临时工作井变更为永久工作井在供水工程中的应用

林诗然

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635)

1 工程概况

珠江三角洲水资源配置工程是为优化配置珠江三角洲地区东、西部水资源，从珠江三角洲网河区西部的西江水系向东引水至珠江三角洲东部，主要供水目标是广州市南沙区、深圳市和东莞市的缺水地区。

试验段项目是珠江三角洲水资源配置工程的一部分，位于深圳分干线末端。深圳分干线起点为罗田水库南侧新建的罗田加压泵站，终点为公明水库，长11.9km，设计输水流量30m3/s，前段7km采用钻爆法施工，后段4.9km采用盾构法施工。试验段项目长1.67km，由盾构隧洞、公明水库进库闸和2座盾构施工工作井组成。其中一座临时盾构工作井(SY01#)，因增设检修蝶阀需要变更为永久工作井[1-2]。

本次变更，将原本的临时井改为永久井，导致需要拆除井内底板及对撑，重新加上底板、边墙和对撑；为满足蝶阀的起吊安装要求及进库闸配电房的布置，需要增加上部结构、安装间和副厂房；因配电房需要在井内设置电缆夹层；为满足井内检修设置了楼梯和集水井；为满足防洪要求设置了防洪闸门和水下墙；考虑到SY01#出发井位置偏远，市政水头不够，为满足给排水及消防要求设置了水泵房；为满足上部结构美观及通风采光的要求进行建筑设计。

2 试验段SY01#出发井原设计方案

试验段SY01#出发井布置于公明水库坝后，平面外尺寸(长×宽)32m×15.4m，内尺寸(长×宽)20.0m×13.0m，顶部高程35.5m，井底高程18.0m，井深17.5m。SY01#出发井为盾构双向始发工作井，盾构机首先由该井向公明水库库内掘进，到达接收井2#后吊出，然后重回该井始发，向SY01#出发井掘进。出发井为地下连续墙和内支撑结构，连续墙厚度1.0m，井内转角处混凝土支撑尺寸1.0m×1.2m，层间间距4.0～4.5m，洞口处设置素混凝土墙加固，墙厚1.2m。

3 试验段SY01#出发井变更后的设计方案

试验段SY01#出发井调整为永久结构，拆除原底板和混凝土支撑，在井内重新布置底板和边墙，增加上部结构和桥机。在井内原有管道上增设检修蝶阀。底板和边墙平面外尺寸(长×宽)30.0m×13.4m，内尺寸(长×宽)27.6m×11.0m，底板顶部高程19.3m，底板底高程17.3～18.3m，底板厚度1～2m，在检修阀区间的底板厚度2m。边墙顶高程35.5m。检修阀区间以外钢管采用外包混凝土，外包混凝土顶高程为27.3m。在井的顶部高程35.5m处设置安装间和副厂房，安装间和副厂房之间留出吊装区间。在副厂房以下32.5m处设置电缆夹层。在安装间以下32.5m处设置混凝土支撑。沿吊装区间边墙设置楼梯，从井的顶部通往底部。在检修阀区间设置集水井，集水井深度1m，平面尺寸(长×宽)2.0m×2.0m。操作层四周设置水下墙和防洪钢门，水下墙和防洪钢门顶高程为39.5m。上部结构位于操作层高程35.5m以上，包括牛腿柱、T型梁和轻型钢屋面[3]。

4 基本资料

4.1 特征水位

试验段SY01#出发井厂区防涝水位(P=0.33%)为39m。

4.2 工程地质

4.2.1 试验段线路工程地质条件评价

试验段位于深圳市光明新区，沿线为山间盆地，地形较平缓，沿线地表多为菜地，少量果林。原地形地貌已被人为改造，现状仍见有人工堆填、开挖施工，现状地面高程多为15～21m，临近公明水库残丘部分，高程为30～73m。

根据钻孔揭露，覆盖层厚度约2～8m，局部揭露达15.1m(ZKCF51)主要为第四系填土层及坡积层。填土层主要为砾质黏土，夹有碎石块，欠压实状；坡积层主要由红黄色砂砾质黏土组成，局部夹有少量块石，可塑状为主，黏性好，干强度较高。

下伏基岩为中元古代长安组(Pt2c)片麻岩，沿线全风化带较厚，揭露厚度10～43m，强风化呈薄层分布为主，较连续，厚度多在1～3m，局部7～10m，弱风化带未揭穿。沿线全风化带起伏较大，风化深厚、不均，局部含有较多强及弱风化岩，存在球状风化现象；强风化带分布不稳定，完整性差，岩质较软-较硬；弱风化带上部岩石完整性较差，下部完整性较好，岩质坚硬，声波测试纵波速度平均值4429m/s，范围值为3968～4695m/s，完整性系数平均值是0.65，岩体完整程度为较完整，岩石磨蚀性指标CAI值为3.42，磨蚀性等级为高，石英矿物含量约30%～35%，饱和单轴抗压强度为110～150MPa。

总之，试验段位于公明水库下游山前盆地，地形较平坦，现为菜地，地下水富集，地下水位较高。盾构隧洞穿过的围岩软硬变化较大，施工难度大，应特别注意在全风化带存在的球状风化现象，施工时应采取超前钻探等措施，探明风化夹层及球状风化情况。

4.2.2 各岩土层主要物理力学参数

根据室内岩土试验成果统计和现场试验结果，类比相关工程经验，提出各岩土层的物理力学参数建议，各岩土层主要物理力学参数建议值表，见表1；岩石物理力学参数建议值表，见表2；各岩土层开挖边坡参数建议值表，见表3。

表1 各岩土层主要物理力学参数建议值表

续表1 各岩土层主要物理力学参数建议值表

表2 岩石物理力学参数建议值表

表3 各岩土层开挖边坡参数建议值表

4.3 设计规模和建筑物级别

深圳分干线(罗田水库-公明水库段)设计输水流量为30m3/s，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，公明水库进库闸及附属建筑物为2级建筑物。

4.4 工程合理使用年限

试验段主要建筑物合理使用年限为100a。

5 试验段SY01#出发井变更设计

5.1 试验段SY01#出发井抗浮稳定、地基应力计算

5.1.1 基本组合

1)完建工况：结构自重。地下水取与工作井底板齐平。

2)设计运用工况：结构自重、管内水重和浮力。底板排水孔封堵完毕，地下水位地下水位按低于地面0.8m考虑。

5.1.2 特殊组合

1)检修工况：结构自重和浮力。底板排水孔封堵完毕，地下水位地下水位按低于地面0.8m考虑。

2)校核水位运用工况：结构自重、管内水重和浮力，底板排水孔封堵完毕，水位采用厂区防洪水位。试验段SY01#出发井抗浮稳定计算结果表，见表4。

表4 试验段SY01#出发井抗浮稳定计算结果表

参照《泵站设计规范》，工作井抗浮稳定安全系数的允许值，不分级别和地基种类，基本荷载组合下≥1.10，特殊荷载组合下≥1.05。

经计算，各工况抗浮满足规范要求。试验段SY01#出发井建基面为全风化土，承载力特征值180～250 kPa，因此，满足设计要求，无需进行地基处理。

5.2 试验段SY01#出发井结构计算

试验段SY01#出发井采用矩形敞口水池进行结构计算。水池长度30m，宽度13.4m，高度16m。计算工况：池内无水，池外填土。由于工作井顶部设置了混凝土楼板和支撑梁，故井壁顶部按照简支边界考虑，不考虑其它高程的混凝土支撑梁。

5.3 底板结构计算

试验段SY01#出发井底板面高程19.3m，底板厚1m。

1)计算断面选取：底板按四边固定，计算跨度：长28.8m，宽12.2m。按单向板计算。参考《水工混凝土结构设计手册》矩形水池进行计算。

2)荷载计算：运行期井内无水，底板荷载为：自重、回填混凝土重、水压力，地下水平地面为16m。承载能力极限状态计算时的荷载分项系数：自重及回填混凝土重取1.05，水压力取1.1。底板荷载计算表，见表5。

表5 底板荷载计算表

3)内力计算：

底板内力结果表，见表6。

表6 底板内力结果表

5.4 边墙结构计算

试验段SY01#出发井边墙厚1.2m，顺水流方向边墙长度30m，高度16m；垂直水流方向边墙长度13.4m，高度16m。

1)计算断面选取：边墙按三边固定，定边简支。顺水流方向边墙计算跨度：长度28.8m，高度15m。垂直水流方向边墙计算跨度：长度12.2m，高度15m。按双向板计算。参考《水工混凝土结构设计手册》矩形水池进行计算。

2)荷载计算：运行期井内无水，边墙荷载为：土压力、水压力，地下水平地面为16m。承载能力极限状态计算时的荷载分项系数：土压力为1.2，水压力为1.1。墙侧向土压力荷载计算表，见表7。

表7 边墙侧向土压力荷载计算表

3)内力计算：底板内力结果表，见表8。

表8 底板内力结果表

6 变更影响分析及结论

试验段SY01#出发井调整为永久结构，增加了停水检修的功能。增设蝶阀为深圳分干线增加了一道保障。

调度方面：增设的蝶阀只有在进库闸无法下闸的特殊情况下，才进行关闭。蝶阀本身的检修，必须在停水期开展，当蝶阀发生漏水等故障时，需要深圳分干线进行停水检修。

变更方案对总工期无影响。变更方案对当地的生态环境影响较小。