南水北調(diào)：混凝土與水泥制品的大舞臺(tái)
近日，記者采訪(fǎng)了中國(guó)水泥制品工業(yè)協(xié)會(huì)顧問(wèn)曹生龍等專(zhuān)家和領(lǐng)導(dǎo)。據(jù)他們介紹，僅南水北調(diào)東線(xiàn)工程第一期工程就需要混凝土及鋼筋混凝土192萬(wàn)立方米，第二期工程又需要混凝土及鋼筋混凝土130萬(wàn)立方米，這無(wú)疑為建材特別是混凝土和水泥制品行業(yè)提供了一個(gè)展現(xiàn)身手的大舞臺(tái)。把南水北調(diào)工程建設(shè)成為經(jīng)得起歷史檢驗(yàn)、造福子孫的世界一流工程，建設(shè)成為永載史冊(cè)的豐碑，這不僅是我國(guó)水利建設(shè)者的心愿，更是我國(guó)建材產(chǎn)業(yè)員工的夢(mèng)想。
混凝土和水泥制品唱主角
混凝土用量巨大。南水北調(diào)工程浩大，僅從已經(jīng)完成的東線(xiàn)、中線(xiàn)的工程規(guī)劃中就可以看出這項(xiàng)工程的規(guī)模。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家介紹，按照2001年修訂的南水北調(diào)東線(xiàn)工程規(guī)劃：東線(xiàn)工程第一期工程需完成土石方開(kāi)挖1．87億立方米，土方填筑0．33億立方米，混凝土及鋼筋混凝土192萬(wàn)立方米，砌石262萬(wàn)立方米。第二期工程需完成土石方開(kāi)挖1．58億立方米，土方填筑0．46億立方米，混凝土及鋼筋混凝土130萬(wàn)立方米，砌石172萬(wàn)立方米。第三期工程需完成土石方開(kāi)挖2．14億立方米，土方填筑0．25億立方米，混凝土及鋼筋混凝土167萬(wàn)立方米，砌石211萬(wàn)立方米。
1994年1月，水利部審查通過(guò)了長(zhǎng)江水利委員會(huì)編制的《南水北調(diào)中線(xiàn)工程可行性研究報(bào)告》，并上報(bào)國(guó)家計(jì)委建議興建此工程。根據(jù)當(dāng)時(shí)的規(guī)劃，中線(xiàn)工程土方開(kāi)挖6億立方米，石方開(kāi)挖0．6億立方米，土石方填筑2．3億立方米，混凝土1583萬(wàn)立方米，襯砌水泥土718萬(wàn)立方米，鋼筋鋼材70萬(wàn)噸。
供應(yīng)南水北調(diào)中線(xiàn)水源工程——丹江口水利樞紐大壩加高工程的葛洲壩水泥廠有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說(shuō)，大壩加高14．6米，僅水泥就需要25萬(wàn)噸。
據(jù)水利部南水北調(diào)工程辦公室的有關(guān)人員介紹，隨著工程的進(jìn)行，這些數(shù)據(jù)還在不斷變化。
建筑新材料、新工藝廣泛應(yīng)用。南水北調(diào)工程開(kāi)工了，建材業(yè)展示實(shí)力的舞臺(tái)搭建起來(lái)了，新材料、新工藝有了應(yīng)用的平臺(tái)，巨大的市場(chǎng)展現(xiàn)在建材企業(yè)的面前。當(dāng)然，這也是對(duì)建材行業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)的一次嚴(yán)峻考驗(yàn)。
據(jù)曹生龍介紹，地理形勢(shì)、資金供給、施工條件等客觀因素，決定了在南水北調(diào)輸水渠道中采用不同的輸水方式，也給建材產(chǎn)品提供了不同的機(jī)會(huì)。但無(wú)論是河渠還是埋地管道，水泥制品都成為南水北調(diào)工程中當(dāng)之無(wú)愧的主角。
曹生龍介紹，雖然南水北調(diào)工程中應(yīng)用的都是混凝土管道、混凝土砌塊等看似傳統(tǒng)的水泥制品，但這些老產(chǎn)品已經(jīng)不同以往，不僅舊貌換新顏，而且有些在技術(shù)、工藝等方面有了新的突破。
南水北調(diào)工程的輸水渠道主要有兩種，一種是河渠，一種為埋地管道。河渠主要采用普通混凝土砌塊鋪砌河床，以新型混凝土砌塊筑成堤壩。新型混凝土砌塊要求具有環(huán)保的特點(diǎn)，能夠利于植物生長(zhǎng)，除了能綠化環(huán)境，還有防止水土流失的作用。河渠的工程造價(jià)比較低，但占用土地使用面積，而且對(duì)水質(zhì)影響較大，蒸發(fā)滲漏的損失也比較高。
埋地管道是能夠較好地保護(hù)耕地、防止水土流失的輸水方式。相比河渠，埋地管道的造價(jià)比較高，技術(shù)也比較復(fù)雜。在我國(guó)南水北調(diào)工程中，埋地管道有兩種方式，一種是采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道，另一種是鋼筋混凝土澆筑的箱涵。
采用PCCP管最理想
南水北調(diào)工程中首次采用了直徑4000毫米的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道(PCCP)，這也是一種水泥制品。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是一種將高強(qiáng)鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機(jī)結(jié)合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力學(xué)特性的高品質(zhì)的輸水管材。這種管兼?zhèn)滗摴芎皖A(yù)應(yīng)力混凝土管的優(yōu)點(diǎn)，能承受高覆土，具有接頭密封性好、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)、抗震性能好、安裝方便、運(yùn)行費(fèi)用低、防滲性能好等特點(diǎn)。
南水北調(diào)中線(xiàn)京石段應(yīng)急供水工程(北京段)規(guī)劃采用雙排4000毫米直徑預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管輸水。該項(xiàng)目上接惠南莊泵站，下接大寧調(diào)壓池，全長(zhǎng)約56．36千米，是南水北調(diào)中線(xiàn)北京段總干渠線(xiàn)路最長(zhǎng)的大型輸水工程，也是國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模使用直徑4000毫米超大口徑PCCP的項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)沒(méi)有成功的實(shí)例可供借鑒，國(guó)際上類(lèi)似直徑采用雙排，而且埋深如此大的工程也不多。加之前期工作時(shí)間短、任務(wù)重，因此，直徑4000毫米超大口徑PCCP的設(shè)計(jì)、制造和安裝等方面有許多技術(shù)問(wèn)題需要研究解決，面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，引起國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。為此，北京市水務(wù)局還組織考察組前往韓國(guó)UNICON工程公司荷蘭總部及利比亞“大人工河”工程項(xiàng)目部，就PCCP核心技術(shù)、工程實(shí)施時(shí)建廠的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和PCCP生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試及建成后維護(hù)管理、建設(shè)管理等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了考察。
2005年年底，北京河山引水管業(yè)有限公司與成都金煒制造有限公司、山東電力管道工程公司、新疆國(guó)統(tǒng)管道股份有限公司分別中標(biāo)南水北調(diào)中線(xiàn)京石段應(yīng)急供水工程(北京段)惠南莊一大寧段的第一、二、三標(biāo)段。
據(jù)國(guó)務(wù)院南水北調(diào)辦公室建設(shè)管理司有關(guān)人員介紹，這種管長(zhǎng)5米，重75噸，為方便運(yùn)輸，保證管材供應(yīng)，目前，新疆國(guó)統(tǒng)管道股份有限公司和山東電力管道工程公司已經(jīng)在北京就地建廠。今年5月底，河山管業(yè)已完成管道防腐試驗(yàn)工作，目前成品管日生產(chǎn)能力已達(dá)36~40根；山東電力管廠土建施工完成95％以上，并已完成臨時(shí)電源敷設(shè)，可以滿(mǎn)足試生產(chǎn)需要；新疆國(guó)統(tǒng)管廠技術(shù)準(zhǔn)備工作就緒。
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道從性能及綜合成本上來(lái)講，可以說(shuō)是南水北調(diào)工程最佳的輸水方式。但因?yàn)樵诠こ桃?guī)劃之初，我國(guó)直徑4000毫米預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)能力等原因，限制了這種管道在南水北調(diào)工程中的大規(guī)模應(yīng)用。
強(qiáng)度大、防滲性好的混凝土澆筑箱涵大顯身手。曹生龍介紹說(shuō)，由于生產(chǎn)直徑4000毫米的預(yù)應(yīng)力混凝土管道的生產(chǎn)難度大，技術(shù)要求高，我國(guó)僅有少數(shù)管道企業(yè)能夠承擔(dān)生產(chǎn)工作，不能滿(mǎn)足整個(gè)輸水工程的需要，再加之預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)門(mén)檻高、生產(chǎn)成本高，目前還不能在整個(gè)南水北調(diào)工程中普及。所以，除河渠、預(yù)應(yīng)力混凝土管道外，南水北調(diào)工程還采用了3．6米×3．6米矩形箱涵。箱涵的施工周期相比預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管施工周期要長(zhǎng)，而且因?yàn)槭蔷匦谓Y(jié)構(gòu)，相比圓柱結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土管道，承壓能力弱，耗費(fèi)材料也大一些。但箱涵工程造價(jià)低，不需要大量的資金投入和技術(shù)投入，有一定規(guī)模的施工企業(yè)都有能力承擔(dān)，對(duì)提高就業(yè)率也有很大的幫助。
箱涵為一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)原材料的要求非常嚴(yán)格。曹生龍介紹說(shuō)，混凝土的腐蝕主要來(lái)自于電化學(xué)腐蝕、冰凍循環(huán)、鋼筋銹蝕等，為了防腐防滲，設(shè)計(jì)、施工單位做足了功夫。在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管中先是控制原材料的堿含量，接下來(lái)是采用陰極保護(hù)方案防止鋼筋銹蝕，三是涂刷環(huán)氧瀝青漆?？傊?，能想到的防滲方法他們都用上了，所以，南水北調(diào)工程中管道的使用壽命達(dá)到80年不成問(wèn)題。
盾構(gòu)工藝穿越黃河
盾構(gòu)是南水北調(diào)工程中應(yīng)用的又一項(xiàng)具有國(guó)際先進(jìn)水平的工藝技術(shù)。曹生龍介紹，盾構(gòu)技術(shù)是目前國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家較為廣泛采用的地下隧洞全機(jī)械化開(kāi)挖的施工技術(shù)。我國(guó)水利工程中的隧洞工程很多，已完成的水工隧洞基本上為硬巖隧洞，而用大型盾構(gòu)機(jī)在軟弱地質(zhì)特別是高水壓軟弱土層中進(jìn)行隧洞施工，在我國(guó)水利工程中還無(wú)先例。南水北調(diào)中線(xiàn)穿黃隧洞經(jīng)研究擬采用盾構(gòu)法施工，這將為地下工程盾構(gòu)技術(shù)提供一次很好的實(shí)際應(yīng)用機(jī)會(huì)，同時(shí)也是一次技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開(kāi)挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開(kāi)挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線(xiàn)較長(zhǎng)、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。
南水北調(diào)中線(xiàn)主體工程由水源區(qū)工程和輸水工程兩大部分組成。穿黃隧洞工程為輸水工程的一部分。穿黃隧洞規(guī)劃設(shè)計(jì)為兩條平行隧洞，內(nèi)徑7米，擬采用泥水加壓式大型盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)法施工。穿黃隧洞為中線(xiàn)的關(guān)鍵工程，因此盾構(gòu)機(jī)便成為工程施工的關(guān)鍵設(shè)備。
盾構(gòu)機(jī)施工主要流程為先挖掘，然后把挖掘出的泥土運(yùn)送出去，最后用水泥管片修筑成涵洞。盾構(gòu)法施工，為水泥管片帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)。穿黃的箱涵由6片水泥管片組成。水泥管片除了鋼筋、混凝土等原料要符合抗壓、防滲等要求外，尺寸也要非常精確。
西線(xiàn)、支線(xiàn)誰(shuí)能分到一杯羹
南水北調(diào)東線(xiàn)、中線(xiàn)工程規(guī)劃已經(jīng)基本完成，對(duì)于尚未開(kāi)工的西線(xiàn)及各主干線(xiàn)下分到地方的支線(xiàn)來(lái)說(shuō)，運(yùn)用哪些施155藝，采用哪些材料，一切皆有可能，建材企業(yè)正力求在其中創(chuàng)造登場(chǎng)的機(jī)會(huì)。
有關(guān)資料顯示，目前西線(xiàn)工程的前期工作處于規(guī)劃階段，計(jì)劃2010年以前完成第一期工程的可行性研究、初步設(shè)計(jì)和招標(biāo)文件編制，力爭(zhēng)2010年第一期工程開(kāi)工建設(shè)。據(jù)悉，西線(xiàn)工程地處青藏高原，海拔3000~5000米，在此高寒地區(qū)建造200米左右的高壩和開(kāi)鑿埋深數(shù)百米，長(zhǎng)達(dá)100千米以上的長(zhǎng)隧洞，同時(shí)這里又是我國(guó)地質(zhì)構(gòu)造最復(fù)雜的地區(qū)之一，地震烈度大都在6~7度，局部8~9度，工程技術(shù)復(fù)雜，施工環(huán)境困難，所以，還須加深前期工作，積極開(kāi)展科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)解決這些難點(diǎn)。當(dāng)然，這些難點(diǎn)的解決也需要建材行業(yè)、企業(yè)的共同努力。
東線(xiàn)和中線(xiàn)工程無(wú)疑為西線(xiàn)工程和支線(xiàn)工程的開(kāi)展打下了良好的基礎(chǔ)。正如曹生龍所說(shuō)，如果直徑4000毫米的預(yù)應(yīng)力鋼簡(jiǎn)混凝土管能夠提前兩年得到認(rèn)可，生產(chǎn)廠家能夠盡早實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，那么，穿越黃河及其他河道的倒虹吸也可用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道頂進(jìn)工藝施工，效果也許會(huì)更好。我們相信，隨著科技進(jìn)步和新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，這個(gè)工程技術(shù)更復(fù)雜，施工環(huán)境更困難的西線(xiàn)工程也將更加趨于完美。
而支線(xiàn)工程，因?yàn)檩斔啃?，水壓不大，除預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道外，其他一些如普通預(yù)應(yīng)力混凝土管道、玻璃鋼管道、塑料管道也能夠滿(mǎn)足施工、使用條件。據(jù)北京塑料工業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)張玉川介紹，塑料管道的口徑主要在兩米以下，主干線(xiàn)要求的是大口徑管道，所以塑料管道沒(méi)有機(jī)會(huì)，但是在支線(xiàn)，特別是排污工程中，塑料管道韌性好、衛(wèi)生、可回收、施工方便等優(yōu)點(diǎn)就能夠得以發(fā)揮。
建材產(chǎn)品在西線(xiàn)、支線(xiàn)工程中依然會(huì)是主力軍。隨著主干線(xiàn)的順利進(jìn)行，支線(xiàn)工程將相繼被納入日程。因一些原因不能在主干線(xiàn)嶄露頭角的優(yōu)秀建材企業(yè)、建材產(chǎn)品，將從支線(xiàn)中找到自己的位置。
距西線(xiàn)工程的開(kāi)工還有幾年的時(shí)間，這對(duì)建材企業(yè)來(lái)說(shuō)，又有了充分的時(shí)間用來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)。至于最后誰(shuí)能分到一杯羹?毫無(wú)疑問(wèn)，機(jī)會(huì)屬于那些科技含量更高、應(yīng)用效果更好、強(qiáng)度更大、施工更方便、更為環(huán)保的產(chǎn)品。（韓鳳鳳 徐彥泓）
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