穿黃河 過渡槽

保定漕河渡槽出口處加設(shè)擾動(dòng)水面設(shè)備防止結(jié)冰。

站在滎陽(yáng)觀禮臺(tái)上，向北看，黃河九曲十八彎擺動(dòng)著腰身，浩蕩東去;向南看，清澈的丹江水沿著地上明渠從南面奔騰而來。南水北調(diào)中線通水后，一渠清水以每秒1米的流速緩慢行進(jìn)，一路北上。長(zhǎng)江水在河南的邙山腳下，與黃河不期而遇。

孤柏嘴“會(huì)師”

北上的長(zhǎng)江水通過兩條穿黃隧洞與黃河立體交叉，以形成“江水不犯河水”之勢(shì)俯沖而下，穿越萬古黃河。這就是南水北調(diào)中線上的標(biāo)志性、控制性工程——穿黃工程。

南水北調(diào)中線干渠有兩個(gè)關(guān)鍵工程，一是渠首，二就是“穿黃”?！按S”顧名思義就是“穿越黃河”，將長(zhǎng)江水從地下穿越黃河，一路向北。這需要的不只是過硬的技術(shù)，更是大無畏的魄力和豐富的想象力。

隨著南水北調(diào)工程的全線通水，北上的長(zhǎng)江水與東去的黃河水在黃河孤柏嘴相遇。黃河孤柏嘴位于鄭州向西約30公里，從空中俯瞰，南、北岸像放置了兩把琴身相對(duì)的巨大“吉他”，它們看似被黃河隔開，但在河床下30米深處，它們被兩條深埋地下的4250米長(zhǎng)的隧洞連通。

據(jù)“穿黃”工程負(fù)責(zé)人介紹，鄭州市是南水北調(diào)中線工程的重點(diǎn)受益區(qū)和丹江口庫(kù)區(qū)移民主要安置區(qū)（除南陽(yáng)市安置人口最多），是干線長(zhǎng)、占地多、征遷量大、文物保護(hù)任務(wù)重、安置移民人數(shù)多的地區(qū)。

據(jù)了解，穿黃工程位于鄭州市黃河京廣鐵路橋上游約30公里處，于孤柏山灣橫穿黃河。工程南岸起自滎陽(yáng)市王村鎮(zhèn)，終點(diǎn)北岸到溫縣南張羌鄉(xiāng)馬莊，總長(zhǎng)19.3千米。工程由南岸明渠、穿黃隧洞及北岸明渠組成，其中黃河南岸明渠長(zhǎng)4.6千米，穿黃隧洞全長(zhǎng)4250米，其中邙山段隧洞長(zhǎng)800米，過河段隧洞長(zhǎng)3450米，北岸明渠長(zhǎng)9.3千米，建筑物沿途穿越黃河、新蟒河、老蟒河等3條河流，與14條等級(jí)公路交叉。

“雙洞設(shè)置而且中間不連通。這樣就能達(dá)到兩個(gè)功效，一方面控制流量，南水滿負(fù)荷運(yùn)水的設(shè)計(jì)流量是265m/s，目前還沒有達(dá)到，雙洞能保證在需要時(shí)加大流量。另一方面可‘一用一備，當(dāng)其中某個(gè)洞發(fā)生狀況需要檢修時(shí)，不影響北京、天津用水?！?/p>

記者在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，在“雙洞”旁邊各有一個(gè)洞，這有什么用處呢？原來，這是“退洞”。巨大工程既要做到工程宏偉，又要做到事無巨細(xì)?！斑@就是以備發(fā)生極端狀況，比如‘雙洞均出現(xiàn)問題、地震、水質(zhì)遭到破壞等不利工況時(shí)，可以通過‘退洞將南水補(bǔ)給到黃河水中?！?h3>讓江水不犯河水

穿黃工程是南水北調(diào)中線工程的重要組成項(xiàng)目之一，是中線總干渠穿越黃河的關(guān)鍵性、控制性工程，也是南水北調(diào)中線工程在河南開工的第一個(gè)項(xiàng)目。工程浩大，工作復(fù)雜，在建設(shè)過程中面臨著很多難題。

如何穿越黃河天塹？當(dāng)初的設(shè)計(jì)方案多達(dá)40余個(gè)，焦點(diǎn)是上跨與下穿之爭(zhēng)。有人認(rèn)為，從黃河上建一座橫空大渡槽，讓江水飛渡，入夜萬盞燈火勾勒夜空，宛如“黃河彩虹”，勢(shì)必成為中原一大景觀。

然而，如若架設(shè)渡槽，那托起渡槽的密集墩柱，就等于在黃河上橫插了一把大梳子，占據(jù)了黃河過汛通道，會(huì)造成泥沙淤積，不利于黃河中下游水勢(shì)。

南水北調(diào)正定段渠道，與京廣高速鐵路并行。

因此，更多人主張還是從黃河河床底部打隧道，讓江水低調(diào)行事，晝夜?jié)撔?。最后?jīng)過科學(xué)論證，選擇“潛龍暗行”方案：從河南鄭州花園口西的黃河底40米深處，打兩條平行的4250米長(zhǎng)的隧道，讓長(zhǎng)江水從黃河南岸流到北岸。

如何開鑿隧洞？根據(jù)黃河的復(fù)雜地質(zhì)、水文條件，科技人員決定使用泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)為長(zhǎng)江水開路。

這臺(tái)量身定做的德國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)80米，有三層樓那么高。為了把這個(gè)龐然大物送下去，就要在黃河北岸河灘地挖出大圓筒結(jié)構(gòu)豎井，正處于細(xì)砂強(qiáng)透水地層中，地下水位高，豎井井壁采用了牢固結(jié)實(shí)的地下連續(xù)墻形式，厚1.5米，深76.6米。先造好地下連續(xù)墻并在其防護(hù)下，邊開挖邊襯砌，基坑工程規(guī)模之大、開挖之深、地質(zhì)條件之復(fù)雜、工作難度之高，均居國(guó)內(nèi)之最。

豎井勝利完工后，主角——盾構(gòu)機(jī)登場(chǎng)了，莊嚴(yán)出征，是謂始發(fā)。盾構(gòu)機(jī)就像一條鉆地巨龍，從地下50多米深處找準(zhǔn)未來隧洞的出口，由北向南，步步為營(yíng)，層層掘進(jìn)。舉手投足間，創(chuàng)造了我國(guó)目前盾構(gòu)機(jī)始發(fā)最深的紀(jì)錄。

盾構(gòu)機(jī)的工作原理類似男士電動(dòng)剃須刀：最前部有一個(gè)開挖艙，開挖艙內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤配有100多把不同類型的刀具，切削掌子面，把大塊土體切成相互分離的小碎塊。

每種刀具對(duì)付各樣復(fù)雜地層，各司其職：如采用大尺寸刮刀切削巖土，減少開挖時(shí)細(xì)顆粒的產(chǎn)生;先行刀和齒刀布置在刮刀前面，預(yù)先松動(dòng)土壤從而降低對(duì)刮刀的直接磨損;鏟刀用于清理外圍開挖的渣土;滾刀用于對(duì)硬物的開挖等。

盾構(gòu)機(jī)有兩條黃色泥漿管：一條是進(jìn)漿管，用于加漿，沖洗刀具;另一條是排漿管，將攪碎的土石碎塊隨泥漿輸送到地面的泥水分離系統(tǒng)，分離出的碎石作為棄渣處理，用過的泥漿收回加新鮮漿液后，重新輸送到盾構(gòu)機(jī)開挖艙內(nèi)，循環(huán)利用。

開挖艙后面有一個(gè)氣壓艙，充有壓縮空氣。通過調(diào)節(jié)氣墊對(duì)泥漿產(chǎn)生壓力，從而平衡來自開挖掌子面的水土壓力，同時(shí)還形成一層保護(hù)膜，起到護(hù)壁作用，防止土體坍塌，泥水加壓平衡盾構(gòu)也因此得名。

穿黃之旅充滿艱辛和挑戰(zhàn)，它們?nèi)缤瑪r路虎接踵而來。因?yàn)榇S河段是游蕩性河段，河床沖淤變化引起的縱向沉降，會(huì)作用于穿黃隧洞，穿黃隧洞沿線將穿越各類復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)。

穿黃隧洞最難之處在于，面臨“雙層夾攻”，內(nèi)外受壓：黃河水和河床對(duì)隧洞外層形成的外壓力;同時(shí)隧洞過水的時(shí)候?qū)λ矶磧?nèi)襯形成的壓力，也就是內(nèi)水壓力。為了保證穿黃隧洞固若金湯，能承載內(nèi)外水壓而不漏水，工程技術(shù)人員進(jìn)行1∶1仿真模型試驗(yàn)后，采用了新型雙層襯砌結(jié)構(gòu)。

外層襯砌為裝配式鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)有6個(gè)自由度的管片拼裝機(jī)，每掘進(jìn)一段距離，就采用真空吸盤抓取方式，方便靈活地從喂片機(jī)上抓取管片，拼裝高強(qiáng)度混凝土預(yù)制管片。

內(nèi)層為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承擔(dān)內(nèi)水壓力。

內(nèi)、外層襯砌為防排水彈性墊層所分隔，使其分別單獨(dú)受力。這種結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)外均屬先例。

“剃須刀”用久了刀片會(huì)磨損。盾構(gòu)機(jī)亦是如此。在下游線隧洞掘進(jìn)到1000多米時(shí)，發(fā)現(xiàn)刀具及刀盤嚴(yán)重磨損，已不能繼續(xù)掘進(jìn)施工。于是，技術(shù)人員進(jìn)行了改造，把透水密封三道加成四道，增加中心保護(hù)刀和邊緣保護(hù)刀，提高了密封性和刀盤的剛度、強(qiáng)度。

據(jù)了解，穿黃工程的抗震能力可達(dá)到8級(jí)，按黃河300年一遇洪水設(shè)計(jì)，按1000年一遇洪水校核。不僅如此，隧洞內(nèi)還布置了現(xiàn)代化的觀測(cè)儀器，若出現(xiàn)洞內(nèi)受力、變異等情況，通過觀測(cè)儀器，在黃河岸上的自動(dòng)控制室就能及時(shí)看到。

大型渡槽保駕護(hù)航

南來水憑借水源地和北京近百米的地勢(shì)落差，自然北流、時(shí)而潛行、時(shí)而飛渡，飛渡時(shí)就靠一種龐大的空中輸水廊道來護(hù)送，這就是渡槽。

盾構(gòu)機(jī)的工作原理類似男士電動(dòng)剃須刀：最前部有一個(gè)開挖艙，開挖艙內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤配有100多把不同類型的刀具，切削掌子面，把大塊土體切成相互分離的小碎塊。

渡槽，作為輸水建筑物的重要組成部分，在這1000多公里的中線工程中，就薈萃了27個(gè)不同類型的渡槽，實(shí)至名歸，堪稱當(dāng)今渡槽博物館。

從240多公里外奔流來的丹江水流入的大型沙河渡槽，則是其中的翹楚。沙河渡槽槽身采用預(yù)應(yīng)力鋼筋U形槽結(jié)構(gòu)型式，單槽重1200噸，承受的荷載是公路和鐵路的幾倍甚至幾十倍，槽身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工架設(shè)難度極大。

沙河渡槽采用的是預(yù)制方法，即槽身在預(yù)制廠預(yù)制完畢后，直接吊運(yùn)到槽墩上去，要求準(zhǔn)確拼接，嚴(yán)絲合縫。

沙河渡槽槽身厚度僅為35厘米。如何把這些千余噸重的單片渡槽一個(gè)個(gè)排在一起呢？設(shè)計(jì)人員想出了“槽上運(yùn)槽”的新方法。單片渡槽全部完工以后，施工人員把架槽機(jī)設(shè)在基墩上，然后把單片渡槽沿著已經(jīng)放置好的渡槽運(yùn)過去。兩個(gè)單片渡槽在一起時(shí)，足有6層樓那么高，加上架槽機(jī)的高度，整個(gè)高度有8層樓高。這種施工技術(shù)，開創(chuàng)了水利工程建設(shè)的國(guó)際先例。

此前世界已建最大的渡槽為印度戈麥蒂渡槽，但從沙河渡槽流量、跨度、重量、總長(zhǎng)等指標(biāo)綜合評(píng)估，沙河渡槽規(guī)模和建設(shè)難度都超越了戈麥蒂渡槽。

科研人員開展了渡槽總體結(jié)構(gòu)選型、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析、施工技術(shù)、預(yù)制槽蒸養(yǎng)溫控等一系列技術(shù)研究與試驗(yàn)，滿足了沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工需要。在沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工中，成功應(yīng)用了大型渡槽溫度邊界條件、荷載作用機(jī)理及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，大跨度渡槽結(jié)構(gòu)新型式及優(yōu)化設(shè)計(jì)，抗震性能與減震措施，渡槽施工技術(shù)及施工工藝，大型渡槽的耐久性及可靠性等課題研究成果。

與沙河渡槽形狀一樣的湍河渡槽，采用的是一種截然不同的施工方法：利用可移動(dòng)模板，采用造槽機(jī)現(xiàn)場(chǎng)澆注施工，其渡槽內(nèi)徑、單跨跨度、最大流量屬世界首例。

湍河渡槽每榀混凝土槽身自重1600噸。造槽機(jī)總重約1350噸。兩個(gè)龐然大物重疊一起，接近3000噸。造槽機(jī)完成每榀槽身一個(gè)循環(huán)，需要經(jīng)歷包括鋼筋加工、綁扎、焊接、混凝土澆筑、拆模、模架移動(dòng)等48道工序。養(yǎng)護(hù)完成一榀槽身后，造槽機(jī)“金蠶脫殼”，實(shí)現(xiàn)分離，獨(dú)自向前緩慢移動(dòng)40米，接著孕育第二個(gè)“生命”，依次向前推進(jìn)。

于是，在造槽機(jī)身后，留下了一座氣勢(shì)如虹的湍河渡槽，屹立大地之上，巍峨挺拔，傲然托舉著一泓清流北上。

◎ 來源| 綜合中華網(wǎng)、中國(guó)科技網(wǎng)

◎ 圖片|南水北調(diào)中線建管局宣傳中心