南水北調(diào)工程的建設(shè)技術(shù)難題及解決措施研究

李斯楊

摘要:南水北調(diào)是一項關(guān)系到我國經(jīng)濟、社會和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的重大工程,對于促進我國北方地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境改善和社會穩(wěn)定具有十分重要的意義。該文結(jié)合南水北調(diào)的實際工程信息,依據(jù)東、中、西三條調(diào)水路線的不同水文、地質(zhì)等環(huán)境因素,具體分析了在南水北調(diào)工程中存在的幾大建設(shè)技術(shù)難題和具體的解決措施。

關(guān)鍵詞:南水北調(diào);建設(shè)技術(shù);難題;解決措施

中圖分類號:F552.3文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2009)12-0186-01

南水北調(diào)工程是世界上最大的跨流域調(diào)水工程,也是我國投資最多、工期最長、影響范圍最廣的水利工程,它是緩解我國北方水資源嚴重短缺、優(yōu)化水資源配置、改善生態(tài)環(huán)境的戰(zhàn)略舉措。工程的沿途距離長、投資大、范圍廣、地質(zhì)情況復雜,包括水源工程、輸水工程等主體工程等,其運行管理涉及到自然、社會、經(jīng)濟及生態(tài)系

統(tǒng)的方方面面。

一、 南水北調(diào)工程簡介

從五十年代提出“南水北調(diào)”的設(shè)想后,經(jīng)過幾十年研究,南水北調(diào)的總體布局確定為:分別從長江上、中、下游調(diào)水,以適應西北、華北各地的發(fā)展需要,即南水北調(diào)西線工程、南水北調(diào)中線工程和南水北調(diào)東線工程。建成后與長江、淮河、黃河、海河相互聯(lián)接,將構(gòu)成我國水資源“四橫三縱、南北調(diào)配、東西互濟”的總體格局。三條調(diào)水線路既有各自的主要供水目標和各自合理的供水范圍,又是一個整體,可以互相補充。

二、 建設(shè)技術(shù)難題及解決措施

針對南水北調(diào)工程中的技術(shù)問題,國家開設(shè)了包括16個課題的“十一五”國家科技支撐計劃重大項目——“南水北調(diào)工程若干關(guān)鍵技術(shù)研究與應用”。該項目旨在對南水北調(diào)工程建設(shè)管理中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題,在基礎(chǔ)理論、工程應用及科學管理方面開展攻關(guān),充分發(fā)揮科技支撐作用,以確保工程的順利實施。

研究課題包括:丹江口大壩加高工程關(guān)鍵技術(shù)研究,膨脹土地段渠道破壞機理及處理技術(shù)研究,復雜地質(zhì)條件下穿黃隧洞工程關(guān)鍵技術(shù)研究,中線工程輸水能力與冰害防治技術(shù)研究四項內(nèi)容在內(nèi)的16項。下面僅就就四項課題研究中的三個問題進行探討:

(一) 穿黃隧洞工程

南水北調(diào)東線和中線工程都存在著穿越黃河的問題。東線工程需要在位山附近穿過黃河后自流到天津,而中線工程輸水渠道需要在河南境內(nèi)跨越黃河自流到北京和天津。

“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?！眹鴦赵耗纤闭{(diào)工程建委會專家委員會秘書長汪易森說,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、大風等不利因素影響。因此,經(jīng)過多次科學論證,最終選擇了隧洞方案。這一方案除了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。

(二)丹江口大壩加高擴容

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,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)驗和工程實例。

如何讓新老混凝土“合二為一、結(jié)成一體”,并且“骨骼強壯”?依據(jù)大量的計算分析及參考國外有關(guān)工程的成功經(jīng)驗,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,適當放緩擋水壩段下游坡,以滿足大壩擋水時穩(wěn)定和應力要求;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)合成一個整體,施工時還必須采取嚴格的溫控措施。

(三)膨脹土變形滑坡

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,是工程的又一個難題。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,累計長度達300多公里,約占總干渠全長的27%。上世紀60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)計和施工中,長江委院勘測部門就認識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。

如果不針對膨脹土的特殊性質(zhì)“對癥下藥”,其結(jié)果可能既耗費了大量財力和物力,又達不到治理目標。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壓力,限制膨脹土變形在抗剪強度允許消減范圍內(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。

三、 結(jié)語

南水北調(diào)工程是實現(xiàn)我國21世紀社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的國土整備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),有利于整體提升我國特別是北方地區(qū)的水土資源承載能力,支撐我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,其意義及效益巨大。但其工程巨大而又復雜,在原有基礎(chǔ)上還應加強對技術(shù)難題的研究,為南水北調(diào)的順利進行提供有力的理論支撐。

參考文獻

[1]李新鵬.南水北調(diào)中線技術(shù)創(chuàng)新破解施工難題[J].中國南水北調(diào)報.2009,(8).

[2]張懷軍.南水北調(diào)東線穿黃河工程過河隧洞開挖涌水預測分析研究[J].天津大學學報.2007,(7).