安全性、可靠性、經濟性等方面綜合考慮，所選擇的機型要能盡量減少輔助施工法并確保施工安全可靠。不同類型的盾構適應的地質范圍不同，盾構選型的主要依據是土質條件、巖性，要確保所選擇的盾構能適應地質條件，保持開挖面穩定。
土壓平衡盾構是依靠推進油缸的推力給土倉內的開挖土碴加壓，使土壓作用于開挖面使其穩定，主要適用于粉土、粉質粘土、淤泥質粉土和粉砂層等粘稠土壤的施工。在粘性土層中掘進時，由刀盤切削下來的土體進入土倉后由螺旋機輸出，在螺旋機內形成壓力梯降，保持土倉壓力穩定，使開挖面土層處于穩定。盾構向前推進的同時螺旋機排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面的地層始終保持穩定。當含砂量超過某一限度時泥土的塑流性明顯變差，土倉內的土體因固結作用而被壓密，導致碴土難以排送，需向土倉內注水或泡沫、泥漿等，以改善土體的塑流性。
泥水盾構利用循環懸浮液的體積對泥漿壓力進行調節和控制，采用膨潤土懸浮液（俗稱泥漿）作為支護材料。開挖面的穩定是將泥漿送入泥水平衡倉內，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過泥水處理設備進行分離，分離后的泥水進行質量調整，再輸送到開挖面。泥水盾構適用的地質范圍較大，能適應穿黃工程的所有地質。
從地質條件來看，本工程可使用加泥式土壓平衡盾構和泥水平衡盾構。但使用加泥式土壓平衡盾構在砂層和砂礫（泥礫）石層施工時需要向開挖倉中注添加劑，以改善碴土的性能，使其成為具有良好塑流性、低的摩擦系數及止水性的碴土，且對于砂礫（泥礫）石層，開挖破碎后可能會有大顆粒碴土，需要考慮螺旋輸送機通過粒徑的能力。泥水盾構能適應粉質壤土、砂層和砂礫（泥礫）石層等各種地質，對于砂礫（泥礫）石層可在泥水平衡倉內設置破碎機。
4.2盾構類型與水壓及滲透性的關系
地層滲透系數是盾構選型的重要因素。根據歐美和日本的施工經驗，當地層的滲透系數小于10-7m/s時可以選用土壓平衡盾構；當地層的滲透系數在10-7m/s和10-4m/s之間時既可選用土壓平衡盾構也可選用泥水盾構；當地層的滲透系數大于10-4m/s時，如采用土壓平衡盾構開挖倉中添加劑將被稀釋，水、砂、砂礫相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋機出碴門處易發生噴涌，施工困難。本工程過河隧洞段穿越的飽和含水砂層，其滲透系數k＝10-3～10-2cm/s，遠遠超過土壓平衡盾構允許的最大范圍，因此宜采用泥水盾構。
當水壓大于0.3MPa時螺旋輸送機也難以形成有效的土塞效應，在輸送機排土閘門處易發生水土噴涌現象，引起土倉中土壓力下降，導致開挖面坍塌。本工程水壓高達0.45MPa，采用泥水盾構最適應南水北調中線一期穿黃工程的地質情況和水文情況，可以確保穿黃隧洞工程施工安全可靠。
5、盾構驅動方式的選擇
由于受始發豎井結構尺寸的限制，盾構設計時要求結構緊湊、效率高、起動扭矩大、設備的散熱溫度低，所以對盾構驅動方式的選擇非常關鍵。驅動方式有三種，一是變頻電機驅動，二是液壓驅動，三是定速電機驅動，鑒于定速電機驅動時刀盤轉速不能調節，一般不采用。現將變頻驅動與液壓驅動進行比較，見表1.經綜合評價宜采用變頻驅動。
6、泥水壓力控制模式的選擇
泥水盾構根據泥水平衡倉構造形式和對泥漿壓力的控制方式不同分為直接控制型和間接控制型。
直接控制型泥水盾構采用泥水直接加壓模式，其泥水輸送系統的流程如下：送泥泵從地面調漿池將新鮮泥漿輸入盾構泥水倉，與開挖泥土進行混合形成稠泥漿，然后由排泥泵輸送到地面泥水分離處理站，經分離后排除土碴，而稀泥漿流向調漿池，再對泥漿密度和濃度進行調整后，重新輸入盾構循環使用。直接控制型泥水盾構的泥水壓力通過調節送泥泵轉速或調節控制閥的開度來進行，送泥泵安在地面，控制距離長而產生延遲效應不便于控制泥漿壓力，因此常用調節控制閥的開度來進行泥漿壓力調節。
間接控制型泥水盾構的泥水壓力控制采用氣壓模式，由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構的泥水倉內插裝一道半隔板（沉浸墻），在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在隔板后面與泥漿的接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調節空氣壓力就可以確定和保持在開挖面上相應的泥漿支護壓力，由于空氣緩沖層的彈性作用，當液位波動時對支護泥漿壓力變化無明顯影響，泥水壓力的波動小，控制精度高，對開挖面土層支護更為穩定，對地表變形控制也更為有利，因此選擇間接控制型泥水盾構最佳。
7、本工程對泥水盾構的設計要求
7.1對砂土地層及砂卵石地層的適應性
過河隧洞段穿越的主要地層為Q2粉質壤土、Q41砂層和砂礫（泥礫）石層。其中上砂下土結構的地層總長1390m，隧洞上部為Q41砂層；單一砂土結構的地層總長為875m，隧洞主要為Q41中砂層，局部為粗砂層，砂層中零星分布砂礫石透鏡體。
這種地層石英含量高，對刀盤、刀具、管路的磨損性強，砂土地層滲透性大，需要的泥水平衡壓力更大，而需要的扭矩通常較小，在這種地層中施工通常要損失更多的泥漿。施工中應特別注意泥漿循環的速度不能低于防止泥漿沉淀所需的最小速度，因此盾構在砂土地段的施工時應重點考慮以下功能：①具備平衡掌子面水土壓力的能力；②刀盤、刀具、泥漿管路的高耐磨性；④合理的刀盤及刀具設計，恰當的刀盤開口率，合理的開口位置；⑤盾構本體在壓力狀態下的防水密封性能；⑥防止流砂；⑦人倉設計；⑧管片壁后同步注漿系統；⑨能夠對較大的卵石進行破碎，有效防止堵管情況的發生。
7.2適應卵石、孤石、古樹等不良地質
砂卵石地層中土體屬松散體，若采用適用于硬巖的滾刀進行破巖，則在滾刀的掘進擠壓下土體會產生較大的變形，滾刀將不轉動，大大降低了滾刀的切削效果，有時甚至喪失切削破碎能力。穿越砂卵石地層宜采用碳化鎢球齒滾刀（圖2）或碳化鎢撕裂刀（圖3），但碳化鎢球齒滾刀不能對古樹等進行有效破碎，為了適應卵石、孤石、古樹等不良地質，采用碳化鎢撕裂刀較適應穿黃工程的不良復雜地質。
在泥水平衡倉的底部的排泥管前面安裝一個顎板式碎石機，用來破碎漂石和鈣質結核，使其破碎后能通過排漿管排出。破碎機配有欄石隔柵，用來限制進入排泥管路石塊的尺寸。
7.3對軟硬不均地層的適應性
過河隧洞段穿越的地層主要有全土層、全砂土層、復合層、鈣質結核土層和砂礫石層（或泥礫層），邙山隧洞段穿越的地層主要有全土層和鈣質結核土層。刀盤上布置雙層碳化鎢先行刀（撕裂刀）、雙層碳化鎢切刀和碳化鎢刮刀。碳化鎢刀具的高強度和高耐磨性完全適應穿黃工程的地質條件。對于地層較大的卵石，在泥水室中安裝液壓油缸驅動的破碎機（圖4）進行破碎。刀盤上焊接的耐磨條及耐磨焊層也是刀盤在復合地層中掘進時的重要保證措施。
盾構在軟硬不均地段掘進時，由于刀盤的受力不均而易發生姿態較難控制的現象，為此盾構的推進油缸在圓周方向進行分組，每組可以單獨調整推進力和推進行程而改變盾構的掘進方向。盾構采用先進的激光導向系統，盾構的姿態可以隨時反映在操作室內，從而可以對盾構的姿態隨時進行靈活的調整，同時配合調整刀盤的推力和扭矩參數保證盾構在軟硬不均地段保持正確的姿態。
7.4對粘土地層的適應性
總體而言，粘土地層的滲透性更小、自穩性更好，因此需要的泥水平衡的壓力比在砂層中更小。但粘性地層掘進時刀盤需要更大的扭矩，盾構需配備較大的刀盤驅動功率；同時要防止刀盤中心粘結泥餅和防止排泥管路堵塞。
刀盤中心部位線速度較低，粘土、粉土、膨潤土等粘稠土體在中心部位的流動性較差，粘性土容易在中心部位沉積，同時在泥水倉的后部也容易粘結泥餅。設計盾構時采用如下措施：
①采用膨潤土泥漿沖洗系統，在刀盤的中心設計膨潤土注入口，用于對刀盤中心部位進行沖洗和清理；
②加大中心部位開口率，使粘性土沒有粘結的位置，直接從刀盤開口順利進入到泥水室；
③刀盤開口部位采用特殊結構設計，開口設計成楔形梯形結構，使開口逐漸變大，利于碴土的流動。
在粘土地層別容易發生排泥管堵塞，為防止堵管、對泥漿系統需進行針對性設計，安裝電磁控制球閥和相應管路，可以實現在進排漿管中進行反循環，反循環的目的是清理堵塞的排泥管。此外，在氣倉的底部安裝電磁球閥，在開挖模式下盾構司機可以在切削倉的上面實現反向循環，以便清理在破碎機和倉室底部的沉積物，在粘土地層中掘進時這種沉積物更是經常發生。反循環和底部注入可以在需要的基礎上周期性使用，同時需采用重型的排泥泵，設計較大的排泥通道，能夠泵送的最大粒徑不小于180mm.泥漿泵的關鍵部件進行耐磨設計，以便適應泵送的磨損性介質。
7.5對高水壓的適應性
過河隧洞穿越地層主要為富含地下水的砂土層，地下水壓力高達0.45MPa，在高水壓下施工，施工安全和工程防水是第一重點，隧洞防水是盾構法施工的關鍵。盾構在高水壓地段推進，重點是保證主軸承密封、盾尾密封在高承壓狀態下的正常工作。
1）主軸承密封主軸承內外密封應具有自動功能、自動密封功能、自動檢測密封的工作狀況功能和密封磨損后的繼續使用功能，可采用唇形密封（圖5）或指形密封（圖6）。
2）盾尾密封盾尾密封（圖7）是集彈簧鋼、鋼絲刷及不銹鋼金屬網于一體的結構，在彈簧鋼和鋼絲刷上涂氟樹脂進行防銹處理。盾尾密封可采用4道鋼絲刷密封或3道鋼絲刷密封加1道鋼板束，在各盾尾密封之間注入油脂來提高止水性能。在盾尾設計1道膨脹應急密封，當鋼絲刷密封正常時該密封彎曲在盾尾的溝槽里不起密封作用。當鋼絲刷密封失效時通過注水或充氣使該密封膨脹，將管片外側與盾尾內側之間的間隙完全密封以防止涌水從盾尾漏入隧洞內，并可在隧洞內安全更換前2～3道鋼絲刷密封。
7.6對深豎井及長距離泥水輸送的適應性
過河隧洞掘進時從北岸始發，北岸豎井深達50.5m，且隧洞線路長，長距離水平輸送和高揚程的垂直輸送要求送排泥泵具有大功率和大揚程。送排泥泵均采用變頻驅動。送泥泵采用1臺大功率、大揚程、大流量的重型泥漿泵；排泥泵采用3臺大功率、大揚程、大流量的重型泥漿泵。具體是在盾構后配套拖車上安裝1臺主排泥泵，在豎井底部安裝1臺接力泵，當盾構掘進到過河隧洞的中間時在隧道內安裝1臺中繼排泥泵。
邙山隧洞段施工時分離站從北岸搬至南岸，南岸豎井深達39.95m，受豎井周圍場地（約2000m2）的限制，泥水分離站宜建在山上。盾構施工時仍使用1臺送泥泵、3臺排泥臺，主排泥泵安裝在盾構上，中繼泵安裝在南岸豎井底部，接力泵安裝在豎井平臺上。
7.7地表沉降控制要求
盾構需穿越不同埋深的地層，在不同位置水壓力也不同，盾構應具有良好的泥水壓力調整功能，滿足地表沉降控制在規定范圍，保證能夠順利安全穿越黃河。為了減小泥水壓力的波動宜采用氣壓式間接控制型泥水盾構。
7.8精確的方向控制要求
要求盾構具有良好的方向控制能力，導向系統具有很高的精度，以保證線路方向誤差控制在規定的范圍內。盾構方向的控制包括兩個方面：一是盾構本身能夠進行糾偏、轉向，二是采用先進的導向技術保證盾構掘進方向的正確。
7.9環境保護的要求
環境保護包括三個方面：一是盾構施工時對周圍自然環境的保護，使用的輔助材料如油脂、泥漿添加劑等不對環境造成污染；二是盾構及后配套設備無大的噪聲、震動等；三是盾構法施工的現場環境管理，隧洞內的施工污水通過低壓排污泵抽到污水箱，再通過污水箱中的高壓泵泵送到泥漿回路。
7.10長距離掘進不換刀技術
本工程在過河隧洞掘進時一次掘進距離長達3450m，為了安全可靠必須避免刀盤磨損和中途換刀。對刀盤和刀具必須進行耐磨性設計，刀盤的面板焊接格柵狀的特殊耐磨材料，刀盤的外圈焊接高強度的耐磨板，在刀盤的開口部位進行表面硬化，充分保證刀盤在掘進時的耐磨性能。長距離掘進中途不換刀一般采用圖8的兩種方案。方案一：設計救援刀具，在初裝刀具磨損到極限后將內藏的救援刀具伸出；方案二：
采用高耐磨切刀，切刀的刀刃采用雙層碳化鎢結構。由于內藏式救援刀結構較復雜、成本較高，穿黃隧洞宜采用雙層高耐磨碳化鎢切刀。
為確保刀具的高耐磨性所有刀具均采用碳化鎢刀具，先行刀和切刀均采用雙層碳化鎢刀刃，并設計有耐磨齒。在不同區域的切刀上安裝刀具磨損量檢測裝置，及時掌握刀具的磨損情況，保證刀具正常工作，除此之外還應采取以下措施。
1）刀具的排列行數在刀盤面板的同一軌跡上，通過增加刀具的排列行數來增加刀具數量，以減少每把刀具的磨損。
2）采用超硬重型刀具連同安裝刀具用的刀座一起大型化，加大刀具的寬度，以達到增大刀刃的耐磨性
3）刀具背面進行耐磨防護在超硬刀具背面進行充分的硬化堆焊，設計雙排碳鎢合金柱齒，防止刀具的基材磨損。
4）帶壓換刀作為應急措施配備雙氣路的雙室人倉，以便在壓縮空氣下帶壓進入開挖室和隧洞掌子面，確保萬一需要換刀時的施工安全和快速作業。
7.11盾構的可靠性和安全性
盾構施工時應保證人員及設備的安全。盾構的可靠性是工程施工的重要保障，盾構的關鍵部件必須在施工過程中萬無一失，做到百分之百的可靠。盾構的可靠性表現在以下方面：對地質的適應性，整體設計的可靠性；設備本身性能、質量、使用壽命等的可靠性；在盾構設計的同時應該考慮到應用先進的技術來確保施工安全及人員和設備的安全。
為了保證刀具檢修更換及處理障礙物作業的特殊空間需要，刀盤可采用可伸縮型并具有足夠的伸縮行程，必要時在沉浸墻上設置隔板安全門，保證在常壓下進入氣壓調節倉進行維修破碎機和進行吸泥管的排堵，確保作業的快速和安全。
8、泥水處理設備的選擇
8.1泥水處理概述
泥水盾構是通過加壓泥水來穩定開挖面，開挖土碴與泥漿混合由排漿泵輸送到洞外的泥水分離站，經分離后進入泥漿調整池進行泥水性狀調整后，由送泥泵將泥漿送往盾構的泥水平衡倉重復使用，將泥水中的水和土分離的過程稱為泥水處理。
泥水處理分為三級。一級泥水處理的對象是粒徑74μm以上的砂和礫石，工藝比較簡單，用振動篩或有旋流器的離心機等設備對其進行篩分，分離出的土顆粒用車運走。二級泥水處理的對象主要是一級處理時不能分離的74μm以下的淤泥、粘土等的細小顆粒。三級處理是對需排放的剩余水作PH值調整，使泥水排放達到國家環保要求。
泥水處理系統設于地面，由泥水分離系統和泥漿制備系統兩部分組成。泥水分離系統主要由振動篩、旋流器、儲漿槽、調整槽、碴漿泵等組成；泥漿制備系統由沉淀池、調漿池、制漿設備等組成。
8.2泥水分離站選型
選擇泥水分離設備時必須考慮兩個方面：①有效地分離排泥漿中的泥土和水分；②具有與盾構最大推進速度相適應的分離能力。
8.3泥水處理工藝
地質不同，泥漿處理的工藝也不同。在一般情況下砂質土只需進行一級處理，粘性土需進行二級處理，對需排放的剩余水進行三級處理，作PH值調整。
1）一級除砂處理盾構在砂礫石層或細砂、中粗砂層掘進時只需進行一級除砂處理。其工藝流程如下：豎井內的排泥泵將攜帶土碴的污漿輸送到分離站的預篩器，經振動篩選后，粒徑在3mm以上的碴料分離出來，篩余的泥漿進入儲漿槽，由碴漿泵從儲漿槽內抽吸泥漿，在泵的出口具有一定儲能的泥漿沿輸漿軟管從旋流除砂器進漿口切向射入，經過旋流除砂器分選，粒級74um以上的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入細篩；細篩脫水篩選后，干燥的細碴料分離出來；經過第二道篩選的泥漿循環返回儲漿槽內，處理后的干凈泥漿從旋流器溢流管進入中儲箱，然后沿出漿軟管輸送到調漿池。
2）二級除砂處理盾構在粉土、粉砂層掘進時，一級除砂處理不足以將泥漿密度及含砂率降至合理范圍內時需進行二級除砂處理。其流程如下：盾構排出的泥漿經排泥管輸送至預振篩內，預振篩將泥漿中3mm以上的砂礫篩除，經旋流除砂分離及細篩脫水后清除74μm以上的砂質顆粒，經過第二道篩選的泥漿進入小直徑旋流除砂器，將泥漿中剩余的74μm以上砂質清除，并同時清除掉45μm以上的泥質顆粒。二次除砂后的泥漿由出漿口輸送至沉淀池。
3）一級除砂、二級除泥處理在粘土地層掘進時需進行二級除泥處理。其工藝流程與二級除砂處理相似，不同之處在于旋流除泥器組的應用。通過小直徑的長錐除泥器和超細目振動篩網的組合，二級除泥處理后泥漿中30μm以上的泥質顆粒及時清除，粘度得以控制，見圖9.
4）三級處理三級處理是將進入PH槽中的液體進行酸堿處理，以達到排放標準。采用的材料主要是稀硫酸或適量的二氧化碳氣體。
8.4泥水性能管理
從泥水分離站排出的泥漿經沉砂池沉淀后進入調漿池，在調漿池內由制漿系統的高速制漿機對泥漿進行調配，確保輸送到盾構的泥漿性能滿足使用要求。
在泥水循環利用的過程中，泥水性能的管理主要是對泥漿質量的控制，即對泥漿最大顆粒粒徑、粒徑分布、泥漿密度、泥水粘度的管理。穿黃隧洞施工時泥水粘度一般控制在25～35s范圍內。當泥水粘度過大時排泥管易堵塞。泥水密度是一個主要控制指標，過高將影響泥水的輸送，過低將破壞開挖面的穩定，一般在能滿足開挖面穩定的情況下泥水密度越小越好，這樣能節省泥水制作成本，減少膨潤土的消耗。掘進過程中對泥漿性狀進行管理時根據地質而定，送泥密度一般控制在1.15～1.2g/cm3之間。當泥水密度偏低時通過快速制漿機加入膨潤土進入調整；當密度偏高時加入清水進行稀釋。
9、盾構關鍵參數的計算
盾構關鍵參數的計算是盾構選型的參考依據，盾構工作過程的力學參數計算是一個非常復雜的問題，由于受地質因素、土質改良方法和掘進參數等一系列因素的影響，在盾構參數計算的方法上存在很多的不確定因素。至今應用的盾構參數計算方法在很大程度上只是處于研究、探索階段，甚至很大程度上是一些經驗性的計算方法，盾構關鍵參數的計算主要包括以下內容。
1）推力計算盾構推進過程中的阻力主要包括盾殼和土層的摩擦力、土壓的正面阻力、水壓的正面阻力、盾尾密封與管片之間的摩擦力、拖拉后配套的力。盾構施工時為滿足上坡、曲線施工和糾偏的需要，無法充分利用所有的推進油缸，推進系統裝備的推進力必須留有足夠的余量，總推力應大于總阻力的1.3～1.5倍。
2）刀盤扭矩的計算盾構在軟土中推進時的扭矩包括切削扭矩（克服泥土切削阻力所需的扭矩）、刀盤自重形成的軸承扭矩、刀盤軸向荷載形成的軸承扭矩、主軸承密封裝置摩擦力矩、刀盤前面摩擦扭矩、刀盤圓周面的摩擦反力矩、刀盤背面摩擦力矩和刀盤開口槽的剪切力矩等。
3）功率計算主要包括主驅動功率計算、推進系統功率計算。
4）同步注漿能力的計算首先計算同步注漿應具備的理論能力，再考慮1.5～1.8的注入率，同時還要考慮注漿泵的效率，一般按75%的效率計算。
5）泥水輸送系統參數的計算主要包括送排泥流量的計算、送排泥流速的計算、送排泥揚程的計算。
10、結束語
穿黃工程用的兩臺盾構機，是德國制造的，全國只有兩臺，每臺一億元人民幣。盾構機從黃河北岸的豎井下去，在河床底下三四十米深處，每天往南掘進十幾米。它就像一臺電動剃須刀，巨大的刀片在前面掘進，刮下泥沙，通過豎井輸送出來。“隨著盾構機身上的‘黃河號’三個字逐漸沒入隧洞，人群里發出一陣陣‘進去了，進去了’的慶賀聲……”一家水利媒體記者興奮地寫道。
7月9日，河南省省長李成玉也到南水北調中線工程安陽段和溫縣穿黃工程施工現場，察看工程進度。據該項工程建設的權威人士透露，全部開工準備其實早就做好了，業主等著中央電視臺來現場直播。但央視6月份一直忙于10周年慶典，拖來拖去，就拖到了7月8日。
權威人士透露，穿黃掘進的風險很大，如果盾構機到底下不轉了怎么辦?刀片被孤石或古樹卡住了怎么辦?隧洞滲水坍塌了怎么辦?地下幾十米的壓力很大，一旦封不住，就是滅頂之災。
所以，為了保證現場直播萬無一失，7月8日開工前，施工單位已經把盾構機提前鉆進去，調試好了。
穿黃，咽喉工程
南水北調的中線總干渠看起來挺長，1400多公里，但絕大部分修的都是明渠，直白說就叫“挖河”。時代大修水利，農民們年年都挖河，沒什么稀奇的，真正工程量大、技術難度大的，一是丹江口水庫大壩加高，二是穿黃工程。
穿黃工程，顧名思義，是總干渠要穿越黃河。從地理位置上說，穿黃是咽喉，從技術難度上說也是咽喉。干渠要穿過寬闊的黃河河床，還要對黃河河勢影響最小，要保證100年不滲漏、不坍塌，不怕地震，不怕洪水凌汛等，一年四季水流平穩、通暢，如果黃河是一條規規矩矩、清清白白的河，這也不難做到。但黃河是一條萬年古河，河面上濁浪翻滾，河床下沉淀著數不清的古木孤石，而且從小浪底以下，黃河就變成了游蕩型的河流，即所謂“30年河東，30年河西”。
黃河的河勢在鄭州附近變化尤為劇烈，它為穿黃工程帶來兩個難題：一是選址在哪里，才能夠相對穩定，不至于等你辛苦建好“穿黃工程”，黃河卻跑一邊兒玩去了？二是修建什么樣的穿黃設施，才能從安全性、經濟性、技術可行性等方面占優?
先說第二項。關于穿黃設施，長江委設計院和黃委會設計院各拿了一套方案。黃委會設計院的方案是“渡槽”，一槽飛架南北，天塹變通途，而且還“可以為鄭州增添亮麗的標志性景觀”。2003年，河南省政府積極向國家有關部門遞交報告，建議選用“渡槽”方案。
但一年后，水利部組織的院士、專家們相中的卻是長江委設計院設計的“隧洞”方案，這讓黃委會設計院的專家們有些難堪。蓋因黃委會設計院常年研究黃河，不僅對黃河河勢了如指掌，對水利工程對黃河的影響研究經驗也更豐富，有人笑曰：“在黃河里建的工程，黃委會設計院的方案都沒能通過，他們自己都感到很沒面子。”
“隧洞”方案的優勢，據長江委設計院院長鈕新強介紹說，從技術角度講，穿黃工程用的盾構技術較為成熟，從經濟性考慮，地下方案所需要投資也相對少一些。另外，隧洞從河底穿越，對黃河河勢的影響也最小，本身受凌汛、風化風濕、氣溫變化等影響也較小。萬一發生地震，建筑物越高，越容易受影響，而隧洞在地下對
走出武漢長江水利委員會設計院的辦公室，站在丹江口水庫大壩噴涌而出的泄洪巨流前，耳聽得穿黃工程施工現場的隆隆機器聲，記者的腳步踏在中線工程的關鍵點上，并深入工程背后地方省份的利益考量之中。抗震是有利的。
但鈕新強強調說：“我們兩個設計院實際上是一個共同的團隊，具體分工上有所側重，長江設計院側重隧道，黃委會設計院側重渡橋。兩個方案有一個技術經濟結論之后，兩個單位一起進行技術論證，最后的論證報告是兩家共同完成的。”
而對于穿黃工程的選址，根據工程的總體布署，總干渠只能在邙山頭至汜水河一帶二三十公里范圍內穿越黃河。在這個范圍內，勘探人員鉆了600多個洞，還鉆出來一段千年古木，最后選定在鄭州以西約30公里處，孤柏山灣李村附近，在黃河地下23米至32米處開掘隧洞。
“穿黃隧洞”簡單地說，就是在黃河底下23米以下處，打兩個直徑7米、長4公里多的通道。如此規模的隧洞，國內外很多地方都修建過，但那都是過車的，而這卻是過水的，十幾米水頭的高壓水穿越而過，每秒鐘最少要通過265立方米水量，這在國際上還是第一次。
長江委設計院院長鈕新強說，接下來，在盾構穿越黃河的整個過程中，可能還會碰到各種各樣的技術難點。整個穿黃工程預計2010年完工。
河南的動靜
河南省上下盼南水北調盼得最久，也最熱烈。跟位于武漢的長江委一樣，位于鄭州的黃委會也已研究了幾十年的“南水北調”。最早引發“南水北調”構想的那句“南方水多，北方水少,如有可能，借一點來是可以的”，就是在1952年視察黃河時說的。河南省水利廳有位老廳長，在任上經常接待從北京來河南考察南水北調的人馬，有一天，他嘆息說“來考察南水北調的人，喝我們的酒都喝多少缸了，南水北調還不見影兒……”
南水北調中線工程一開，河南省從政府到老百姓，都踴躍支持，一來河南是個缺水的省份，像新鄉市的人均水資源只有308立方米，為全國水平的1/7，南水北調對新鄉的第一個好處，就是每年能帶來4億立方米的優質水。南水北調的水源地丹江口水庫，名義上是河南與湖北共有，實際上河南用得很少。
中線工程名義上是“調水進京”，實際上，河南才是受水面積最大的省。中線工程一開，河南省一口氣要開39處口門，劃了42座受水城市，連離總干渠很遠的周口、漯河等城市也劃上了。從陶岔到北京的總干渠全長1277公里，河南境內就占了731公里；中線一期調水量95億立方米，北京只用10億立方米，而河南要用37．69億立方米。
同時，這也是一個寶貴的引資機會。中線一期主體工程靜態總投資1367億元，在河南省內的投資就達670億元。河南境內最先開工的安陽段，總投資21億元，工期3年，根據安陽水利局局長江子蔚的計算：每年將拉動GDP增加約6．3億元，拉動一般財政預算增加3700萬元，稅收增加7700多萬元。安陽段總干渠建設需要鋼筋28萬多噸，水泥35萬噸，石材130萬噸，工程每年可供近2萬人就業……
新鄉段長77．7公里，在河南境內是最長的一段，預計投資超過60億元。就是當地領導出去招商引資，也很難引來這么大的項目。無怪乎新鄉段開工建設動員大會之際，新鄉市大街小巷飄揚著“支持南水北調工程，促進新鄉經濟發展”、“搞好
南水北調工程，加快中原崛起步伐”的標語，警車跑到高速路口迎接會議代表。會議組織者請來了國務院南水北調辦的副主任、中線局的局長、河南省委副書記和副省長等貴賓。大會開始前，豫劇女演員在小樂隊伴奏下，演唱了歌曲《祖國的大建設一日千里》。
而總干渠鄭州段的投資將達102億元。穿黃工程概算投資31．37億元，用一位橋梁專家的話說，一個穿黃工程的投資，就超過目前整個黃河上所有大橋的投資總和了。
湖北的考量
南水北調中線的引水方案本來有兩個，一是從長江引水，二是從丹江口引水。湖北省政府積極支持從丹江口引水。漢江是長江以北最大的支流，丹江口以上為上游，丹江口以下為中下游。南水北調引了丹江口的水，對漢江中下游流域會有諸多不利，為什么湖北省還如此積極呢?
漢江的脾氣是陡漲陡落，歷史上三年兩潰，是長江支流中洪水災害最嚴重的一條，所以解放后政府即修建了丹江口大壩，加上興建杜家臺等分蓄洪區，綜合運用才可抵御20年一遇的洪水。
2005年10月，漢江流域發生1983年以來的最大秋汛，杜家臺不得不分洪，轉移3萬民眾。分洪區運用一次，國家要花上億甚至幾十、上百億，農民地也淹了，家也要搬走，等洪水落了再搬回來。雖然有國家補貼，也沾不了多少光。而且，因為始終有洪水威脅，整個漢江中下游地區不敢建工廠，搞建設，產業結構以農業為主，工業所占比重僅為40％，遠遠低于全省平均水平。
中線北段，明年4月向北京供水
南水北調中線的最初規劃是，丹江口一灣清水2008年北京。2006年8月，黃委會主任李國英在國新辦的新聞會上說：估計在2008年，中線調水進入北京不成問題。50天后，國務院南水北調辦舉行了“加快南水北調中線京石段應急供水工程建設動員會”，會議透露：中線總干渠預計到20lO年才能全線建成供水，為確保2008奧運會的順利開展和首都供水安全，國務院領導要求對北京市應急供水的幾個方案進行再論證。國家發改委在反復比較了小浪底、萬家寨調水等方案的基礎上，認為加快建設京石段應急供水工程是最現實的，因此，本次會議正式明確京石段工程2007年底建設完成，先期利用河北省4座水庫，實現2008年向北京應急供水的目標。
河北省副省長宋恩華在動員會上說，河北是南水北調受水區七省市中最為缺水的省份，“雀我省自身極度缺水的情況下，我們還要作出新的貢獻”。因此，省里多次建議中央通過京石段應急供水工程建設對河北給予投資傾斜，并得到了國家發改委的支持。
據最新消息，京石段工程預計將在2008年3月完工，4月具備通水條件。屆時北京將從河北4座水庫調水3～4億立方米．承擔北京市10％的供水任務。
中線總干渠離水源地最遠的一段最早建成，并且窮幫窮地供起水來，頗有些“兩棵苦瓜一根藤，窮不幫窮誰照應”的意味。預計2010年中線總干渠全線通水后，京石段還將通過西黑山口門連接天津干渠向天津市分水；向河北省石家莊、保定、廊坊、衡水等城市供水。
其實，1958年丹江口大壩興建時，設計蓄水位就是現在要達到的170米。只是由于3年自然災害，國家錢緊，只建到157米就停下了。如今大壩樁基還在，正在加高的水庫大壩，即是在此樁基上繼續往上砌。
那么，不靠南水北調，湖北省自己加高丹江口大壩行不行呢?該省一位水利專家告訴記者，其實光大壩加高也沒什么，頂多20多個億，但丹江口大壩加高須移民32．8萬人，移民費用至少是240億，這些移民中有一半是河南人，湖北省的財政自然顧慮重重。
所以，2003年11月以來，湖北省政府專門向中央行文，支持大壩按正常蓄水位170米高程加高，省調水辦等部門將力爭“170方案”擺在各項工作之首。在此期間，湖北省政府曾向國家提出調水之后的補償問題，但是由于擔心影響“170方案”上馬，很快又不提了。最后，經過一年論證，國家確定按“170方案”加高丹江口大壩，湖北省調水辦在有關材料里寫道：“這標志著我省根本利益得到了維護，我省經濟、社會的長遠發展有了較好的基礎……加壩調水方案是歷屆省委、省政府艱苦努力的結果，確實來之不易。”
南水北調中線工程對湖北省的直接影響，是丹江口庫區的淹沒損失和漢江中下游干流供水區的水量損失。
中線水源公司總工程師張小廳告訴記者：漢江的水本身消耗不大，94％都從漢口進入了長江，長江也不缺漢江這點水。丹江口大壩加高后，總庫容可以達到339個億，南水北調只用95個億，影響不算大。
丹江口庫區85％以上面積為山丘區，坡陡溝深，1958年，丹江口水庫建設時，采用的是“靠后移民”的形式，山民們越移越往深山去，毀林開荒，破壞植被，自身生活也更貧苦。此次丹江口大壩加高，政府采取“開發式移民”方式，把部分農民移到經濟發達的地方，或利用國家移民資金在山區改造山地，移民的生產生活將一并得到妥善安置。
張小廳告訴記者，丹江口市政府也非常支持，一來工程能為丹江口市帶來資金等好處，二來這項工程遲早要上馬，一天不上馬，當地就不能搞建設，經濟就發展不起來，庫區百姓連新房也不能蓋。工程上馬了，國家給補償，對當地經濟發展也有好處。
丹江口是個小小的縣級市，市區十來萬人口，不通火車。一個本地出租車司機告訴記者：“南水北調的好處，可能就是有利于我們招商引資吧。丹江口位置太偏，很多人不知道在哪里，現在一搞南水北調，知名度大大提升，都有人叫我們‘水都’了。”
關鍵詞：引黃輸水工程；水質變化特征；水污染；措施
華北地區是我國水資源最緊缺的地區之一，也是實施跨流域調水工程最多的地區。引黃濟津、引黃濟淀工程都是為了緩解該地區水資源匱乏的大型調水工程。特別是進入21世紀以來，隨著城市經濟社會的大力發展，水資源問題變得更加嚴峻。河北省引黃受水區區域水資源總量為20.35億m3，人均水資源量160m3，低于全國人均300m3的標準，為全國平均值的1/15。2000年天津出現用水危機，國務院實施了引黃濟津跨流域調水工程。白洋淀地區也面臨非常嚴峻的缺水狀況。為緩解白洋淀地區干旱缺水狀況，保護淀區生態和環境，保障淀區及周邊群眾生活、生產用水安全，河北省開始了引黃濟津和引黃濟淀工程，確保天津和白洋淀區生態水環境的用水安全。
1、引黃輸水工程概況
1.1 工程概況
引黃輸水路線主要利用現有渠道和河道，從山東省東阿縣黃河下游位山閘引水(q＝100 m3/s)，經山東省聊城位山灌區西輸沙渠、西沉沙渠、總干渠、三干渠到穿衛樞紐，進入河北省境內的清臨干渠、清涼江、清南連接渠，在河北省滄州市泊頭進入南運河，在九宣閘進入天津市，再分兩條路線，分別進入市區和北大港水庫，整個輸水線路全長580 km。133229.CoM引黃濟津輸水線路途經山東省魯北地區，河北省東部地區至天津市，主要涉及的水系有：徒駭馬頰河、漳衛南運河、黑龍港運東3大水系。引黃濟淀輸水路線從黃河位山閘引水，經位山三干渠、穿衛(運河)工程，入河北境內，沿清臨干渠、清涼江、滏東排河、紫塔干渠、陌南干渠、小白河、人文干渠，在自洋淀十二孔閘進入淀區。輸水路線總長達397 km。見圖1。黃河以北調水區域直接涉及的城鎮(縣級以上)有14個，人口約2679萬人，耕地面積263萬hm2。
1.2 通水前引黃沿線水質狀況
河北省引黃受水區位于海河南系平原最為缺水的黑龍港及運東地區。引黃濟津從位山閘引水，經三干渠到臨清市引黃穿衛樞紐，進入河北省境內的臨清渠、清涼江、清南連渠，在泊頭附近入南運河，在九宣閘進入天津市境內。其中，影響引黃水質的主要河段為位山三干渠、清涼江、南運河。
三干渠自周店開始，至臨清市人衛涵洞止，全長78.6km，負擔著引黃入衛、引黃濟津、引黃補淀的輸水任務。清涼江是黑龍港地區的主要支流，流域面積13661 km2，是河北省黑龍港運東地區的排澇河道，同時也是引黃濟津的輸水渠道。非輸水期，清涼江由于蓄存有來自河北省清河縣和部分衛運河的污水，水質為劣v類，codcr、高錳酸鹽指數、非離子氨、氨氮均超標。黃河水進入河北省境內后在滄州市泊頭附近流入南運河，進而到達九宣閘補給天津用水。因此，這3個河段河道水質情況對引黃水質最終結果尤為重要。據統計，每年直接排入輸水河道的污水量為2827.5萬t，主要污染物codcr，排放量1.36萬t，有關污水排放情況詳見表1。
2000年南運河非汛期基本斷流，汛期曾有計劃地從衛運河調水，流量較大，四女寺斷面7月份平均流量達到80m3/s。應急工程中南運河段有泊頭大橋和滄州橋兩個斷面，水質全部劣于v類，主要污染物為codccr、高錳酸鹽指數、非離子氨、氨氮，溶解氧含量較低，達到地表水v類標準。泊頭大橋斷面的亞硝酸鹽也達到iv類。
2000年引黃輸水前期，河北、山東、天津3省市共完成清淤444萬m3、土方537萬m3、改建橋梁45座、封堵排污口門1386處。
2、引黃工程水質變化趨勢分析
2.1 沿線水質變化趨勢分析
河北省引黃工程的黃河干流取水口設在位山閘，通過對位山閘水質監測成果的分析，可以看出，黃河下游的水體污染物含量呈現一定的規律性。
從2000年10月位山閘開啟至2001年2月關閉，黃河位山閘累計供水8.66億m3，歷時112 d。從黃河位山引水流量為100 m3/s，水質為ⅲ類，由于河道內原蓄存部分積水及污染物，水頭到達天津市九宣閘時，水質較差，為超v類。氯化物、高錳酸鹽指數、非離子氨等污染物均超標，除溶解性總固體稍有減少的趨勢，高錳酸鹽指數及氯化物等各項參數前4 d通過水體自凈作用變化較大外，之后沒有呈現出明顯的減少或增加的規律性變化。第10 d以后，水質基本穩定在ⅱ類。這主要是由于水質達到ⅱ、ⅲ類后，平原地區河道的高錳酸鹽指數、非離子氨等污染指標已基本達到當地水環境背景值的水平，因此不會呈現出明顯的自凈作用。
輸水期間，從小浪底壩下一位山一劉口一連接渠一九宣閘沿途監測斷面的水質分析結果見表2。
引黃工程自黃河位山閘，經穿衛樞紐進入河北境內.其水體質量好壞直接影響到河北省受水區水體質量。盡管水體有一定的自我凈化調節能力，但如果接收水體質量較差，對于受水區水質也有一定的影響。
2002年引黃濟津過程中，12月21日山東與河北交界的穿衛樞紐監測斷面氨氮超過ⅲ類標準所規定的1 mg/l，為ⅳ類。此后，沿線位山至穿衛樞紐段氨氮持續輕微超標，介于ⅲ－ⅳ類之間，但經過沿途的降解，到達天津九宣閘時氨氮達到ⅲ類，仍然滿足輸水要求。從2003年1月6日起，九宣閘斷面水質開始超標，為ⅳ類。至1月16日九宣閘斷面水質一直在ⅳ－超ⅴ類之間，主要超標項目為氨氮和高錳酸鹽指數。2004年引黃濟津應急調水從10月9日開始啟動，從位山閘提閘放水，至2005年1月25日關閘。本次引水共布設主要水質監測斷面11個，分別是小浪底壩下、花園口、高村、孫口、位山閘、崔莊、穿衛樞紐、張二莊閘、連村、代莊、九宣閘。各斷面監測結果見表3。
2008年引黃濟淀輸水期取用代莊、豐樂堡、滄保公路、出岸、天門口、大樹劉莊幾個監測斷面監測值見表4。表5為2009年－2010年引黃濟淀引水工程所設監測斷面監測數據。通過對引黃監測斷面水體主要污染物進行分析發現，水體質量沿程無大的變化。在整個輸水過程中，經過長距離輸水后通過水體的自凈和沿途泥沙的沉降，使得水體的有機污染指數有所降低，水質也由超ⅴ類逐漸變為ⅱ、ⅲ類。變化比 較大的污染物成分為高錳酸鹽和氨氮。
3、主要污染物沿程變化情況分析
黃河水質在輸水期間前后無明顯差異，水質較好。但入境后由于沿途河道存蓄少量污水和河道腐殖質影響導致輸水初期水質較差，其中高錳酸鹽和氨氮為主要污染指標，他們主要是人類活動的產物，不過隨著水體的自凈和沿途泥沙的沉積作用，高錳酸鹽指數和氨氮沿程呈逐漸降低趨勢。
3.1 高猛酸鹽指數變化趨勢分析
2004、2009年高錳酸鹽指數沿程變化趨勢見圖2、圖3。
從圖中可以看出，在引水初期，高錳酸鹽含量均較高，這主要是輸水前河道存水污染比較嚴重，通過清淤及控制污水向輸水河道的排放，高錳酸鹽含量逐漸穩定。隨著引水次數的增多，在沒有大量污水涌人的前提下引水河道高錳酸鹽含量逐漸減少且逐步呈現穩定趨勢。
3.2 氨氮變化趨勢分析
2004年引黃濟津、2008年引黃濟淀沿程氨氮變化趨勢見圖4、圖5。
圖4為氨氮沿程變化情況。由圖4可以看出，引黃濟津所引黃河水水質在初期和到達九宣閘后無大的變化，只是沿途變化比較大，這是因為引水初期河道原有污水污染所致。經過水體自凈和沿途降解作用氨氮在整個輸水過程中總體趨勢為下降。
4、防止污染控制對策
大型調水工程往往需要跨流域輸水，為確保調水水質安全，必須強化監督管理，完善水質監測站網建設，建立自動水質監測系統，將輸水干線河道及兩側劃為國家(二級)水源保護區，嚴禁傾倒或堆放垃圾，限制污染嚴重的行業發展，通過產業結構調整，使調水沿線水污染逐步得到控制。
引黃濟津濟淀沿線擬布設12個水量水質監測站，其中4個監測站，即位山閘下、引黃穿衛樞紐(劉口)、九宣閘(南運河斷面)、白洋淀人口十二孔閘需要協測。各協測站點水量監測，位山閘由黃委負責，山東省和海委派員參加；引黃穿衛樞紐(劉口)由海委負責，山東省和河北省派員參加；九宣閘(南運河斷面)由天津市負責，河北省和海委派員參加；白洋淀入口十二孔閘由河北省負責，海委派員參加。位山閘、引黃穿衛樞紐(劉口)、九宣閘(南運河斷面)水質監測由海委負責。
引黃濟津，最值得關注的就是水污染問題，因為原有河道污染嚴重，調水多次選線。2000年調水僅因為污水問題，就要損失4000多萬m3的水。要加強水污染防治力度，加快污染源的治理，確保外來水的水質和受水區的水環境。
非輸水期，清涼江、南運河等河道水質均劣于ⅴ類，在引黃濟津輸水期間，對河北省清河、泊頭、滄州、青縣等縣市排污口采取了封堵措施，在上述河段進行監測結果表明，所有斷面水質均能達到ⅱ、ⅲ類，南水北調東線規劃位山三千渠——清涼江——南運河——天津輸水路線，沿線收水水質均能滿足ⅲ類要求。
沿途各省市要加強各自境內的引水涵、閘、泵站封堵巡查，防止跑水、漏水，嚴禁沿途截水。沿途各省市要強化水質監督、管理，嚴禁向輸水河(渠)道內排放污水。
關鍵詞：下穿；涉路；橋梁
Abstract: the article puts forward city underpass has operation speed design principles and attention to matters, and puts forward the reasonable construction procedure and process scheme, in terms of design, combined with the road to the bridge 's particularity, in the selection of bridge pier, the overall fabric cross aspect outstanding proposal, for designers to design the similar projects as a reference.
Key words: wear under the road bridge; involved.
中圖分類號：K928.78 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
1引言
隨著近年來各個城市大幅擴展，使得原本在城市外緣的高速公路，逐漸被城市所包容，為了更好地發展高速公路兩邊城市的經濟，縱橫交錯的城市道路不得不穿越現狀高速公路，已打通高速公路兩邊地域的交通。因此，城市建設的高速發展將會帶來越來越多的下穿或上跨高速公路橋梁的實施，橋梁的實施也將會給正在運營的高速公路帶來質量和安全隱患[1]。為了降低和減少質量和安全隱患，盡可能減少對運營高速的影響，橋梁的設計方案需要精心設計，認真對待每個細節[2]。
2總體設計原則
下穿高速公路橋梁工程屬于高速公路路基改橋梁工程，工程的實施直接影響運營的安全，路基開挖對施工期和運營期高速路基的穩定性影響也是設計需要考慮的重要問題。如何設計好該類涉路工程，需遵循以下幾項原則[3][4]：
（1） 橋梁結構形式選取宜選取結構耐久性好、安全性好的結構。
（2） 考慮下穿道路為城市橋梁，宜適當考慮橋梁的景觀性。
（3） 設計需考慮高速公路擴寬改造的可實施性。
（4） 橋跨布置須保證現有道路路基的穩定性。
（5）為確保施工期間路基的穩定性，橋墩臺形式選取宜施工少開挖為原則。
（6）合理確定施工方案，保護好管線，以施工安全好、施工工期短為目標。
（7）道路橋梁防護設施的銜接良好，其他附屬設施考慮精細。
（8）工程概預算考慮工程實施一定范圍內的路面維修養護費用。
3工程設計
（1）上部結構設計
針對小跨徑橋梁來說，上部結構可選擇的形式[5][6]有：空心板、小箱梁、T梁、現澆大箱梁。其中空心板鉸縫部位易出現病害，易造成橋面反射裂縫產生；小箱梁剛度柔，美觀性差；T梁剛度大，但梁高較高、美觀性差；現澆大箱梁整體剛度大、耐久性好、行車舒適，橋下景觀性好。故在考慮橋型選擇時，建議優先選擇連續大箱梁結構形式。
（2）橋梁墩臺形式選擇
墩臺形式的選擇[5][6]宜少開挖為原則，橋墩設計宜采用樁柱式，見圖1。橋墩形式可選用獨柱或雙柱形式，若采用雙柱形式，應取消樁頂系梁，適當加大柱徑。
樁頂系梁不設，主要為了施工期間，不需大開挖路基施工系梁。橋臺形式常見的有肋板臺、重力式臺，薄壁橋臺和樁柱式橋臺。肋板式橋臺優點是抵抗臺后土壓力性能好，但承臺和肋板的實施需要大面積開挖路基，影響施工期路基的穩定性和安全性，臺后土的恢復回填壓實度難以達到老路基的標準，臺后易出現沉降，影響行車的舒適性。重力式橋臺、薄壁橋臺均與肋板臺有同樣的問題。樁柱式橋臺施工簡單，路基開挖量小，但由于樁柱式橋臺抵抗臺后土壓力的性能一般，所以需要設計適當增大跨徑，以使臺前保留一定長度的路基，使得臺前臺后土壓力差盡可能的小[7]。
（3）橋跨布置[7][8]
在確定好上部結構和下部結構形式，
需確定橋梁的橋跨布置，橋跨布置以保證改造后高速公路路基穩定為前提，橋梁總
長宜長不宜短，從橋下可通視性來說，也建議適當加大橋長。圖2和圖3為兩種橋梁布置方案，圖2為依據下穿道路路幅和溝渠跨度布置的跨徑，橋跨布置無富裕度，屬緊湊型橋跨布置。圖3為寬松型橋跨布置，在滿足原有下穿道路路幅和溝渠的條件下，適當的增大了跨徑。從圖2和圖3中可以看出，緊湊型橋跨布置，臺后填土比較高，橋臺形式若選用圖2中0號臺樁柱式，就需在臺前另做擋土墻，臺后的土壓力較大，易出現不均勻沉降、橋頭跳車等現象。若采用圖2中3號臺薄壁式橋臺，
則需設置承臺，承臺和臺身的施工會帶來大面積的開挖，這對另半幅正在運營的高
速公路帶來巨大隱患。相對于緊湊型橋跨布置，增加2個邊跨，橋臺采用樁柱式，臺前保留一段老路基平臺，以平衡臺后土壓力，有效保障了臺后路基的穩定性，同時也方便了施工。增加跨徑對城市道路，也增加橋下可通視范圍，行車更加舒適[9]。
（4）施工工序與工藝[10]
下穿高速公路橋梁工程為一改建工程，高速公路為正在運營的高速公路，這就要求施工必須是半幅施工、半幅運營，施工工期越短越好，施工工藝選取越安全越好。結合以上原則，建議施工步驟如下：
步驟1：做施工前的準備工作，進行半幅封閉，半幅施工的組織工作；在橋梁范圍內，將封閉的半幅蕪宣高速路基向下開挖2.0m左右,即上部結構施工高度，為保證運營側半幅路基的穩定，開挖斷面按1：1放坡。如圖4所示。
圖4 步驟1
步驟2：橋墩墩柱上部可采用人工挖孔，樁基采用鉆孔灌注樁形式；也可以先采用機械鉆孔，并完成樁基澆注后，再擴
孔橋墩部分，采用支模澆注橋墩墩柱。橋
臺蓋梁采用在路基上開挖相應大小的路基坑槽，以滿足施工支模為標準，然后現澆。
步驟3：以開挖的路基作為支撐，架
圖5步驟3
立模板，實施上部結構箱梁部分。
步驟 4：重復以上步驟實施另半幅橋梁。
步驟 5：實施附屬設施，開挖橋下路基，恢復通常運營。
4結束語
上述介紹的下穿高速公路橋梁工程設計方法與施工工序工藝方法，具有結構安全性好、耐久性好、施工快捷、對原有路基的影響小及橋梁的整體外觀質量好。設計人員應足夠重視上述8項設計原則，做到精心設計，尤其對設計細節的考慮。只要做到以上8點設計原則，該類型的涉路工程質量才能得到保障。
參考文獻
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關鍵詞: 渠道襯砌 混凝土 機械化 施工
1、工程概況
南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標北岸連接明渠主要由北岸河灘明渠、北岸連接明渠組成，全長約9.97km。北岸河灘明渠位于黃河北岸河灘上，分部長度6127.5m（樁號K9+336.47~K15+463.97），連接明渠位于黃河以北階地上，分部長度3840.53m（樁號K15+463.97~K19+304.5）。渠底底寬8m，渠底縱坡1/10000，兩側邊坡坡比為1：2.25，渠底高程為EL102.86m~EL101.00m，堤頂高程為EL111.98m~110.25m。按照設計圖紙所示，本標段襯砌斷面為9.03m、9.19m兩種高度，內側襯砌邊坡長度為22.23m、22.63m兩種。本標段渠道襯砌施工主要由保溫板、土工膜、纖維混凝土組成。
2、施工設備
設備的動力源可分為內燃機、電動機兩種方式，考慮到內燃機設備系統復雜、造價高，操作維護不便等因素，優先采用電動機。南水北調沿線設有工程施工專用的供電路線，可解決設備供電需求，且電動機造價成本低，結構簡單，操作和維護等方面都方便，因此穿黃工程段渠道襯砌機選用了定型框架結構、變角度框架配合電動機的襯砌設備作為大面積施工的襯砌設備。
3、施工參數
3.1、渠道襯砌混凝土技術要求
南水北調中線一期穿黃工程渠道襯砌混凝土同沿線其他區段混凝土襯砌略有不同，主要區別在于使用了纖維混凝土，而非常規混凝土，主要在于渠道混凝土厚度較薄，在取消鋼筋的同時，又要保證混凝土有一定的抗裂能力，通過設計方對國內外同類具有代表性的工程比較，最終選用了聚丙烯合成纖維替代鋼筋。纖維混凝土技術要求具體見表1。
表1渠道襯砌合成纖維混凝土技術要求
部位 強度等級 抗滲等級 抗凍等級 保證率（%） 聚丙烯合成纖維參量（kg/m3） 總堿含量（kg/m3）
渠道襯砌 C20 W6 F150 95 0.9 ≤2.5
3.2、施工用料配比
受水電四局二分局穿黃項目部委托，水電四局試驗中心進行了穿黃工地現場施工配合比設計，其目的是確定經濟的、滿足穿黃工程設計及施工要求的混凝土配合比。
水泥選用河南焦作堅固水泥有限公司生產的Po42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用河南焦作華能沁北電廠生產的一級粉煤灰，聚丙烯合成纖維選用美國希爾兄弟有限公司生產的纖維，骨料則為業主提供的合格料。其他如聚苯乙烯保溫板及聚硫密封膠為河南焦作鵬升化工有限公司生產的，復合土工膜為山東金禹王防水材料有限公司生產的。混凝土拌和用水采用施工區域能夠滿足引用要求的地下水。具體施工配合比見表2.
表2纖維混凝土配合比
設計要求 級配 坍落度
（cm） 單位材料 （kg/m³） 密度
（kg/m³）
理論用水 水
泥 粉
煤
灰 理論用砂 小石 纖維 JM-Ⅱ JM-2000C
出機 入倉 含量 重量 溶質 溶質
% Kg Kg Kg Kg
C20F150W6 一 10～12 4～6 152 243 61 789 100 1135 0.9 1.824 0.02432 2380
3.3、施工技術參數
為保證選用的混凝土襯砌機能夠更好的完成渠道坡面襯砌施工，保證設計要求的混凝土板面厚度，項目部進行了大量的現場試驗，主要從混凝土坍落度、襯砌機工作速度、振搗時間、抹面及切縫時間進行了試驗，最終取得了施工參數見表3。
表3襯砌機施工參數
序號 項 目 參 數
1 坍落度（cm） 5
2 襯砌機工作速度 5m/h
3 振搗時間 5s
4 機械抹面 時間（初凝后） 2.8h~3.5h
遍數 2遍
5 人工抹面、壓光 時間（初凝后） 3.5h~4.0h
遍數 2遍
6 切縫時間（終凝后） 18h~28h
4、機械設備組成
4.1、行走系統
行走系統采用了四個電機同步控制，同時配置了變頻器，可將車速控制在0~5m/min之間，使設備行走過程中平穩，以避免因車輛晃動引起的鋼架結構撓度變形。
4.2、升降系統
升降系統采用四個獨立的液壓升降機，進行升降控制，精確調整各結構尺寸，以適應各種作業的邊坡坡比變化，同時在設備上下各增加了一個螺桿升降機，用來固定尺寸。
4.3、布料系統
布料系統由三部分組成，一條650mm的主輸送帶，一臺布料小車和一條用給主輸送帶供料的500mm的副輸送帶。襯砌機主機部位的混凝土受料倉按照φ30型插入式振搗棒有效振動距離布置（施工用的襯砌機受料倉間距為50cm）。布料小車布料時從渠底最下端的受料倉依次向渠頂方向受料倉布料，也可根據施工的需要單層或多層攤鋪混凝土。
4.4、振搗、攤鋪系統
振搗系統由兩套振搗器組成，一套為φ30型插入式振搗棒（斜式），按照60cm間距固定在襯砌機上，另一套為φ30型手持式振搗棒，用來對渠頂土工膜封頂混凝土、渠底齒槽混凝土及四周模板部位進行加強振搗。
攤鋪整平系統主要為固定在襯砌機底板下部的找平鋼板控制，找平施工時利用設備向前行走的動力，在振搗棒振動下緩慢推動混凝土料找平。
4.5、安全系統
全車共裝置了四套安全裝置，誤操作緊急制動按鈕；布料小車行程控制安全系統；振動碾壓輥軸行程控制安全系統；失控防撞安全系統。
5、施工程序
5.1、現場施工
5.1.1施工順序
根據選用的襯砌機形式、渠道斷面結構尺寸，只能先進行渠道兩側邊坡襯砌，最后進行渠道底板襯砌，這樣有利于保證渠底襯砌混凝土不遭受施工破壞，且辯護混凝土襯砌后，可為底板施工提供操作平臺。開挖完成后的渠道斷面，經機械修整后，在渠道底部和頂部平行于渠道中心線各鋪設一條軌道，要求平直，并用鉚丁固定牢靠。
5.1.2、基礎面處理
基礎面處理選用削坡機為主要施工工具，但對于局部削坡機無法到達的部位，可選用反鏟加人工相配合的辦法進行基礎面處理施工。施工前根據設計斷面放線，并每隔5m設置一道控制樁（坡肩、坡肩各一個，坡面2~3個），隨后開啟削坡機進行大面削平施工，施工過程中應邊削邊測量；最后由人工進行精細整平處理，對局部坑洞或低洼部位，按照設計技術指標要求，進行重新開挖回填夯實。
5.1.3、保溫板鋪設
按照南水北調相關標段在進行保溫板固定時所用的竹簽固定，易于在澆筑混凝土時造成土工膜刺破等現象，經我部多次試驗和各方討論后，確定了采用8#鐵絲制作的“U”卡扣（為5cm×5cm×5cm）固定。在固定過程中相鄰兩塊板固定各數不少于10個。兩板連接處的高差不大大于2mm，板面應平整，對于局部有漏洞或縫隙的部位，采用裁剪的保溫板邊角料進行補充，確保大面無明顯的縫隙。現場驗收保溫板時以板面完整，無架空等現象時為合格。
5.1.4、復合土工膜焊接過程控制
⑴在進行焊接前進行試焊，通過試焊確定合適的焊接溫度和行走速度，以便達到焊接效果。試焊時如果焊痕平整透明，表明焊接溫度與行走速度合適；若果焊痕出現嚴重破損，則表明焊接溫度過高或行走速度偏慢；如果焊痕出現不透明或呈白色，表明焊接溫度偏低或行走速度偏快。
⑵復合土工膜時，復合土工膜應自然松弛，且與保溫板貼緊，不應出現褶皺、懸空等現象。土工膜與土工膜搭接寬度不小于10cm。土工膜焊接前將土工膜焊接面上的塵土、泥土、油污等雜物清理干凈，水汽用吹風機吹干，保持焊接面清潔干燥。
⑶每道焊縫焊接完成后，需對焊縫進行外觀檢查，焊縫應平整美觀，呈透明玻璃狀，無虛焊、燒肉、氣泡等現象。
5.1.5、復合土工膜焊縫充氣檢驗
⑴土工膜充氣檢驗前，將土工膜焊接區域起始端、終止端各不小于5cm范圍內，用熱熔風槍烤至軟化后粘貼密室，使焊接區土工膜空腔成為一個封閉的充氣區，以便充氣檢驗。
⑵復合土工膜焊縫充氣檢測選擇合適的檢驗工具。打壓設備出氣管除連接氣壓表、逆止閥、針頭外，不應有其他接頭。逆止閥能夠防止土工膜空腔內氣體不外瀉，提高充氣檢驗效果。
⑶在土工膜上扎針時，使針頭平行于土工膜緩慢插入，不得晃動針頭，以免擴大針眼。
⑷當土工膜空腔內氣壓達到0.2MPa后，開始記錄時間，保持5min，壓力無明顯下降即為合格。
5.2、纖維混凝土澆筑
開始混凝土澆筑工作前，首先按照設計圖紙所示的結構縫位置，確定澆筑倉號長度，在倉號四周架立模板并固定牢靠，檢查和校對原材料規格和混凝土配料單各項指標。混凝土運輸采用10m3罐車，混凝土坍落度控制在4~6cm之間。
布料小車移動速度控制在5m/min，每次將襯砌機上的受料倉布料厚度約50cm，待襯砌機各受料倉均布有料后開啟振動，開始混凝土襯砌工作，襯砌機每次移動寬度控制在不大于50cm即可（根據受料倉剩余混凝土料多少可適當調整）。在混凝土襯砌過程中，時刻關注混凝土的拌和質量。根據春、夏、秋季不同氣溫，以及我部進行的施工經驗來看，可將春、秋季節的混凝土抹面壓光時間合并考慮，夏季高溫施工單獨控制。具體為：春、秋季節抹面壓光在澆筑完成2.8h~3.5h后進行第一遍提漿抹面，當第一遍提漿進行后3.5h~4h進行第二遍提漿抹面；夏季高溫季節抹面壓光在澆筑完成1.5h~2h后進行第一遍提漿抹面，當第一遍提漿進行后2h~2.5h進行第二遍提漿抹面。若環境溫度較高，則應提前啟動提漿機作業，反之亦然。
人工精細抹面壓光時，可在第二遍提漿抹面機完成后30min進行。人工整平壓光面時均配置2m水平靠尺一把，以便在收面過程中隨時掌握大面平整度，在使用抹灰刀抹面過程中抹灰刀每遍搭接不能小于1/3抹灰刀長度，以便層層壓實，減少灰線。混凝土在抹面壓光成型后，及時用保溫氈布覆蓋并灑水養護，養護至28d。混凝土的大面平整度要控制在≤8mm/2m，合格技術指標要求。
根據設計圖紙伸縮縫分塊布置形式，對澆筑完成的整塊混凝土切縫分塊。切縫在澆筑18h（夏季可提前至15h）后混凝土強度達到1.5MPa時開始。先按照設計圖紙要求的縱向、橫向分縫位置，使用墨斗彈線，然后用電動切縫機切割已達到一定強度的混凝土，混凝土切縫深度以不損傷底部防滲土工膜為準，同時按照設計要求，通縫切割深度控制在9cm，半縫控制在5~7.5cm，切割速度約0.4m/min。
5.3、伸縮縫處理
伸縮縫表面的清潔程度對聚硫密封膠的黏合性有很大的影響，處理不好會造成黏結失敗，將直接影響防滲效果。因此，在填充聚硫密封膠前需對伸縮縫面進行處理，除去伸縮縫面的灰塵、油污，表面保持干燥。對不規則縫面使用手持式切割機進行處理，使用高壓風槍將伸縮縫內的塵土、混凝土余渣、沙土等雜物清理干凈。
5.4、聚硫密封膠施工
伸縮縫處理完畢后，進行聚硫密封膠施工。將聚硫密封膠的A、B組膠體按照組合比例同時放置于攪拌容器內攪拌均勻。隨后用注漿器開始進行注膠填充，最后再用膩子刀進行表面刮平。
關鍵字：泥水盾構機；地質層；操作
中圖分類號： F407 文獻標識碼： A 文章編號：
工程簡介
1、工程概況：南水北調中線穿黃隧洞包括3450m過黃河隧洞和800m邙山隧洞，采用一臺泥水平衡式盾構機自北向南推進，埋深45m隧道施工。隧道直徑9m，采用預制混凝土管片拼裝支護方式。
2、工程地質：根據勘探資料，隧道大約由以下地質層構成：1）全土層：由黃土狀粉質壤土、古土壤、淤泥、粉質粘土、淤泥質粘土、粉質壤土、淤泥質粉質粘土、砂壤土中的一種或幾種組成，所占隧洞總長度的13.2% ；2）全砂層：由粉砂、細砂、中砂、粗砂、含礫砂中的一種或幾種組成，所占隧洞總長度的25.6%；3）復合層：由全土層和全砂層中的任何兩種或以上組成，所占隧洞總長度的15.0%；4）砂礫石層：只要含有砂礫石層就作為單獨的一層，所占隧洞總長度的34.5%；5）鈣質結核土層：層中只要含有鈣質結構就作為單獨的一層，所占隧洞總長度的11.7%；地質結構復雜多變。
盾構機的選擇
1、盾構機的分類與區別
隧道掘進機（Tunnel Boring Machine簡稱TBM）大體分為硬巖掘進機、土壓平橫盾構機、泥水平衡盾構機和頂管機四類。硬巖掘進機用于地質穩定性較好的隧道工程，比如巖石層，一般用于山體隧道；頂管機一般用于距離短、直徑小，地質疏松的小型直線隧道；土壓平衡盾構（EPB）一般用于沙、水含量較少的地質，它是通過螺旋輸送機出渣同時控制出渣量來保持壓力平衡；泥水平衡盾構（slurry）用于地質變化大、條件比較惡劣的環境下，通過進、排泥漿管道出渣同時保持泥漿在氣墊倉的液位保持盾構平衡，并且地面配備泥水分離設備。他們的區別主要在于出渣方式不同。本工程可使用加泥式土壓平衡盾構和泥水平衡盾構。但土壓平衡盾構一般只適應0.3MPa以下的水壓，本工程水壓高達0.45MPa，因此選用泥水平衡盾構。
2、加壓式泥水平衡盾構工作原理
泥水平衡盾構是通過對泥漿壓力進行調節和控制建立平衡、保證掘進的，采用膨潤土懸浮液（俗稱泥漿）作為支護材料。泥漿有兩個作用：1）、在隧道開挖倉形成泥膜，支撐掌子面，防止隧道上方坍塌；2）、將掘進開挖出的渣土通過進、排泥漿將渣土懸浮于膨潤土漿液中，通過管道泵出至配套的泥水處理設備進行分離。泥漿再通過沉淀調制，重復使用。泥水盾構適用的地質范圍較大，從軟弱砂質土層到砂礫層都可以使用。
泥水盾構的掘進模式采用氣壓模式，其泥水系統由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾
構的泥水倉內插裝一道半隔板（如圖[8]），在半隔板前(即開挖艙，如圖[4])充以壓力泥漿，頂部掌子面壓力等于埋深的壓力。在半隔板后面（即氣墊倉，如圖[3])盾構軸心線以上部分充以壓縮空氣（如圖[7]），形成空氣緩沖層，氣壓作用在隔板后面與泥漿接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調節空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應的泥漿支護壓力。當盾構掘進時，有時由于泥漿的流失，或推進速度的變化，進、排泥漿量將會失去平衡（如圖[3、6、9、10]均為進漿管，[11]為排漿管），氣液接觸面就會出現上下波動現象。通過液位傳感器，根據液位的高低變化來操縱供泥漿泵轉速，使液位恢復到設定位置，以保持開挖面支護液壓的穩定。也就是說，供泥漿泵輸出量隨液位下降而增加，隨液位上升而減小，另外在液位最高和最低處設有限位器，當液位達到最高位時，停止供泥漿泵，當液位降低到最低位時，則停止排泥漿泵。由于空氣緩沖層的彈性作用，當液位波動時，對支護泥漿壓力變化無明顯影響。
3、基本配置要求
泥水加壓平衡盾構由掘進系統、同步注漿系統、泥水輸送系統、綜合管理系統、泥水分離系統等五大系統組成；具有泥水壓力平衡功能、泥水輸送及管路延伸功能、自動控制及故障顯示功能、方向控制功能、數據采集處理和分析功能、管片安裝功能、同步注漿功能、泥水分離等基本功能。
三、不同地質層掘進的風險問題與操作控制
1、盾構機在砂層掘進的風險和操作控制
由于砂子顆粒的流動性和不穩定性，在砂層掘進時特點為推力小、刀盤扭矩小、掘進速度快，泥水倉液位和壓力較容易控制，盾構姿態容易“掉頭”；砂層掌子面不穩定，容易造成超挖，操作不當泥水倉液位會迅速的升降，導致掌子面塌方，地面淪陷。同時由于砂子的不連續性且易沉淀，出渣時砂子在管道中沉淀，廢渣不易懸浮在泥漿中排出；泥水分離系統分離效果差，使得泥漿質量下降；在掘進時由于與刀具、刀盤的摩擦很容易造成刀具、刀盤磨損；泥漿管路、進、排漿泵等部件亦磨損嚴重。
根據穿黃盾構經驗，在操作掘進時必須控制掘進速度到40-50mm/min，減小刀盤轉速（一般控制在1-1.2rps)以增大扭矩，減小刀盤、刀具磨損；適當開啟顎式破碎機；盾構機仰俯角保持在1.2―2.0mm/m，保證盾構不“掉頭”；增大進、排漿流量，減小對泥漿管道和進、排漿泵的磨損；同時，精細控制氣墊倉內泥漿液位，進而使得掌子面壓力波動小，防止氣墊倉和開挖艙竄通，導致地面隆起或者河面冒泡；精確控制出渣量，避免超挖多排，防止掌子面塌方，地面淪陷。另根據計算，要求膨潤土泥漿進漿黏度在22s―25s之間，調高泥漿比重，保證泥漿質量。這樣也有利于保護砂子與刀盤刀具、泥漿管道之間的摩擦。若刀盤、刀具磨損嚴重，在砂層帶壓換刀比較危險。一般采用冷凍掌子面等辦法。
2、在土層掘進的問題和操作控制
在土層中掘進尤其有壤土、古土壤時刀盤刀具最容易形成泥餅包裹刀具，無法達到切削效果；掘進速度較慢，貫入度較小，扭矩較小，掌子面較為穩定；泥土溶解于泥漿中，地面泥漿分離設備分離效果最差。
在土層掘進時，由于刀具形成泥餅，貫入度小，掘進速度一般為20-30mm/min，刀盤轉速設定為1.3-1.5rps，破碎機適當破碎與擺動結合；仰俯角保持在0.5―1.0mm/m即可；增大進、排漿流量，增大開挖艙泥漿沖刷流量和壓力，進行“大循環、大沖洗”，減小刀盤刀具上附著的泥餅；精細控制氣墊倉內泥漿液位，使掌子面壓力波動小，防止氣墊倉和開挖艙竄通，精確控制出渣量，避免超挖多排。由于泥土易溶解于泥漿難以分離，故要求膨潤土泥漿進漿黏度在18s―20s之間，降低泥漿比重，棄漿加水，保證泥漿質量。
3、在砂礫石層掘進中的問題與操作控制
在砂礫石層中掘進尤其有大石時，刮刀切削效果差，僅先行刀與滾刀切割石塊，刀具磨損較為嚴重，石塊較大時排漿泵渦輪等位置偶爾堵塞；掘進速度適中，扭矩較大，掌子面一般較為穩定，有時會有空洞；地面泥漿分離設備分離效果良好。
在砂礫石層掘進時，由于刀具配置問題，穿黃盾構機僅有6把滾刀，切削效果不好，掘進速度一般控制在20-40mm/min，刀盤轉速設定為1.4-1.6rps，破碎機一直處于顎式破碎狀態，偶爾擺動；仰俯角保持在0.5―1.0mm/m即可；增大進、排漿流量，增大開挖艙泥漿沖刷流量和壓力，進行“大循環、大沖洗”；精細控制氣墊倉內泥漿液位，使掌子面壓力波動小，防止氣墊倉和開挖艙竄通，使氣墊倉空氣壓力直接進入掌子面空洞造成地面隆起，精確控制出渣量，避免超挖多排。泥水分離效果良好，泥漿黏度控制在20s-22s。若排漿泵被堵塞，提高排漿泵功率一般可以通過，或者拆開排漿泵擋板清除。
4、在鈣質結核層掘進中的問題與操作控制
鈣質結核層中大多數為姜結石狀或者扁于橢圓狀，有很強的膠性且不易破碎，容易形成泥餅包裹刀具影響切削；盾構出渣時很容易膠結成團，堵塞出漿口、管道彎管、排漿泵、泥漿分離設備。使得進、出漿不平衡，氣墊倉液位易控制，進漿管壓力過高等諸多問題。掘進速度慢，貫入度較小，扭矩大小，掌子面較為穩定；地面泥漿分離設備分離效果良好。
在鈣質結核層掘進時，切削、出渣、泥水循環效果不好，掘進速度一般為10-15mm/min，刀盤轉速設定為1.4-1.6rps，破碎機一直處于擺動狀態，偶爾使用顎式破碎模式，以防顎式使得鈣質結核膠結更為嚴重；仰俯角保持在0.5―1.0mm/m即可；掘進時增大進、排漿流量，增大開挖艙泥漿沖刷流量和壓力，進行“大循環、大沖洗”；精細控制氣墊倉內泥漿液位，使之低于氣墊倉中線，避免出漿堵塞瞬間氣墊倉泥漿液位迅速上升，從排氣孔噴出。泥水分離效果良好，但分離設備分配閥容易堵塞。泥漿黏度控制在18s-20s。若排漿泵被堵塞，停止掘進，提高排漿泵功率，如果氣墊倉液位迅速上升，泥漿循環系統馬上切換到旁通模式，緊急情況時在旁通模式下關閉氣墊倉排氣閥；同時調整氣墊倉液位和壓力，等膠結的堵塞物完全循環出排漿管再行掘進。若出渣口堵塞，可以采用高壓反沖洗法慢慢疏通。
5、盾構機在復合層掘進中的問題與操作控制
在復合層中有上砂下土段，有上土下砂段，也有上砂中土下砂礫，期間混雜鈣質結核段，綜合上述四類掘進中的問題和操作控制要領，根據實際情況應變解決。期間注意盾構姿態控制，下軟上硬時盾構會上浮，仰俯角應保持較小甚至為負；下硬上軟時盾構會上浮，應保持較打的仰俯角。
6、其他注意問題
在掘進還應注意每環同步注漿量一定滿足計算設計，壁后注漿飽滿，穩定隧道不易變形；同時盾尾油脂密封應充足，管片質量合格，拼裝精細，避免涌水涌砂，如果涌水涌砂嚴重隧道將會被淹，出現重大事故。
中線、東線的單項工程將全部動工，“南水北調工程將進入一個新階段。”中國工程院院士、水利部長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)總工程師鄭守仁告訴《望望東方周刊》。
長江委是南水北調中線工程技術總負責單位，鄭守仁同時任南水北調專家委員會工程技術及質量檢查專家組組長。
工程的全面啟動，源于2008年10月21日中央批準東、中線一期工程可行性研究總報告(以下簡稱“可研總報告”)“投資、工期正式納入國家計劃，這才可以全面開工。”鄭守仁解釋說。
此前，南水北調中線工程，已于21303年12月30日開始單個項目建設，而整體項目建議書和可研總報告則同步進行。
根據2002年國務院批復的《南水北調工程總體規劃》，中線一期工程調長江水入京的時間預定在2010年。2008年10月31日，國務院南水北調建設委員會第三次全體會議則根據可研總報告，將工期明確為“2013年主體工程完工，2014年汛后通水”。
率先于2002年12月開工的東線一期工程，原定2007年通水的計劃，也后調至2013年。
國務院南水北調工程建設委員會辦公室(以下簡稱“國調辦”)在這次會議后便了工期延后的消息，但直到2009年4月，北京市水務局負責人的相關講話才引起了公眾的關注。
《望東方周刊》記者了解到，中線工程開工5年后完成的這份可研報告，在工期、總投資、環保、移民等方面都有較大調整。“國調辦”負責人在接受新華社記者采訪時解釋了其原因：對方案“深入論證優化比選，以保證工程質量、控制工程成本”。
前期論證終告完成后，這個史詩般的大工程，會在2009年真正走上軌道。而隨著工程的全面實施，調整與變數仍然可能存在。
創新性建設辦法
按照總體規劃，南水北調中線工程從長江支流漢江的丹江口水庫引水，通過12130多公里長的總干渠，跨越江、淮、黃、海四大流域，通人北京、天津。
一般來講，大型水利工程的規劃階段和實施階段在時間上有比較明確的分界，如三峽工程、小浪底工程等，在實施階段前全部或基本完成規劃階段的各項設計任務：完成項目建議書、可行性研究、初步設計、技術實施設計等，才會開工。
而在2002年國家批復《南水北調總體規劃》時，北方地區尤其是京津冀地區水資源短缺形勢日益嚴峻，當時有聲音希望2008年北京奧運會前能完成調長江水入京。
南水北調為此采取了創新性的建設辦法：先制訂“總體設計方案”，然后在此基礎上做單項工程的規劃設計，使建設周期較長、作用關鍵的控制性工程陸續開工。與此同時，完成整個工程的項目建議書、可行性研究。
一本水利專業刊物刊文顯示，行政上負責工程設計規劃的水利部南水北調規劃設計管理局負責人，在布置2004年工作時說，雖然南水北調的前期工作已經進行了50多年，有一定基礎，但是由于規劃思路的變化、規劃方案的調整和設計階段的不同，過去的規劃設計成果已不能完全適應需要，許多工作需要從頭開始。
他認為，要在短時間內提交各單項工程的可行性研究和初步設計成果，設計周期嚴重不足，審查周期被迫壓縮，設計質量和進度都受到一定程度的影響。“經過工程技術人員反復分析論證，提出了編制總體設計方案的工作思路。”
不過，水利部的一位副部長在2004年的南水北調工程前期工作會議上曾表示，從總體上講，前期工作還不能完全滿足單項工程開工建設的要求。
最終，本來列入2003年開工計劃的7個單項工程，當年僅有京石段應急供水工程在這一年的倒數第二天開工。中線實現了開工零突破。
總投資預算的較大調整
在單個項目陸續開工后，2005年國家發改委“發改農經[2005]922號”文件正式批復了中線一期工程的總體項目建議書，前期工作推進到可研總報告階段。
鄭守仁告訴《望東方周刊》，可研總報告原本預計在2006年完成所有審批，但由于一直未得到最后批復，中線全面開工時間延后了兩年。
據本刊記者了解，中線一期可研總報告由長江委下屬的長江勘測規劃設計研究院負責編制，于2005年2月5日完成，隨后在水利系統內部進行審查和修編。
2006年2月起，受國家發改委委托，中國國際工程咨詢公司組織專家，對中線一期工程可研總報告進行預評估。不久，咨詢評估報告上報國家發改委，以供決策取舍。
2005年初的可研總報告中，通水目標仍為2010年；而2006年的咨詢評估報告，已提出2010年不太可行；到2008年3月“國調辦”負責人向中央匯報工程進展時，基本確定工期將進行比較大的調整。
可研總報告中，中線一期工程靜態總投資從2002年預計的920億元，上調至1367億元。據悉，后來國家發改委綜合物價等因素測算的動態總投資，已超過2000億元。這個數字得到了幾位院士的證實。
工程設計變動、環保投資以及移民投資，構成了投資增長的主體。隨著工程延期，移民投資很可能將進一步增加。
按照工程總體規劃，中央預算內撥款或中央國債安排占工程總投資的20％，提高受水6省市城市水價建立的南水北調工程建設基金占35％，銀行貸款占45％。
根據“國調辦”公布的消息，到2009年4月，中、東線一期工程累計下達投資538.7億元，其中中央投資270.7億元，基金79.9億元，貸款198.1億元。國家投資已超過50％。
2008年第四季度，正是在擴大投資、拉動內需的大背景下，中央批復了中、東線一期工程的可研總報告。
不應把南水北調看做單純的調水，賣水工程
中國國際工程咨詢公司農林水部水利一處處長李志超告訴《望東方周刊》，他們曾對單項工程進行過評估，并分別提出過評估意見，“但評估項目建議書和可研總報告是從整個中線的大視角來審視，所以提出的評估結論比單項工程有所進步。”在他看來，評估可研總報告，事實上將工程中比較大的問題進行了一次梳理。
以是否合并一二期工程為例。根據2002年的總體規劃，中線工程將分二期實現，一期工程年均調水量95億立方米，二期提高到130億立方米。
“但總體規劃只提了這個目標，它和可研總報告中都沒有提及如何實現第二期工程，即是不是要在一期工程中有所準備。“李志超說，如果一期工程按照95億立方米的規模建設，二期工程啟動時，要么將一期總干渠加深加寬，要么重開一條水渠，“無論哪種，實現起來都很艱難，投資都非常大。”
在具體施工中，這個問題涉及穿黃
河隧道這樣的控制性工程，是否要按130億立方米規模一次建完。“我們測算發現，穿黃一期工程投資和一次建成的投資僅相差10％。”李志超說。
設計造價超過39億元的穿黃隧道，已于2005年中旬開工建設，而此時可研總報告剛剛編制完成。
此外還包括丹江口大壩高度是分兩期加高，還是一次性按130億立方米總規模加高。2006年可研總報告在接受評估時，提出的是兩種大壩高度方案，建議采用更高的176.6米方案。而在2005年9月，大壩已根據單項可行性研究按17.6米方案動工。
而總干渠是否通過河南焦作的煤礦采空區，一直存在爭議，2005年中旬終于確定繞行，此時距中線開工已過去了一年多。
李志超等參與評估工作的人員認為，不應把南水北調看做單純的調水、賣水工程，應強調其公益性，加大國家投資的主導地位和各地方政府的話語權。而此時按照準市場化原則設置的各個項目法人均已組建完畢，并以經營者的身份來運作工程。
事實上，2008年最終獲準的中線一期可研總報告，在工程設計方面并無原則性改變，而一些咨詢評估建議也被納入，如水利部門目前正在研究調整黃河上的西霞院水庫到總干渠的規模，使其作為工程的應急備用水源。
環保投資獲明確
在湖北，重要的漢江中下游治理工程興隆水利樞紐，終于在2009年2月開工。
南水北調中線工程從漢江中游引水至北京，將使漢江下游來水減少兩成以上。為降低環境影響，湖jE省環境科學院總工程師沈曉鯉主持的“環評報告”，提出了引江濟漢、興隆工程等四大工程。興隆水利樞紐主要通過蓄水調節漢江下游水勢，引江濟漢則以長江水補償漢江。
“90年代南水北調規劃時，并不認為會對漢江中下游造成嚴重影響，只給了湖北兩三千萬元搞環境。”沈曉鯉說，在2002年國務院批復總體規劃時，將四大工程納入，但只提及東線治污總投資240億元，并未明確漢江中下游治理工程的投資規模。
但在21303年底中線開工，特別是丹江口大壩加高工程啟動后，湖北各地方政府對于環境治理及補償的呼聲高了起來，并且比照三峽工程。
2006年中旬，湖北省上報了上述“環評報告”，同年年底，中線一期工程通過國家層面的環境評估。此時開工已過3年，多項控制性工程已啟動，“我們提出的規劃，只能是如何治理和補償，盡量減少影響。”沈曉鯉說。
2005年，興隆水利樞紐的前期準備工作都已完成，并上報待批，地方官員甚至希望當年開工、當年實現截流。該工程計劃工期4.5年。但隨后中央要求中線有關工程在可研總報告全部審批后再開工，興隆工程因此暫停。
據湖北地方媒體報道，該省有關部門為爭取工程盡快開工，多次赴京匯報。
2008年底可研總報告獲批，興隆水利樞紐如愿列入2009年開工名單，并增加發電功能，因此增加的投資全部由國家承擔。這使項目總投資邁過了30億元門檻。沈曉鯉說，可研總報告中，四大工程投資逾84億元，2002年的計劃是70億元。
他還說，湖北省正在對引江濟漢中加入航運功能進行論證和評估，目前計劃投資已超過50億元。
在項目開工報道中，湖北媒體還提到，“國調辦…‘按照‘特事特辦、急事急辦’的原則，從起草批準興隆工程初步設計的文件，審批速度之快，史無前例!”
正式挑戰移民難題
對于外界關注的移民征地問題，主持中線工程移民規劃的長江勘測規劃設計研究院副總工程師尹忠武告訴《望東方周刊》，今年將全面展開。目前確定中線一期工程移民超過40萬，其中30多萬人為丹江口水庫移民，其他為總干渠移民。
其中，總干渠征地范圍呈帶狀分布，不像庫區那樣整村、整組遷移，移民相對分散，一般可在本村組內就近安置。這部分移民已啟動。
而難度最大的，是以丹江口庫區移民為主的約30萬外遷移民，他們將被遷往50多個外地區縣和農場。
2007年，丹江口庫區曾啟動了2萬人的移民試點，尹忠武估計這部分人將在今年9月之前住進新家。目前移民實施規劃正在制訂中，“這將是規劃程序的最后―步，完成后就可以進行實際移民了。”
尹忠武介紹說，2005年可研總報告完成時，估算移民投資約450億元。
在2006年9月1日，國家正式施行新修訂的《大中型水利水電工程建設征地補償和移民安置條例》，據此，耕地土地補償費和安置補助費之和為該耕地被征收前三年平均年產值的16倍，并可進一步提高標準。南水北調是第一個采用16倍標準的大型水利工程。
該條例還將水庫周邊淹沒線以上屬于移民個人所有的零星樹木、房屋等也納入補償范圍，而此前這些都是不予補償的。
關鍵詞: 一井定向; 超短定向邊
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：
1、引言
南水北調工程穿黃隧洞過黃河段總長3450m，隧洞直徑7m，豎井直徑16.4m井深50.5m，由于其倒虹吸結構型式設計，使得平面坐標和方位，只能通過北岸豎井進行一井定向傳遞到隧洞內控制掘進施工，由于豎井直徑的限制，一井定向聯系測量能夠利用的極限定向邊長只有12.7m，而后視定向誤差1秒將導致貫通面偏差達到1.7cm，這在國內盾構同類工程中極其罕見。
2、一井定向的概念
一井定向指的是一個豎井進行的豎井定向測量。是在一個豎井井筒內同時懸掛兩根重錘線（或同時鉛垂地發射兩條可見光束），通過地面和井下聯測，將兩重錘線中心（或光束軸心）的平面坐標及其連線的坐標方位角，傳遞給井下的控制點和導線邊。
（1）聯系測量布設情況如圖1所示。垂線1、垂線2是通過豎井絞車及導向滑輪懸掛并吊有垂錘的高強鋼絲。Z、A為已知的地面導線點,B、G為待求的井下導線點,井下、井上三角形布設時應滿足下列要求:
① 垂線邊距a、a′應盡量布置長些;
② e、f、e′、f′角度應盡量小,最大不應大于0.5°;
③b/a、b′/a′'之比值應盡量小,最大值不應大于1 .5。
（2）三角形測量
①測e、f、e′、f′角度;
②量a、b、c、a′、b′、c′邊長。
（3）三角形平差計算
根據a、b、c、f求j:sinj=bsinf/a
c的計算值:c算=bcosf+asinj
c的不符值:h=c算-c
a邊改正值:Δa=-h/4
b邊改正值:Δb=-h/4
c邊改正值:Δc=h/2
以改正后的邊長a、b、c為平差值,按正弦定理計算出i、j,即為平差后的角值。f改正很小,仍采用原測角值。采用上述方法可計算出井下三角形平差后的邊角a′、b′、c′、i′、j′。f′改正很小,仍采用原測角值。
（4）坐標和方位傳遞計算
已知A點坐標為XA、YA,AZ方位角為Z0。根據平差后的三角形邊角進行計算。
① BG方位角Z0′
AF方位角Z1=Z0+e
FE方位角Z2=Z1+180+j
E′B方位角Z3=Z2+180-j′
求算邊BG方位角Z0′=Z3+180+e′
②B點坐標
XB=XA+ccosZ1+acosZ2+c′cosZ3
YB=YA+csinZ1+asinZ2+c′sinZ3
3、測量輔助設施布置與要求
定向用的豎井井深50.5m，屬于超深豎井，為了保證觀測精度，我們對測量設施進行了改進。
（1）鋼絲
懸吊鋼絲采用直徑0.5mm高強單股鋼絲，以消除多股鋼絲懸掛旋轉的不利影響，同時根據現場實測經驗0.5mm單股鋼絲更便于精確照準。
（2）懸掛重錘
懸掛重錘選用35kg重錘，經直徑0.5mm高強單股鋼絲實際破壞性拉斷試驗，直徑0.5mm高強單股鋼絲極限承重42kg。重錘形狀采用懸浮狀態阻尼性能優于圓錘的正三角棱柱形。
（3）阻尼油桶
油桶采用小型清潔油脂桶，油料選用粘度適中的清潔機油充滿油桶，懸吊重錘基本浸沒入油，以保證觀測過程中鋼絲的穩定。重錘頂端露出油面1厘米，同時底部和四周不碰觸；每次提前一天懸掛，根據鋼絲拉伸情況調整長度。
（4）鋼絲吊架及夾具
利用豎井內襯預埋件牢固焊裝鋼絲吊架，人行架與鋼絲吊架分體，在移動鋼絲時，盡可能減小人為擾動，更快穩定。鋼絲固定形式采用螺栓緊固壓片式夾具固定，絲桿定位，方便收放，使鋼絲長度最佳，從而是重錘在油液中的自由度與阻尼效果獲得最佳。
（5）鋼絲與井上井下臨時觀測標墩點布置
井上、井下臨時觀測標墩點與兩鋼絲構成的夾角，按照小于0.5度的布設要求控制。實際操作中采用現場實測的方法，逐步調整直至滿足要求，示意圖見圖2。
（6）主要測量儀器
4、地面控制網布設
4.1基本點
黃河北岸平面（高程）基本點采用業主觀測墩HS05和HS06，黃河南岸采用HS02和HS03觀測墩，見圖3.
4.2 加密點
北岸豎井附面（高程）加密點永久觀測墩G1、D5和G3；南岸豎井附面（高程）加密點永久觀測墩SA，TP07和TP05。北岸聯系測量加密點到臨時點距離，后視方向NA-D5在600米左右，檢查方向NA-G3、 NA-G1 300米左右。
4.3 地表控制測量
（1）控制方式
地表控制測量利用全球定位系統GPS測量定位技術，采用靜態方式進行。
（2）測量布網
整體平面網復測和加密控制點測量時，利用四臺GPS接收機，南、北岸各兩臺進行同步觀測，以邊連接方式組網。
（3）GPS測量技術要求
主網和加密網觀測時段均為二時段，每時段2小時，兩時段間儀器重新架設。觀測前作衛星可見性預報，作業時選擇有利的觀測時間段，觀測期間接收機能觀測到6顆以上有效衛星，數據采樣率為15秒，GDOP限值6，GPS接收機觀測數據接收及處理時起始高度角設置為15度。GPS控制網成果計算采用基線解算軟件和網平差軟件徠卡LGO6.0。觀測值進行基線解算通過，先在WGS-84基準系統下進行無約束平差，驗算網內部觀測數據質量合格，再以隧道進出口發包人提供的最新HS02、HS03、HS05、HS06作為約束點進行約束平差，坐標轉換時采用地方坐標系統，利用一步法進行轉換。采用的坐標系統同發包人提交成果一致，即北京54坐標系，中央子午線114°，投影面大地高100米。
4.4觀測技術要求和注意事項
（1）井上井下必須同步觀測，貫通前的每次聯系測量相互獨立觀測四組數據，每組之間對鋼絲的位置適當調整；每組觀測12測回。最后計算出的井下方位較差限制在2秒以內，取平均值采用。成果資料必須兩人獨立進行計算。觀測組數應適當增加，以提高成果的可靠性。
（2）觀測過程中盡可能關停距離鋼絲較近、可能擾動鋼絲穩定的震源設備。
（3）南岸豎井聯系測量在鋼環清理后，及時復測，實測成果作為盾構掘進實際采用執行成果。
（4）聯系測量井上井下測距采用萊卡系列全站儀配合反射片進測距，避免使用鋼尺量距。
（5）通風干濕溫度計應懸掛在測站附近，離開地面和人體1.5米以外的陰涼處，讀書前必須通風至少15分鐘，氣壓表要置平，指針不應阻滯；氣象、加常數、乘常數必須進行改正；井上井下實測的鋼絲間距在新一組鋼絲位置移動前進行比對，發現異常及時處理，同時對記錄項目進行檢查；投入的測量儀器設備必須經過檢定，且在使用前作常規檢查。
（6）地面控制網采用GPS測量，每次聯系測量完成后，即時進行；盡可能在時間上連續進行復測，以削弱控制點位移對聯系測量造成的不利影響。
（7）地面控制GPS測量保證時段要求，盡量延長時間，因為點位和測量GPS設備一定，測量的精度主要取決于時段長度，我們采用徠卡(5mm+2ppm）雙頻接收機，按兩個時段控制，每時段保證大于兩小時。
（8）將歷次導線成果整理成對照表，見表2，統計出每次在盾構掘進軸線上的較差，這樣控制點的穩定性就比較明了，隨后后每次的常規導線檢查測量成果也與其進行比較，把握控制點的位移規律，消除使用中的不利影響。
5、結語
“咱們永遠不分開”
1950年，王力金從河北唐山工學院土木工程專業畢業，然后分配到湖南湘鄉一中教書，由于能力突出，很快被提拔為學校教導主任，由于前幾年忙于學習，王力金一晃27歲了還是單身。
1951年10月的一天，王力金辦公室的門被輕輕叩響，他說了聲“請進！”一個皮膚白皙，相貌俊秀的女學生走了進來，她走到王力金面前，喊了聲“王主任”，還來了個標準的革命式敬禮。
這個大方得體的女學生就是黃紹珍，當時她為弟弟轉學的事情來找王力金。弄清黃紹珍弟弟的情況后，王力金按規定幫她辦理了轉學手續。
為了迎接隨后到來的元旦文藝匯演，學校組建了話劇社，王力金擔任話劇導演，選拔話劇演員時，黃紹珍也在報名者之列，她的表演清純自然，活潑大方，還擔任了主要角色。
隨著王力金和黃紹珍接觸越來越多，兩人互生愛慕，漸漸走到了一起。
沒想到，1952年中旬，王力金接到了調他赴遼寧教書的調令，他不知道紹珍愿不愿意跟著他赴東北工作，不免心中忐忑。
讓王力金沒想到的是，當他把調令展示給黃紹珍，并說出自己的期待時，黃紹珍毫不猶豫地說：“你去哪兒，我就去哪兒，咱們永遠不分開！”接下來，黃紹珍先是做通了父母的工作，然后直接去找學校領導面談，直述了她和王力金的戀人關系，表達了她愿意以王力金家屬的身份赴東北報到的想法，學校對她和王力金的感情很是認可，并給他們開具了二人系夫妻關系的證明。
沒有辦理結婚證，沒有舉行婚禮，紹珍便決定跟王力金北上，女友在這件事情上表現出來的勇氣讓王力金十分感動，他暗暗發誓，今后會好好照顧紹珍，不讓她受委屈。
1952年5月16日，黃紹珍跟著王力金踏上了北上的列車。
“我給你做一輩子衣服”
王力金攜妻子赴新單位報到后，開啟了他們的婚姻生活。當時，黃紹珍繼續完成學業，一個人的工資兩個人花，小日子一時有些窘迫。
為了節省每一分錢，黃紹珍課余買來裁剪方面的書，學起了做衣服，她把王力金的舊衣服拆掉，試著給他做了件上衣，王力金穿上后，大小合適，就是一只袖子長，一只袖子短。
黃紹珍想拆掉衣服重做，王力金笑著說，拆掉它會多做許多無用功，把那只短的袖子接上就行了，于是黃紹珍找來同樣顏色的布，把那只袖子拼接得和另一條袖子一樣長，由于初次做衣服，袖子接口處那圈明顯多出來的線無法掩蓋，成了整件衣服的硬傷。即便這樣，王力金照樣穿得很開心，他鼓勵妻子說：“紹珍，你手藝真不錯，有當大裁縫的潛質！”黃紹珍高興地說：“那好，你如果不嫌棄，我給你做一輩子衣服！”
短暫夏天過后，東北很快變冷了，為了應對寒冬，黃紹珍買來粗布和彈好的棉花，拜學校里的大姐為師，學起了做棉襖、棉褲。冬天轉眼就到了，王力金穿著妻子做的衣服去上課，欣賞著丈夫走出門的背影，黃紹珍很是滿足。
進入70年代，的確良風靡全國，的確良是一種布料，由合成纖維做成，因為其挺刮、耐穿，且可以免燙而深受老百姓青睞。雖然的確良價格要比棉布高很多，但只要商店里一到貨，就會被搶購一空。
在黃紹珍眼里，丈夫就是一家之主，是這個家的臉面，好衣服先緊著他穿。的確良上市后，她就扯來布料，給丈夫做了件的確良襯衫，王力金穿上后，覺得襯衫輕薄、涼快，特別舒服，對這件襯衫非常喜愛。不過，當時家里經濟并不寬裕，妻子和兩個兒子穿的衣服都不如他，讓他心里非常不安。妻子笑著對他說：“你是家里的頂梁柱，你不穿誰穿！”
隨著改革開放的深入，中國人穿衣服的色彩漸漸豐富起來，很多人告別了做衣服的習慣。黃紹珍卻依然起勁地給丈夫做衣服，冬天一來，什么毛背心、毛坎肩、毛褲都織好了，連手套也是她親手織出來的。而且每件衣服黃紹珍都根據自己的構想，弄出個新款式來，比買的還好看。
“下次一定注意”
黃紹珍給老伴做了一輩子的衣服，做的衣服數不過來，王力金則給老伴做了一輩子的飯。王力金喜歡下廚，廚藝高超，烹炒煎炸，都由他一手包辦，而黃紹珍總是不滿意，比如，丈夫有時做飯辣椒放得少了，習慣了湘菜的黃紹珍總會抱怨幾句，王力金卻很少爭辯，而是笑著說，下次一定注意。
2016年5月21日，是王力金和老伴結婚64周年紀念日，為了慶祝他們的鉆石婚，兒孫們瞞著奶奶，為她策劃了一場“服裝秀”。
5月21日那天上午，在毫不知情的情況下，黃紹珍被孫女帶往“服裝秀”現場，當燈光驟亮、音樂聲起，響起的正是她年輕時最愛唱的《莫斯科郊外的晚上》。黃紹珍坐定后，“服b秀”演出開始，她最疼愛的小孫女穿著50年代的職業裝出場了――原來，這場“服裝秀”是老伴和兒孫們專門為她籌備的，演員都是她的孩子們，服裝也都是她從上個世紀50年代以來所親手裁制的各種蘊含著時代特色的衣服。看著看著，黃紹珍的眼睛濕潤了。
“服裝秀”結束后，黃紹珍和老伴在孩子們的簇擁下來到一家影樓，兒孫們要為兩位老人再送上一份“最潮”的鉆石婚禮物――時尚寫真秀。
借鑒國外經驗，按照對可達性和機動性要求的程度不同，可將中國路網劃分為干線公路、集散公路和地方道路三種功能類型。干線公路主要強調的是機動性，對可達性的要求相對較低；地方公路正相反，強調的是可達性，對機動性的要求相對較低；集散公路介于兩者之間。各功能公路特征如下。干線公路：提供主移動段的運輸服務，一般直接滿足重交通量的需求，服務于城市和大的城鎮之間長距離交通。干線公路以通行為主要目的，交通流量大，外地車輛比例及大型貨車和客車比例高，駕駛員對路段期望運行速度高于集散公路。集散公路：集散公路服務于省內縣級市、縣城等節點的便捷連接，提供集散運輸服務，滿足于短途交通需求；與干線公路相連，為干線公路匯集地方交通，并向地方疏散干線公路交通。集散公路中，本地車輛比例相對較高，交通組成中摩托車、農用車占有較高的比例，駕駛員對路段期望運行速度介于干線公路和地方連接公路之間。地方連接道路：地方連接公路包括所有沒有劃分到干線公路和集散公路中的道路，主要提供出入運輸服務，滿足通達交通需求，服務于鄉（鎮）、行政村等節點的便捷連接。地方連接公路交通組成應以小型客貨車、摩托車、農用車為主，車輛行駛速度普遍不高。
公路網不同功能公路交通事故分析
為了獲取不同功能公路交通事故特點和成因，研究人員以中國某省公路網為依托，采集了該省死亡3人以上的特大交通事故卷宗資料，并進行了信息提取、整理和分析。
1分析范圍
因特大交通事故不僅死亡人數多、而且影響大，從預防公路特大交通事故的角度出發，交通事故分析對象限定為：全省死亡3人以上、發生在公路上的交通事故。在事故處理過程中剔除了發生在城市道路、專用公路上的交通事故數據和不能確定公路功能屬性的事故數據。經整理獲得有效數據267條，干線、集散和地方連接公路有效事故數據分別為119、102和46條。
2分析方法
采用案例分析的方式，分析事故現場勘察記錄、現場勘察圖、詢問筆錄、車輛鑒定報告、事故認定書等資料，歸納不同功能公路交通事故的主要特征與成因。
3工作過程
公路網不同功能公路特大交通事故分析工作過程如下：第一步：采用復印和相機拍照的方式采集死亡3人以上的特大交通事故卷宗資料，每起事故所拍事故資料照片存入一個文件夾，對文件夾進行編號，在文件夾名中標明事故的編號、道路編號、地點等信息。第二步：從整理的照片文件資料中，逐一分析事故資料，提取事故相關信息，并填入特大交通事故信息表中，每起事故形成一個數據記錄，最終形成特大交通事故信息表，事故記錄文件名稱與存放事故資料照片的文件名一一對應。第三步：根據道路屬性確定交通事故所處路段的公路功能。第四步：根據事故信息表歸納不同功能公路交通事故的主要成因。
4分析結果
根據特大交通事故的案例分析，各功能公路特大交通事故主要特征和成因如下。干線公路。1）相比較于其他功能的公路，特大交通事故中干線公路無證比例、酒后駕駛比例、未按規定停車、讓行和占道行駛的比例較低，但超速和超載比例較高，超載比例接近集散公路的2倍；2）會車、超車和掉頭行為引起的交通事故比例較高；3）長縱坡路段和陡坡急彎路段超載貨車事故較為集中；4）在道路平縱線形或彎道內側障礙物（山體、房屋、樹木）導致的視距不良路段，若前方道路線形與駕駛員預期線形不一致，車輛容易沖出路外發生交通事故；5）路側臨水、臨崖或深邊溝路段車輛墜落后死亡率較高；6）穿村鎮路段交叉口和其他視距不良交叉口事故率較高。集散公路。集散公路和干線公路特大交通事故的特征區別并不十分明顯，這與中國以往路網規劃與建設中沒有明確區分公路功能有關，總體來說集散公路特大交通事故具有以下特征：1）彎陡坡和連續下坡路段，由于彎道超高不足，車輛超速、超載或機械故障容易導致車輛沖出路外；2）在道路平縱線形或彎道內側障礙物（山體、房屋、樹木）導致的視距不良路段，若前方道路線形與駕駛員預期線形不一致，車輛容易沖出路外發生交通事故；3）路側臨水、臨崖或深邊溝路段車輛墜落后死亡率較高；4）死亡人數較多的交通事故車型主要是大、中型客車事故或大型貨車連續碰撞事故；5）在人的因素方面，集散公路中酒后駕駛的比例相比較于其他功能公路高。酒后駕駛涉及車型主要是小客車和摩托車，同時小客車和摩托車存在超載現象；6）平面交叉口路段也是次干線公路特大交通事故發生的主要路段。地方連接公路。1）摩托車、農用車超載及非法拉客駛入河中或深邊溝；2）超載摩托車或農用車在進入視距不良的干線公路交叉口發生事故；3）客車翻入路側河中或深邊溝；4）穿村鎮路段車輛碰撞路側或橫穿行人道；5）道路平縱線形或彎道內側障礙物（山體、房屋、樹木）導致的視距不良路段對撞事故；6）道路平縱線形或彎道內側障礙物（山體、房屋、樹木）導致的視距不良路段對向沖突導致車輛沖出路外。
公路網不同功能公路交通安全改善建議
基于特大交通事故案例分析結果，針對不同功能公路特點、安全現狀與需求，提出交通安全改善建議。
1干線公路
（1）雙向四車道干線公路應設置對向隔離防撞護欄，在穿村鎮路段應設置防止行人隨意橫穿的對向隔離欄桿。（2）在村鎮附近的干線公路路段應加寬硬路肩為行人和非機動車提供通行空間。（3）在穿村鎮路段應設置機非隔離設施和中央分隔帶隔離設施，避免沿線居民隨意橫穿和在路側危險區域內活動。（4）應在雙車道干線公路路段根據路側地形條件間隔設置港灣式緊急停車帶，在大橋兩端和隧道出入口安全距離范圍內也應設置港灣式緊急停車帶。（5）應在干線公路長大縱坡路段前方設置檢修區和加水區，并設置完善的提示標志。（6）宜在干線公路上根據路側地形條件間隔一定距離設置路側停車區，為長距離出行的駕駛員提供停車休息或車輛檢修的安全區域。（7）全線應完善道路指示標志、危險路段（點）的警告標志和限速標志。（8）全線路基高度大于3m的路段應設置路側護欄，在視距不良路段、急彎陡坡組合路段、橋梁路段、沿河路段、深邊溝路段應提高護欄的防護等級，防止大、中型客車沖出路外發生特大交通事故。（9）與集散公路或其他干線公路相交形成的平面交叉口應設置交叉口預告標志，交叉口應根據設計速度和交通流特征進行渠化設計。（10）應采取工程或行政措施封閉干線公路彎道路段的小型出入口，盡量封閉其他路段的出入口，減少出入口對干線公路的影響。應在視距不良或不容易被駕駛員注意的出入口設置警告標志和黃閃燈。
2集散公路
（1）在村鎮附近的集散線公路路段宜加寬硬路肩為行人和非機動車提供通行空間。（2）危險路段（點）應設置警告標志和限速標志。（3）應通過改善線形、移除障礙物以提高視距不良路段通視性，否則應設置線形誘導標、警告標志、限速標志，并根據路側情況設置護欄。（4）應在視距不良路段、急彎陡坡組合路段、橋梁路段、沿河路段、深邊溝路段設置足夠防護等級的護欄，當路段設有客運線路時，還應提高路側護欄的防護等級。（5）應對彎道路段超高進行嚴格核查，對超高不滿足要求的路段應采取工程措施予以改善，暫時不具備改善條件的路段應設置警告標志、限速標志和振動減速設施，并在彎道外側設置足夠防護能力的護欄。（6）與集散公路連接的交叉口應設置指路標志，視距不良的交叉口應提前設置警告標志。與干線公路連接的交叉口應設置指路標志、減速讓行標志和標線（或信號控制），交叉口應該渠化，視距不良時應設置交叉口預告標志。（7）應對設置于小半徑彎道路段的居民區或村莊出入口采取移位措施，否則應通過警告、提示設施提前告知駕駛員出口的存在和出入的位置，同時避免主路駕駛員將支路口當作線路方向。（8）居民或村莊出入口應設置道口樁等出入口提示設施。（9）應在不能正常識別的穿村鎮交叉口設置黃閃燈。（10）穿村鎮路段應考慮設置機非隔離設施，如機非隔離帶、混凝土護欄等。
3地方連接公路
（1）視距不良路段應盡量通過改善線形、移除障礙物提高通視性，否則應設置警告標志、減速丘等減速設施和路側防護設施。（2）有客運線路運營的路段，應在視距不良、急彎陡坡組合路段設置護欄，護欄的防護等級應能夠滿足客車運行速度條件下的防護要求。（3）橋梁路段、沿河路段、深邊溝路段應根據主要服務車型和車輛運行速度設置具有防護能力的護欄。（4）應通過工程措施調整急彎路段的視距和超高，否則應在急彎路段前方設置警告標志，并在急彎路段設置路側防護。（5）與干線公路和集散公路相交的交叉口應設置指路標志或警告標志，并配置減速丘及其配套警告標志標線。（6）應盡量避免在彎道路段設置村莊出入口，否則應通過警告、提示設施提前告知駕駛員出口的存在和出入的位置，同時避免主路駕駛員將支路口當作線路方向。（7）宜在不能正常識別的穿村鎮交叉口設置黃閃燈。（8）穿村鎮路段宜考慮設置機非隔離設施，如機非隔離帶、混凝土護欄等。
關鍵詞：頂管、沉井。
中圖分類號：U443.13+1文獻標識碼： A
1工程概況
宿遷市七堡引水樞紐工程從駱馬湖水庫引水到西民便河和古黃河，設計引水流量為10m3/s；工程位于江蘇省宿遷市宿豫區皂河鎮七堡村；其主要功能是調水引流，改善水環境。樞紐由進水口渠道、倒虹吸樞紐、出口箱涵及明渠組成；本文主要介紹倒虹吸樞紐的頂管和沉井。駱馬湖至古黃河采用頂管方式穿越中運河和古黃河（以下簡稱穿河頂管），古黃河至西民便河的陸地也采用頂管（以下簡稱陸地頂管），為了頂管的施工需要，倒虹吸樞紐沿線設置4座沉井。倒虹吸樞紐由1號沉井、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘、陸地頂管、3號沉井、4號沉井組成。
2.2設計基本資料
2.2.1水文
（1）特征水位
駱馬湖水庫、西民便河、中運河、古黃河特征水位。特征水位值見表2.2-1。
表2.2-1特征水位表
2.2.2工程地質
2.2.2.1地形地貌
工程區位于徐淮黃泛平原區，地形開闊平坦，水系較為發育，工程場地地勢起伏較大，頂管沿線地形呈中間高兩頭低的特征，地形大致可分為三段。頂管進口段（靠近古黃河）長度約280m，地面高程為24.80～26.50m；頂管中間段長度約2241m，地面高程在26.50～29.00m之間，絕大部分高程在28.00m左右；頂管出口段（靠近西民便河）長度約260m，地面高程在23.00～25.50m，兩岸民房比較集中。沿線多為農田，南端有民宅。
2.2.2.2地層巖性
工程區第四系地層廣泛分布，厚度較大，根據區域地質資料，本區第四系覆蓋層厚度大于80m，就勘探深度范圍內所揭示的土層按其成因類型及土的性狀自上而下可分為九層，現分層描述如下：
①層：填土。岸上鉆孔中該層為以壤土或砂壤土為主的素填土，表層含植物根須；水中鉆孔該層為淤泥。
②層：重粉質砂壤土或粉砂（局部粘性大或夾流塑或軟塑狀壤土），暗黃色或灰色，中密狀（局部稍密狀），濕，無光澤，干強度低、韌性低，搖振反應迅速。
②-1層：重粉質壤土。黃色、暗黃色或灰色，軟塑-可塑狀，含鐵質粉末，稍有光澤，干強度及韌性中－低，無搖振反應。
③層：重粉質壤土。暗黃色或灰色，軟塑－可塑狀，稍有光澤，干強度及韌性中－低，無搖振反應。含腐植物。
④層：重粉質砂壤土夾粉砂：暗黃色或灰色，中密－密實狀，濕，無光澤，干強度低、韌性低，搖振反應迅速。
⑤層：粉質粘土或壤土（局部夾砂粒）。灰色或暗黃色，可塑狀，有光澤，干強度及韌性中－高，無搖振反應，夾鐵錳結核，偶含腐植物及螺殼。
⑥層：粉砂或細砂（局部夾砂壤土）：黃色或灰色，中密狀，濕，主要成份以石英、長石為主，有水平向層理。
⑦層：粉質粘土。褐黃色（局部為灰色），硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核，混較多礓結石。
⑧層：細砂或粉砂（局部夾中粗砂）。黃色，密實狀，濕，以石英、長石為主，無明顯層理，混礓結石。
⑧-1層：粘土。褐黃色，硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核。
⑨層：粘土。褐黃色，硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核，混較多礓結石。鉆孔未揭穿此層。
工程場地各建筑物段土層分布情況參見工程地質剖面圖。
2.2.2.3地震及評價
本區歷史上曾發生過8級以上的特大地震，是我國強烈地震帶之一，地震活動的強度和頻度較高。根據《中國地震動參數區劃圖》GB18306-2001，場地區地震動峰值加速度為0.30g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。
據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄P中的有關規定，判別勘察深度內②層、④層重粉質砂壤土為可液化土層，⑥層粉砂、⑧層細砂均為不液化土層。
2.3工程布置及建筑物
2.3.1工程級別和設計標準
宿遷市七堡引水樞紐由進水口渠道、倒虹吸樞紐、出口明渠組成。倒虹吸樞紐由1號沉井及進水閘、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘、陸地頂管、3號沉井、4號沉井組成。根據《防洪標準》、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》、《堤防工程設計規范》，確定本工程穿堤建筑物（包括1號沉井、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘及箱涵）級別為2級，其他建筑物（進水口渠道、陸地頂管、3號沉井、4號沉井、出口明渠）為3級。
擬建場地區的地震動峰值加速度值為0.30g，相應的地震基本烈度為Ⅷ度。根據《水工建筑物抗震設計規范》，本工程倒虹吸建筑物按抗震設計烈度為8度進行抗震設計計算；根據《堤防工程設計規范》的規定，本工程進水口渠道、出口明渠堤防可不進行抗震設計。
2.3.2 工程布置及建筑物
2.3.2.1工程布置
進水口渠道底寬18.50m，底高程20.33m，兩側邊坡1：3。
倒虹吸樞紐包括穿河頂管、古黃河引水泵閘和陸地頂管及4個沉井。倒虹吸樞紐各建筑物中心線沿引水線路中心線呈直線布置，自北向南依次布置1號沉井及進水閘、穿河頂管、2號沉井、陸地頂管、3號沉井、陸地頂管、4號沉井，總長為3240.80m。1號沉井及進水閘布置在駱馬湖水庫堤防以北的駱馬湖水庫之中，穿河頂管穿越中運河和古黃河，2號沉井布置在古黃河以南的農田內，3號沉井布置在古黃河至西民便河中部，4號沉井布置在牛角塘附近。
2.3.2.2 主要建筑物設計
（1）1號沉井布置
依據頂管施工需要，1號沉井底部凈長7.00m、凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在駱馬湖水庫堤防以北35m處。1號沉井既作為倒虹吸的引水進口豎井，又作為鋼筋混凝土頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長9.80m，寬10.30，沉井頂高程27.70m，沉井底面高程1.30m，刃腳底高程-2.30m。沉井高度達30.00m，壁厚尺寸需要分段設計，沉井分上、中、下三部分，上部沉井高程15.00~27.70m段井壁厚度為1.00m；中部沉井高程7.50~15.00m段井壁厚度為1.20m；下部沉井高程-1.10~7.50m段井壁厚度為1.40m；刃腳在高程-2.30~-1.10m，厚度為0.40~1.40m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.40m，其下封底混凝土厚度為1.20m。靠近駱馬湖水庫堤防側在中心高程4.05m處設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.56m。
（2）穿河頂管
穿河頂管布置在駱馬湖至古黃河段，以頂管方式穿越中運河和古黃河。采用鋼筋混凝土圓形管，根據布置，頂管中心線高程為4.05m，長度615m，內徑3.50m，考慮到頂管在施工期和檢修期會承受約20m深地下水壓力及最高25.5m的土壓力，頂管壁厚0.33m，則外徑為4.16m。
為穿河頂管進、出洞口的防滲需要，在頂進洞口及接收洞口設置聯排φ700mm的高壓旋噴樁，處理范圍為長10m、寬4.2m、高12m。
（3）2號沉井
依據穿河頂管施工需要，2號沉井底部凈長9.20m、凈寬7.50m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在古黃河堤防以南的農田內。沉井既作為倒虹吸樞紐穿河頂管的引水出口豎井，又作為穿河頂管的頂進工作井，同時也是陸地頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長12.40m、寬10.70，沉井頂高程26.50m，沉井底面高程1.30m，沉井刃腳底高程-2.70m。沉井高度達29.20m，井壁厚度需要分段設計，沉井分上部、中部、下部三部分，上部沉井高程17.20~26.50m段井壁厚度為1.00m；中部沉井高程7.50~17.20m段井壁厚度為1.40m；下部沉井高程-1.27~7.50m段井壁厚度為1.60m；刃腳在高程-1.27~-2.70m，厚度為0.40~1.60m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.40m，其下封底混凝土厚度為2.60m。北側中心高程4.05m，設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m。南側中心高程13.80m，設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.62m。
（4）陸地頂管
從古黃河至西民便河的陸地頂管長度為2580m，在陸地頂管中部設置一個工作井，即3號沉井。2號沉井至3號沉井之間的陸地頂管長度為1280m，3號沉井至4號沉井之間的陸地頂管長度為1300m，頂管中心線高程為13.80m，內徑3.50m，考慮到頂管在施工期和檢修期會承受約13m深地下水壓力及最高約15m的土壓力，頂管壁厚0.33m，則外徑為4.16m。
（6）3號沉井
依據頂管施工需要，3號沉井底部凈長9.20m，凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在古黃河至西民便河中部。3號沉井既是陸地頂管的頂進工作井，又作為陸地頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長12.00m、寬10.30，沉井頂高程28.50m，沉井底面高程11.10m，刃腳底高程7.80m。沉井高度達20.7m，壁厚尺寸需要分段設計，沉井分上、下兩部分，上部沉井高程20.50m~28.50m段井壁厚度為1.00m；下部沉井高程8.99m~20.5m段井壁厚度為1.40m；刃腳在高程7.80m~8.99m，厚度為0.40~1.40m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.20m，封底混凝土厚度2.30m。北側中心高程13.80m設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m; 南側中心高程13.80m設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.62m。
（7） 4號沉井
依據陸地頂管施工需要，4號沉井底部凈長9.20m，凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在牛角塘附近。4號沉井是陸地頂管的頂進工作井。沉井外形輪廓尺寸長11.60m，寬9.90m，沉井頂高程25.50m，沉井底面高程11.10m，刃腳底高程8.40m。沉井高度為17.10m，井壁厚度需要分段確定，高程17.00~25.50井壁厚度為1.00m；高程9.35~17.00井壁厚度為1.20m，刃腳在高程,8.40m~9.35m，厚度為0.40~1.20m。考慮到4號沉井高度不大，為了增加頂進工作井的頂力，在沉井后背土體采用高壓旋噴樁加固土體；本工程采用直徑為0.70m的單頭高壓旋噴樁，樁長12.00m，置換率約30%，水泥參入量暫定為15%。高壓旋噴樁范圍為整個沉井9.90m寬、長度為10m。
沉井底部為⑥層粉砂，如采用排水下沉，容易發現流沙，并引起該沉井附近民房因地基排水下沉而開裂，選擇不排水下沉施工，水下封底混凝土厚度2.00m、底板鋼筋混凝土厚度1.00m。北側中心高程13.80m處設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m；南側底高程17.83m處設置矩形出水孔兩孔，孔高2.00m、孔寬2.50m。
為了陸地頂管的檢修需要，在4號沉井內設置檢修門槽，檢修門凈寬2.50m，閘底板頂高程17.83m，閘頂高程23.50m，閘底板采用長度為2.00m的懸臂式底板、厚度為1.00m~1.50m，閘墩厚1.05m。
3頂管與沉井設計計算
3.1頂管設計計算
穿河頂管要求頂管上部覆土厚度應不小于頂管外徑的兩倍，并對施工期的頂管進行抗浮安全性計算，抗浮穩定安全系數應大于1.10。頂管上作用的土壓力按《給水排水工程頂管技術規程》（CECS246-2008）有關公式進行計算；水壓力按當地地下水位進行考慮。計算工況包括施工期（空管）、運行期（滿管）的受力計算對管道進行結構內力計算；按偏心受壓構件進行頂管的配筋分析。考慮到頂管受到比較大的頂力，要求頂管混凝土標號不低于C50，按頂管規程計算頂管本身的最大允許頂力。
3.2沉井設計計算
根據《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》（CECS137-2002）的有關規定，沉井的穩定計算主要包括：下沉、下沉穩定性及抗浮驗算，必要時尚應進行沉井結構的抗滑、抗傾穩定計算。沉井的結構計算，沿水平方向不同高程截取相應的斷面，按閉合框架進行鋼筋混凝土沉井的內力分析得出軸力、彎矩、剪力，再按偏心受壓構件進行沉井的配筋計算，對沉井的刃角也要進行結構計算；對于工作井的底板按三邊簡支和頂力作用邊為固端進行計算，對于接受井的底板按四邊簡支進行計算。沉井的頂力作用邊為了承受較大的頂力，要求沉井上設置插筋與底板鋼筋焊接，使底板與沉井頂力邊形成固端。通過沉井的穩定計算、沉井壁的抗剪計算結果，取小值作為頂管施工中沉井允許最大頂力。
關鍵詞：測量機器人；中間法三角高程測量；沉降觀測；精度分析
中圖分類號：P258 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
北京市南水北調東干渠工程為重力流輸水隧道工程，第三方監測第一標段起始于五環路上清橋，沿北五環向東，至廣順橋向南折向東五環平房橋總長22.7km。全線采用盾構法施工，隧道外徑為φ6.0m，雙層襯砌結構。
本工程需在穿越的16處橋梁安裝靜力水準儀對墩柱沉降進行高精度實時監測。但在實際安裝過程中，部分橋梁并不適合安裝靜力水準儀，主要有以下兩方面原因：
1.橋墩之間落差太大（約1m~8m），安裝靜力水準儀會因為轉點過多而降低監測精度，且距地表3m以內靜力水準儀容易被人為破壞。
2.靜力水準儀之間的水管及數據線橫跨高速公路容易被超高貨車拉斷，導致系統故障，且妨礙交通。
本文介紹了三角高程自動監測系統的功能、技術原理，并對系統進行了精度分析，為實際工程中采用該系統提供了技術依據。
一、三角高程自動監測系統簡介
三角高程自動監測系統是利用 CDMA網絡實現遠程控制TCA2003全站儀，使其對監測點進行自動實時監測。
TCA2003 全站儀是瑞士Leica 公司生產的，具有自動目標識別（ATR）功能，該儀器是智能型全站儀的開拓者，被譽為測量機器人，也是當今世界上測量精度最高的全站儀之一，測角精度±0．5″，測距精度±(1mm+1ppm)。
三角高程自動監測系統軟件是基于 Vsiual Basic 6.0開發的，用于控制Leica TCA2003全站儀進行自動變形監測以及對監測過程中所采集的數據進行管理與處理。
該系統將自動測量、實時顯示測量成果、實時顯示變形趨勢等智能化的功能合為一體，是進行各類建筑物自動變形監測、滑坡監測及大壩監測等的理想系統。其主要特點如下：
1)建立高精度的基準點，采用差分改正或氣象改正加投影改正、儀器加乘常數改正的數據后處理方案，最大限度地消除或減弱多種誤差因素，從而大幅度提高測量結果的精度；
2)在無人值守的情況下，可以實現全天 24小時連續地自動監測，節約了大量的人力；
3)實時進行數據后處理、數據分析、報表輸出及變形曲線圖形的顯示與輸出等；
4)通過網絡，實時遠程控制測量機器人進行自動化變形監測；
5)系統維護方便。
二、三角高程自動監測系統數學模型
三角高程自動監測系統工作原理基于中間法三角高程測量技術，如圖1所示，為測定A、B 點之間高差，可仿照水準測量方法，在A、B 兩點上豎立棱鏡（建筑物上直接采用粘貼的方式），在兩點間大致中間的位置P處架設全站儀(中間法由此得名)，后視A點棱鏡測得高差h1，前視B點棱鏡測得高差h2，則A點至B點的高差為：
HAB=h2-h1 (1)
圖1三角高程自動監測系統工作原理圖
其中
（2）
（3）
上式中，S1、S2分別為P點到A點和B點的斜距；a1、a2為P點到A點和B點的豎角；i1、i2為P點到A點和B點的儀器高；t1、t2為P點到A點和B點的棱鏡高；K1、K2為P點到A點和B點的大氣折射系數；D1、D2為P點到A點和B點的平距；R為地球曲率半徑（近似取6371000m）。于是有：
（4）
由于在監測作業過程中測量機器人采用強制對中，儀器高度不變，A、B也采用固定粘帖，故上式 為常數，由此得到：
（5）
三、三角高程自動監測精度分析
由圖1看出，P點的觀測精度主要是從A點到C點的測量誤差。將式（5）進行全微分得：
（6）
式（6）中第一項為測距誤差引起的高差誤差；第二項為測角引起的高差誤差；第三項為大氣折射引起高差誤差。由于D=Scosa，則根據誤差傳播規律，AB之間的高差中誤差為：
（7）
在實際作業過程中，為了提高精度，前后平距盡量相等，即D1≈D2=D；前后視豎角盡量小且相等，即a1≈a2=a；采用同一臺全站儀則測角誤差、測距誤差均相等，即ms1=ms2=ms；ma1=ma2=ma。于是式（7）可簡化為：
（8）
參考相關文獻，大氣折光系數的取值范圍為0.09~0.14之間，最大差值為0.05，考慮到最不利條件，取mk=±0.05。根據《建筑變形測量規范》，按二級精度要求控制橋墩沉降觀測精度，其中規定三角高程測量的限差按二級精度要求為≤（mm）（L為路線長度，在詞取2D，以千米為單位），同時規定視線垂直角不宜大于10°，距離不宜大于300m。從表1可以看到在垂直角小于7°，距離小于70m時，三角高程自動監測系統精度不僅滿足規范要求，而且監測精度≤±0.3mm，可以達到靜力水準儀自動監測相同效果。
四、工程實例
溫榆河電力隧道下穿機場線工程位于北京市溫榆河大道K1+400~K1+550段，采用暗挖法施工，新建電力隧道與軌道交通機場線相交，角度為87.05°。下穿北京機場線高架橋段90號橋墩與91號橋墩之間。90號橋墩與91號橋墩之間為25m簡支梁。
下穿段電力隧道采用暗挖法施工。電力隧道采用拱頂斷面，隧道凈高2.3m，凈寬2m，總高3.4m，總寬度3.1m，初襯250mm，二襯300mm，采用C30混凝土。隧道外緣至承臺的最短距離為6.070m，距橋樁的最短距離為6.570m。圖2為電力隧道與墩臺位置關系示意圖。
圖2電力隧道與機場線高架橋橋樁剖面關系圖
自動化監測工作開始于2012年5月30日，至2012年8月25日結束。其中橋梁體結構豎向變形時程曲線如下圖所示。
圖3橋梁體結構豎向變形時程曲線圖
從圖3看出，測量機器人自動化監測系統在溫榆河電力隧道下穿機場線工程的實際應用效果較好，其監測精度也能達到靜力水準儀自動化監測精度。
結語
地下工程穿越既有交通設施是一項十分復雜的風險工程，實時沉降監測是確保既有交通設施安全運營的必要手段。本文介紹了三角高程自動監測系統數學模型，并進行了精度分析，結合已采用三角高程自動監測系統的穿越工程的實例，得出三角高程自動監測系統可以代替靜力水準儀自動監測系統的結論。
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