复杂水文地质条件下高水压隧洞衬砌结构研究与设计  中水珠江规划勘测设计有限公司供图

　　近日，环北部湾广东水资源配置工程沿线已开工建设的工区达48个，工程设计、监理、施工、管材生产、检测等43家参建单位全面进场，工程进入全线施工阶段。

　　作为广东历史上引水流量最大、输水线路最长、建设条件最复杂、总投资最高的跨流域引调水工程，环北部湾广东水资源配置工程面临着一系列行业性乃至世界级困难与挑战。为此，中水珠江规划勘测设计有限公司和广东省水利电力勘测设计研究院有限公司组成勘察设计联合体，聚力攻坚，用科技创新为工程建设保驾护航。

　　离心泵研发取得突破

　　按照规划设计，环北部湾广东水资源配置工程从云浮市西江干流取水，向粤西地区的湛江、茂名、阳江、云浮4市供水。水源工程地心泵站作为工程的核心和龙头，位于西江干流地心村河段，采用无坝引水，承担整个工程建设任务的取水工作。地心泵站单泵设计流量22立方米每秒，设计扬程168米，最高扬程约为最低扬程的1.3倍，单泵装机容量为46兆瓦。

　　“地心泵站泵组单泵容量是全球容量最大的立式单吸单级离心泵组，是全国单泵设计流量最大的离心泵。目前国内外无同类型的水力模型及工程案例，国内外设计、制造和运行的实践经验都相对较少。”中水珠江规划勘测设计有限公司能源与智能设计研究院院长吴国颖介绍。

　　针对地心泵站具有单泵功率大、流量大、扬程高且变幅大、泵站埋深大、泵后高压输水隧洞长等工程特点和难点，勘察设计联合体联合高校、科研院所等单位开展了环北部湾广东水资源配置工程超大流量大功率离心泵组关键技术研究，通过将成熟先进的水泵水力设计理念与数值模拟分析技术相结合，进行水力模型开发研究、模型试验及泵组结构关键技术研究。目前，已成功开发水泵模型装置，并顺利通过第三方试验台模型验证试验。

　　“研究成果不仅解决了地心泵站泵组相关技术难题，也把我国大流量离心泵的设计研发、运行维护技术水平推向新高度。”吴国颖说。

　　新勘察方法保障施工安全

　　环北部湾广东水资源配置工程的供水体系庞大、隧洞地质条件复杂等情况均为国内罕见。其中，工程输水干线将穿越粤西的云开大山。该段隧洞总长约64.5公里，最大埋深约910米，是迄今为止广东埋深最大的输水隧洞。而云开大山所在的云开地块，为扬子、华夏和印支地块的结合部位，不但地层岩性及构造变化复杂，而且工程地质体经历了多期次的构造-热演化，地质勘察难度可想而知。

　　据了解，隧洞穿越的云开大山为中－新生代隆起的造山带，具有热隆起特征（长期地热异常），存在长期的中低温水热蚀变作用背景。水热蚀变作用尤其是泥化蚀变作用使原生岩体的性质发生明显改变，不仅直接形成软化蚀变岩体，易造成TBM（隧道掘进机）卡机、埋机的事故，还易形成局部的全强风化深槽，对地下工程的建设和运行产生不良影响，甚至存在导致人员伤亡的重大安全风险。鉴于此，勘察设计联合体开展了多项科研专题研究，加紧研究工程所在区域水热蚀变背景和分布规律，建立水热蚀变岩体的概念模型，指导开展更具针对性的地质勘察，初步形成一套优质高效的深埋长隧洞水热蚀变岩体勘察方法。

　　“目前，我们已取得初步研究成果，为工程优质高效的优选线路及安全施工提供了专业技术支撑。同时，基于中－新生代造山带水热蚀变岩体新认识而建立的新方法，可以推广应用于国内类似工程勘察。”中水珠江规划勘测设计有限公司副总工李宁新说。

　　衬砌结构研究成果得到运用

　　按照设计，工程输水线路全长490.33公里，其中隧洞279.47公里，占全线56.2%，无压、有压隧洞最大洞径分别为8.6米和7.2米。输水隧洞要穿越工程地质和水文地质条件复杂的云开地块与滨海平原，这使得隧洞的高外水压和高内水压问题格外凸显。

　　“输水干线高内压隧洞HD值（工作水头与管道内径的乘积）达1150，为国内长距离大直径引调水工程之最，运行期如何控制隧洞受内压裂缝发展，防止内水外渗，以及检修期如何防止隧洞受外压导致结构失稳等问题，都需要我们进一步研究和设计。”中水珠江规划勘测设计有限公司副总工王盟介绍。

　　由于国内外类似工程建成案例较少，勘察设计联合体根据沿线水文地质特点，开展不同洞段衬砌结构研究。他们针对高外水压洞段优化衬砌结构及堵排措施；针对具备钢筋混凝土衬砌洞段研究透水衬砌计算方法；针对钢管衬砌洞段提出优化设计和工艺；针对穿越复杂环境的盾构管片衬砌段充分挖掘围岩及管片承载能力，优化复合衬砌结构设计。

　　“我们正在开展复杂水文地质条件下隧洞外水特性及隧洞工程对地下水环境影响与应对研究，以及高水压隧洞围岩稳定与衬砌结构关键技术研究，相关研究成果已在工程中得到应用。”王盟介绍。

　　走好攻坚克难的“脚下路”，奋进科技创新的“未来路”。当前，勘察设计联合体正在持续推进数字孪生项目的建设，可以预见，随着环北部湾广东水资源配置工程的深入，影响工程进度和作用发挥的复杂水情条件下江库水网构建与联合调度、穿越复杂地质条件下长距离深埋隧洞多功能TBM研制、长距离深埋管道智慧运维与保障等一系列技术难题终将被破解，在粤西大地上留下水利科技创新的印记。