臨時工作井變更為永久工作井在供水工程中的應用

林詩然

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

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

試驗段項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。深圳分干線起點為羅田水庫南側新建的羅田加壓泵站，終點為公明水庫，長11.9km，設計輸水流量30m3/s，前段7km采用鉆爆法施工，后段4.9km采用盾構法施工。試驗段項目長1.67km，由盾構隧洞、公明水庫進庫閘和2座盾構施工工作井組成。其中一座臨時盾構工作井(SY01#)，因增設檢修蝶閥需要變更為永久工作井[1-2]。

本次變更，將原本的臨時井改為永久井，導致需要拆除井內底板及對撐，重新加上底板、邊墻和對撐；為滿足蝶閥的起吊安裝要求及進庫閘配電房的布置，需要增加上部結構、安裝間和副廠房；因配電房需要在井內設置電纜夾層；為滿足井內檢修設置了樓梯和集水井；為滿足防洪要求設置了防洪閘門和水下墻；考慮到SY01#出發井位置偏遠，市政水頭不夠，為滿足給排水及消防要求設置了水泵房；為滿足上部結構美觀及通風采光的要求進行建筑設計。

2 試驗段SY01#出發井原設計方案

試驗段SY01#出發井布置于公明水庫壩后，平面外尺寸(長×寬)32m×15.4m，內尺寸(長×寬)20.0m×13.0m，頂部高程35.5m，井底高程18.0m，井深17.5m。SY01#出發井為盾構雙向始發工作井，盾構機首先由該井向公明水庫庫內掘進，到達接收井2#后吊出，然后重回該井始發，向SY01#出發井掘進。出發井為地下連續墻和內支撐結構，連續墻厚度1.0m，井內轉角處混凝土支撐尺寸1.0m×1.2m，層間間距4.0～4.5m，洞口處設置素混凝土墻加固，墻厚1.2m。

3 試驗段SY01#出發井變更后的設計方案

試驗段SY01#出發井調整為永久結構，拆除原底板和混凝土支撐，在井內重新布置底板和邊墻，增加上部結構和橋機。在井內原有管道上增設檢修蝶閥。底板和邊墻平面外尺寸(長×寬)30.0m×13.4m，內尺寸(長×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，在檢修閥區間的底板厚度2m。邊墻頂高程35.5m。檢修閥區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處設置安裝間和副廠房，安裝間和副廠房之間留出吊裝區間。在副廠房以下32.5m處設置電纜夾層。在安裝間以下32.5m處設置混凝土支撐。沿吊裝區間邊墻設置樓梯，從井的頂部通往底部。在檢修閥區間設置集水井，集水井深度1m，平面尺寸(長×寬)2.0m×2.0m。操作層四周設置水下墻和防洪鋼門，水下墻和防洪鋼門頂高程為39.5m。上部結構位于操作層高程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

試驗段SY01#出發井廠區防澇水位(P=0.33%)為39m。

4.2 工程地質

4.2.1 試驗段線路工程地質條件評價

試驗段位于深圳市光明新區，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，現狀仍見有人工堆填、開挖施工，現狀地面高程多為15～21m，臨近公明水庫殘丘部分，高程為30～73m。

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

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

總之，試驗段位于公明水庫下游山前盆地，地形較平坦，現為菜地，地下水富集，地下水位較高。盾構隧洞穿過的圍巖軟硬變化較大，施工難度大，應特別注意在全風化帶存在的球狀風化現象，施工時應采取超前鉆探等措施，探明風化夾層及球狀風化情況。

4.2.2 各巖土層主要物理力學參數

根據室內巖土試驗成果統計和現場試驗結果，類比相關工程經驗，提出各巖土層的物理力學參數建議，各巖土層主要物理力學參數建議值表，見表1；巖石物理力學參數建議值表，見表2；各巖土層開挖邊坡參數建議值表，見表3。

表1 各巖土層主要物理力學參數建議值表

續表1 各巖土層主要物理力學參數建議值表

表2 巖石物理力學參數建議值表

表3 各巖土層開挖邊坡參數建議值表

4.3 設計規模和建筑物級別

深圳分干線(羅田水庫-公明水庫段)設計輸水流量為30m3/s，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，公明水庫進庫閘及附屬建筑物為2級建筑物。

4.4 工程合理使用年限

試驗段主要建筑物合理使用年限為100a。

5 試驗段SY01#出發井變更設計

5.1 試驗段SY01#出發井抗浮穩定、地基應力計算

5.1.1 基本組合

1)完建工況：結構自重。地下水取與工作井底板齊平。

2)設計運用工況：結構自重、管內水重和浮力。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：結構自重和浮力。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)校核水位運用工況：結構自重、管內水重和浮力，底板排水孔封堵完畢，水位采用廠區防洪水位。試驗段SY01#出發井抗浮穩定計算結果表，見表4。

表4 試驗段SY01#出發井抗浮穩定計算結果表

參照《泵站設計規范》，工作井抗浮穩定安全系數的允許值，不分級別和地基種類，基本荷載組合下≥1.10，特殊荷載組合下≥1.05。

經計算，各工況抗浮滿足規范要求。試驗段SY01#出發井建基面為全風化土，承載力特征值180～250 kPa，因此，滿足設計要求，無需進行地基處理。

5.2 試驗段SY01#出發井結構計算

試驗段SY01#出發井采用矩形敞口水池進行結構計算。水池長度30m，寬度13.4m，高度16m。計算工況：池內無水，池外填土。由于工作井頂部設置了混凝土樓板和支撐梁，故井壁頂部按照簡支邊界考慮，不考慮其它高程的混凝土支撐梁。

5.3 底板結構計算

試驗段SY01#出發井底板面高程19.3m，底板厚1m。

1)計算斷面選?。旱装灏此倪吂潭?，計算跨度：長28.8m，寬12.2m。按單向板計算。參考《水工混凝土結構設計手冊》矩形水池進行計算。

2)荷載計算：運行期井內無水，底板荷載為：自重、回填混凝土重、水壓力，地下水平地面為16m。承載能力極限狀態計算時的荷載分項系數：自重及回填混凝土重取1.05，水壓力取1.1。底板荷載計算表，見表5。

表5 底板荷載計算表

3)內力計算：

底板內力結果表，見表6。

表6 底板內力結果表

5.4 邊墻結構計算

試驗段SY01#出發井邊墻厚1.2m，順水流方向邊墻長度30m，高度16m；垂直水流方向邊墻長度13.4m，高度16m。

1)計算斷面選?。哼厜Π慈吂潭ǎㄟ吅喼Аｍ標鞣较蜻厜τ嬎憧缍龋洪L度28.8m，高度15m。垂直水流方向邊墻計算跨度：長度12.2m，高度15m。按雙向板計算。參考《水工混凝土結構設計手冊》矩形水池進行計算。

2)荷載計算：運行期井內無水，邊墻荷載為：土壓力、水壓力，地下水平地面為16m。承載能力極限狀態計算時的荷載分項系數：土壓力為1.2，水壓力為1.1。墻側向土壓力荷載計算表，見表7。

表7 邊墻側向土壓力荷載計算表

3)內力計算：底板內力結果表，見表8。

表8 底板內力結果表

6 變更影響分析及結論

試驗段SY01#出發井調整為永久結構，增加了停水檢修的功能。增設蝶閥為深圳分干線增加了一道保障。

調度方面：增設的蝶閥只有在進庫閘無法下閘的特殊情況下，才進行關閉。蝶閥本身的檢修，必須在停水期開展，當蝶閥發生漏水等故障時，需要深圳分干線進行停水檢修。

變更方案對總工期無影響。變更方案對當地的生態環境影響較小。