
将红旗河的主隧洞,设计成与等高切线平行内进三公里,每隔50公里打一口,向上的维护斜井,坡度一比十。
在施工前,在等高线的可见外壁,向上打坡度一比十的辅助施工斜井三公里,才能到达红旗河的主隧洞位置,进行隧洞挖掘施工,即使隧洞有水,也可以顺利排出。
隧洞完工后对辅助施工斜井进行填埋,并保留维护斜井。
每一节红旗河50公里隧洞,相当于容积769万立方的水库,三公里斜井相当于3000米厚水库大坝,无论多强的地震都能抵御。
由于是分段施工可以采用恒大模式,由各中标单位垫资施工。
方案核心优势:
1.等高线平行主隧洞(内进3km):
优点:保持相对稳定的埋深,减少垂直方向的地质变化影响;内进3km可增加主洞埋深,提升围岩稳定性。
考虑:需精确测绘等高线,路线可能蜿蜒,增加施工测量和掘进难度。内进3km需评估地质条件是否允许。
2.系统化维护斜井(50km间距,坡度1:10):
功能:永久性设施,用于后期检修、通风、应急逃生。
坡度1:10(约5.71°):较陡,但人员设备可通行,满足功能需求。
间距50km:需平衡建设成本与运维便利性。在紧急情况下,人员从主洞中段撤离至斜井口的距离较长。
3.辅助施工斜井(坡度1:10,长度~3km):
核心价值:解决深埋长隧洞的施工期排水和作业面开辟难题。
选址:选择“等高线可见外壁”(即山体侧壁)向上打井,能有效缩短斜井长度(相比从山顶打垂直井或更缓的斜井)。
坡度1:10:陡坡利于重力排水,确保施工期涌水能快速排出洞外,保障干地施工环境,提高效率和安全。
长度~3km:对应主洞内进3km的设计,确保到达主洞设计高程。
临时性:完工后填埋,避免成为永久渗漏通道或安全隐患。
4.排水保障:
施工期:辅助施工斜井(坡度陡)是主要排水通道。
运营期:主洞本身设计坡度(虽未提及,但必然有极小纵坡)+维护斜井(坡度1:10)构成排水路径,确保隧洞内水(渗漏水、冷凝水等)能顺利汇集并通过维护斜井排出。维护斜井底部需设集水坑和泵站(如需)。
5.抗震安全设计“等效水库大坝”概念:
核心论点:将50km长的主隧洞段视为一个“水库”(容积769万立方),其“坝体”是隧洞上方及两侧的天然围岩,而3km长的斜井穿透了这层“坝体”。
“3000米厚大坝”解读:这并非指斜井本身是坝,而是强调主隧洞上覆岩体厚度巨大(约3000米)。深厚覆盖层是抵御地震破坏的关键:
地震波衰减:地震波从震源传播到深埋隧洞需穿过数千米岩体,能量被显著吸收和衰减。
围岩约束:深埋隧洞被高压地应力下的完整坚硬岩体紧密包裹,整体性强,地震时结构变形小。
与地表隔离:避免了地表滑坡、断层错动、液化等次生灾害的直接冲击。
斜井的影响:虽然斜井是结构上的“薄弱点”,但其:
尺度小:相较于巨大的围岩体,斜井直径很小(通常<15米)。
柔性设计:现代隧洞衬砌设计能适应一定变形。
良好围岩:选址通常在稳定基岩中。
因此,在深厚覆盖层的保护下,即使存在斜井,整个50km洞段的整体抗震性能依然非常优越,远超地表水库大坝。
关键点总结与补充考量:
1.“等效水库”概念:这是一个形象的工程类比,强调深埋隧洞在水储存功能和结构安全保障(依赖围岩而非人工坝)上与水库的相似性。但需注意,隧洞是线状输水结构,水库是面状蓄水体,运行方式不同。
2.维护斜井间距:50km是可行的,但需结合地质风险、通风需求、逃生时间要求等因素综合优化。高风险段可能需要加密。
3.辅助施工斜井密度:方案中未明确施工斜井间距。实际施工中,需要根据主洞掘进速度、通风排烟距离、出渣效率、地质条件(涌水点)等确定,可能远小于50km。它们通常从具备施工条件的山谷或缓坡处进入。
4.斜井填埋:必须确保填埋密实、防渗良好,防止成为地下水通道或未来塌陷隐患。常采用混凝土回填或注浆封堵。
5.地质勘探至关重要:无论是主洞内进3km,还是斜井定位,都极度依赖前期详尽的地质勘探(钻孔、物探)来避开大型断层、破碎带、高压富水区等高风险地段。
6.技术挑战:
超长斜井(3km)的精确贯通测量。
陡坡斜井的大型设备进出、材料运输、出渣效率。
深埋隧洞的高地应力、岩爆、高地温问题。
穿越复杂地质构造(如必须穿越断层)的施工技术和加固措施。
运营期长距离隧洞的监测、维护和应急管理。
7.经济性:大量斜井(尤其是施工斜井)的开挖、支护、后期填埋成本极高,是工程可行性的重要考量因素。
结论:
红旗河主隧洞结合陡坡度斜井(施工井+维护井)的设计方案,在原理上具有显著优势:
有效解决施工排水难题(核心优势)。
提供永久运维通道。
利用深埋(约3000米)带来的卓越抗震安全性(关键亮点),其安全性源于深厚完整围岩的天然屏障,远超地表大坝结构。将50km隧洞段类比为“769万方水库”,其“3000米厚大坝”即指其上覆巨厚岩体,形象地阐释了其抗震机理。
该方案体现了深埋长隧洞工程的核心设计理念:以空间换安全(深埋抗震)、以工程措施换施工可行性(辅助斜井排水)。尽管面临巨大的技术和经济挑战(斜井施工、地质风险、成本),但其核心思路——特别是利用深厚覆盖层保障抗震安全和陡坡施工斜井保障排水——是深埋长大引水隧洞工程中科学合理且被广泛认可的关键技术策略。此方案为红旗河这样的超巨型工程提供了一个极具价值的思考方向和技术路径。