南水北調(diào)，技術(shù)要闖幾道關(guān)？

1月7日，丹江口大壩的加高工程現(xiàn)場。 陳華平攝 



圖為南水北調(diào)工程?hào)|、中線示意圖。

　　過新庫制

　　引南水入北方，就是將夢想搬進(jìn)現(xiàn)實(shí)。滾滾流水，要征服的不僅是遙遠(yuǎn)的陌生旅途，同樣還要?dú)v經(jīng)不同氣溫的變換。

　　南水北調(diào)，這一迄今為止規(guī)模最大的調(diào)水工程，已于2002年12月27日付諸實(shí)施。2008年奧運(yùn)會(huì)前中線一期京石段工程要具備年向北京應(yīng)急供水4億立方米的能力。

　　隨著通水目標(biāo)日益臨近，沿線百姓都很關(guān)心，南水北調(diào)工程面臨的技術(shù)難題如何解決，如何確保一江清水向北流。  

　　“與傳統(tǒng)水利工程不同，南水北調(diào)工程所涉及的許多軟科學(xué)與硬技術(shù)是世界級(jí)的，是水利學(xué)科與多個(gè)邊緣學(xué)科聯(lián)合研究的前沿領(lǐng)域?！眹鴦?wù)院南水北調(diào)辦副主任寧遠(yuǎn)如是說。

　　難關(guān)之一：長江水如何穿越黃河

　　河底隧道采取雙洞方案，同時(shí)方便維護(hù)搶修

　　“穿黃工程是南水北調(diào)中線的‘咽喉工程’，是南水北調(diào)技術(shù)難度最大的工程之一。”國務(wù)院南水北調(diào)工程建委會(huì)專家委員會(huì)秘書長汪易森說，穿黃方案只有兩種選擇：要么在黃河下面打隧洞，要么在黃河之上建渡槽。

　　與渡槽方案相比，隧洞方案對河勢影響相對較小，給該河段的治理開發(fā)留有較大余地，可免受溫度、冰凍、大風(fēng)等不利因素影響。因此，經(jīng)過多次科學(xué)論證，最終選擇了隧洞方案。

　　據(jù)介紹，穿黃工程位于河南省鄭州市以西約30公里處，兩條隧洞是工程最重要的建筑物，每條隧洞長3．45公里，隧洞內(nèi)徑7米，深達(dá)黃河河床底部35—50米處的沙層中，技術(shù)含量高，施工難度大。

　　中線穿黃工程項(xiàng)目部總工程師王江濤介紹，由于盾構(gòu)機(jī)十分龐大，長達(dá)數(shù)十米，在隧洞開掘前必須為其修好施工通道，也就是施工豎井。據(jù)悉，黃河北岸的施工豎井內(nèi)徑均為18米，外徑22米，開挖深度約77米。施工通道建成后，盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)部分將被依次放進(jìn)去，并在下面進(jìn)行組裝。組裝完畢后的盾構(gòu)機(jī)就像一個(gè)體格龐大的怪獸，能不斷向前開挖隧洞，并將大量泥沙通過豎井輸送出來。

　　與公路、鐵路等隧洞不同，穿黃隧洞為輸水洞，既要考慮隧洞外部的黃河水和土層壓力，還必須考慮洞內(nèi)水流的壓力，因此隧洞實(shí)行的是雙層襯砌結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩層襯砌管片厚度分別為45厘米和40厘米。

　　隧洞“患病”怎么辦？王江濤介紹，隧洞建成后，維護(hù)時(shí)可關(guān)閉雙洞隧道中的一個(gè)，對另一隧洞進(jìn)行維護(hù)和搶修。雙洞隧道內(nèi)直徑為7米，維修車輛可直驅(qū)入洞。根據(jù)設(shè)計(jì)，隧洞每年有15天至30天檢修期，每3年至5年安排30天至60天大修。

　　難關(guān)之二：丹江口水庫加高擴(kuò)容

　　大壩加高加厚，新舊混凝土“咬合”有講究

　　漢江、丹江交匯而成的丹江口水庫，是南水北調(diào)中線的源頭。162米高的丹江口水庫大壩的巨大壩體和群山將江水穩(wěn)穩(wěn)地?cái)n成一個(gè)“水盆”。據(jù)悉，目前丹江口水庫總庫容是174．5億立方米，大壩加高后，蓄水位將提高至170米，相應(yīng)庫容增加到290．5億立方米，相當(dāng)于增加了兩個(gè)半北京密云水庫。

　　汪易森說，要保障中線多年平均95億立方米的調(diào)水水量，丹江口大壩必須“增高”，水庫必須“增肥”。但要在30多年前興建的丹江口大壩上加高加厚（貼坡），新老混凝土如何結(jié)合是面臨的最大技術(shù)難題，國內(nèi)尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)例。

　　如何讓新老混凝土“合二為一、結(jié)成一體”，并且“骨骼強(qiáng)壯”？依據(jù)大量的計(jì)算分析及參考國外有關(guān)工程的成功經(jīng)驗(yàn)，丹江口大壩新老混凝土結(jié)合采取以直接澆筑為主，在壩頂及下游壩坡現(xiàn)澆混凝土方式加高培厚，適當(dāng)放緩擋水壩段下游坡，以滿足大壩擋水時(shí)穩(wěn)定和應(yīng)力要求；在接合面豎直縫面及斜縫面設(shè)置梯形鍵槽，使整個(gè)壩體較好地聯(lián)合受力。為保證新老混凝土更好地結(jié)合成一個(gè)整體，施工時(shí)還必須采取嚴(yán)格的溫控措施。

　　據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，大壩加高工程進(jìn)入混凝土澆筑高峰期，全年累計(jì)澆筑混凝土43．86萬立方米，完成了近35％，施工質(zhì)量合格率達(dá)到了100％。大壩加高工程完成后，不僅可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，同時(shí)也能將漢江中下游防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年一遇提高到100年一遇。

　　難關(guān)之三：冰凍期輸水防止斷流

　　控制水流形成冰蓋，實(shí)行冰蓋下輸水

　　南水北調(diào)中線輸水干線長、溫度變化大，由南往北跨越北緯33°—40°，氣候由溫和區(qū)走向寒冷區(qū)，中線河南安陽段以北，渠水在冬季會(huì)結(jié)冰，控制不好，很容易會(huì)出現(xiàn)流冰、冰塞等威脅，影響輸水能力和工程安全。

　　汪易森說，冰期輸水在國內(nèi)有過嘗試，如京密引水、引黃濟(jì)青等項(xiàng)目都采用冰蓋下輸水技術(shù)，為冰期輸水提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)。具體方法主要是：科學(xué)預(yù)測河流的結(jié)冰期，在形成冰蓋前，提高渠道水位，通過控制流量、流速，讓水面形成穩(wěn)定的冰蓋，然后采取冰覆蓋下輸水；在冰蓋輸水期間保證輸水穩(wěn)定，防止冰蓋破壞；當(dāng)氣溫回升時(shí)，要控制水位、流量，確保冰蓋就地消融不產(chǎn)生流冰，避免了產(chǎn)生冰塞的條件。

　　“冰期輸水應(yīng)該是有規(guī)律可循的?！蓖粢咨榻B說，國內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)經(jīng)過大量研究，對冰的原型觀測及冰水力學(xué)數(shù)學(xué)模型的建立均提出了新的思路和方法，為南水北調(diào)中線工程實(shí)現(xiàn)冰期輸水奠定了基礎(chǔ)。目前南水北調(diào)冰期輸水課題已列入“十一五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目，相信通過研究沿線多年氣候資料、冰情變化規(guī)律等，能夠解決南水北調(diào)冰期輸水問題。

　　難關(guān)之四：治理膨脹土變形滑坡

　　防滲施壓，控制含水量和膨脹率

　　“膨脹土是一種特殊性質(zhì)的土，遇水膨脹，就成了‘橡皮泥’；失水收縮，干縮龜裂，是工程的又一個(gè)難題。”汪易森說，南水北調(diào)中線輸水總干渠經(jīng)過的南陽、沙河及邯鄲等地均分布有膨脹土，累計(jì)長度達(dá)300多公里，約占總干渠全長的27％。

　　上世紀(jì)60年代末期至70年代初期，在南水北調(diào)中線陶岔渠首工程地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)和施工中，長江委院勘測部門就認(rèn)識(shí)到這種裂縫粘土難治，在1970年陶岔渠首施工過程中，開挖出的膨脹土渠坡上陸續(xù)發(fā)生了14處滑坡。

　　汪易森說，如果不針對膨脹土的特殊性質(zhì)“對癥下藥”，其結(jié)果可能既耗費(fèi)了大量財(cái)力和物力，又達(dá)不到治理目標(biāo)。對膨脹土邊坡的處理思路，主要從穩(wěn)定膨脹土含水量和限制膨脹率兩方面考慮，前者是采用工程措施防止渠道滲水、地下水、大氣雨水等入滲膨脹土，使膨脹土保持穩(wěn)定的含水量，不產(chǎn)生膨脹變形；后者主要是用壓重方式施加預(yù)壓力，限制膨脹土變形在抗剪強(qiáng)度允許消減范圍內(nèi)，不使膨脹土變形影響邊坡穩(wěn)定。這兩種思路是南水北調(diào)中線干線膨脹土渠段表層滑坡處理的主要出發(fā)點(diǎn)。

　　為此，將通過不同處理方案的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、輔助實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)，尋找安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新方案，替代大規(guī)模取土方案，指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，力爭較好地解決占?jí)焊亓继飭栴}。

　　鏈接

　　南水北調(diào)一期工程分東線一期和中線一期兩條調(diào)水線路。

　　東線工程從長江下游揚(yáng)州附近抽引長江水，利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道逐級(jí)提水北送，在山東境內(nèi)出東平湖后分兩路輸水：一路向北，經(jīng)隧洞穿過黃河，自流到天津，輸水主干線全長1156公里；另一路向東，通過膠東地區(qū)輸水干線經(jīng)濟(jì)南輸水到煙臺(tái)、威海，全長701公里。

　　中線工程常被形容為“一庫清水通過一條長渠，連接湖北和京津”?！耙粠烨逅敝傅氖情L江支流漢江上的丹江口水庫，調(diào)水的終點(diǎn)是北京團(tuán)城湖、天津。中線工程主要采用渠道輸水方式，輸水總干渠長1427公里。為提高供水保證率，防止總干渠水質(zhì)污染，中線輸水干渠與交叉河流全部立交，渠河分流，互不干擾。