南水北調工程的建設技術難題及解決措施研究

李斯楊

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

關鍵詞:南水北調;建設技術;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

南水北調工程是世界上最大的跨流域調水工程,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、經濟及生態(tài)系

統(tǒng)的方方面面。

一、 南水北調工程簡介

從五十年代提出“南水北調”的設想后,經過幾十年研究,南水北調的總體布局確定為:分別從長江上、中、下游調水,以適應西北、華北各地的發(fā)展需要,即南水北調西線工程、南水北調中線工程和南水北調東線工程。建成后與長江、淮河、黃河、海河相互聯(lián)接,將構成我國水資源“四橫三縱、南北調配、東西互濟”的總體格局。三條調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、 建設技術難題及解決措施

針對南水北調工程中的技術問題,國家開設了包括16個課題的“十一五”國家科技支撐計劃重大項目——“南水北調工程若干關鍵技術研究與應用”。該項目旨在對南水北調工程建設管理中急需解決的關鍵技術問題,在基礎理論、工程應用及科學管理方面開展攻關,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鍵技術研究,膨脹土地段渠道破壞機理及處理技術研究,復雜地質條件下穿黃隧洞工程關鍵技術研究,中線工程輸水能力與冰害防治技術研究四項內容在內的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跨越黃河自流到北京和天津。

“穿黃工程是南水北調中線的‘咽喉工程,是南水北調技術難度最大的工程之一。”國務院南水北調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,還必須考慮洞內水流的壓力,因此隧洞實行的是雙層襯砌結構,內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,是南水北調中線的源頭,要保障中線多年平均95億立方米的調水水量,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),新老混凝土如何結合是面臨的最大技術難題,國內尚無成熟的經驗和工程實例。

如何讓新老混凝土“合二為一、結成一體”,并且“骨骼強壯”?依據(jù)大量的計算分析及參考國外有關工程的成功經驗,丹江口大壩新老混凝土結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。南水北調中線輸水總干渠經過的南陽、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,在南水北調中線陶岔渠首工程地質勘察、設計和施工中,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“對癥下藥”,其結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,不使膨脹土變形影響邊坡穩(wěn)定。這兩種思路是南水北調中線干線膨脹土渠段表層滑坡處理的主要出發(fā)點。

三、 結語

南水北調工程是實現(xiàn)我國21世紀社會經濟可持續(xù)發(fā)展的國土整備基礎設施建設,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,在原有基礎上還應加強對技術難題的研究,為南水北調的順利進行提供有力的理論支撐。

參考文獻

[1]李新鵬.南水北調中線技術創(chuàng)新破解施工難題[J].中國南水北調報.2009,(8).

[2]張懷軍.南水北調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).