你看不到的北京城地下輸水環(huán)廊

演講者：蔣奇

推薦單位：北京水力發(fā)電工程學(xué)會

構(gòu)建國際首例

“特大城市輸水環(huán)路”

南水北調(diào)中線工程，每年引10億立方米長江水入京城，終于使得北京的水資源得到緩解。但長途跋涉的珍貴的江水怎么用好，怎么用得科學(xué)，是北京水利規(guī)劃設(shè)計者面臨的新課題。

要知道，南水北調(diào)進(jìn)京之前，北京市城區(qū)的水廠主要通過京密引水渠由北向南輸送密云水庫的水，其他區(qū)縣由分散的管網(wǎng)開采地下水。南水進(jìn)京后，與京密引水渠在頤和園旁的團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池對接，形成了一條“樹狀”的供水動脈。北京的供水形成了由南水、本地地表水、地下水組成的三大主力水源。如果止步于此，僅僅解決了北京城區(qū)西、北部分地區(qū)的水源的問題，如何將南水的覆蓋范圍加大，如何讓三大水源串聯(lián)，互為備用，解決水廠單一水源、供水保證率低的問題，保證任何工況下不斷水，保證首都水資源安全，是我們面臨的重大難題。

在北京的地圖上畫一個“圈”，將北京供水格局由“樹狀”變“環(huán)狀”，可將三大水源和眾多水廠聯(lián)通起來，輻射北京各個方向，更加靈活地調(diào)配水資源。為了實現(xiàn)這個格局，設(shè)計者利用南水入京建成的西四環(huán)下輸水干線，緊鄰北五環(huán)路和東五環(huán)路建設(shè)了外徑6米，內(nèi)徑4.6米，長44.7千米的東干渠工程，形成全長107千米的地下封閉輸水環(huán)路。

整個環(huán)路的調(diào)度運行包括五大類和37種工況，沿線數(shù)十個閘、閥設(shè)備都要統(tǒng)籌考慮運行參數(shù)，可謂牽一發(fā)動全身。為了科學(xué)可靠地完成設(shè)計，我們通過建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行水力分析及輸水方案優(yōu)化研究，根據(jù)不同工況制定了相應(yīng)的調(diào)度指令，編寫了調(diào)度手冊，建立了水動力模型和管理系統(tǒng)。

環(huán)路供水的優(yōu)點可概括為“閉合相通、雙向輸水、互為備用、調(diào)度靈活”。閉合相通，使北京市真正實現(xiàn)了外來水、地表水、地下水的三水聯(lián)調(diào)。雙向輸水，替代了傳統(tǒng)樹狀輸水管線為了檢修建設(shè)雙線的要求，節(jié)省了大量的建設(shè)投資?；閭溆?，使三種水源在應(yīng)急工況下切換更為便利，可實現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水。調(diào)度靈活，任何一個局部位置發(fā)生事故，可以通過兩側(cè)的檢修閥關(guān)閉進(jìn)行檢修，不影響環(huán)路上的水廠運行。

創(chuàng)新的隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計

和防水檢測方法

東干渠長度44.7千米跟北京三環(huán)路一圈長度相當(dāng)，基本把一半北五環(huán)和整個東五環(huán)的地面、地下構(gòu)筑物都穿了一遍。隧洞設(shè)計流量20.6立方米3/秒，灌滿水立方標(biāo)準(zhǔn)游泳池僅需1分半鐘;內(nèi)水壓高于地面6～16米，如果管道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，東五環(huán)地區(qū)可能就變海了。因此，如何實現(xiàn)大型壓力輸水隧洞施工安全和運行安全是項目研究面臨的另一重大難題。

針對北京東部的地質(zhì)情況和施工條件，我們研發(fā)了盾構(gòu)隧洞灌漿式預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)和全維度立體防水及預(yù)應(yīng)力注漿擠密技術(shù)，提高了壓力輸水隧洞承載能力和防滲能力。研制了新型隧洞接縫防水檢驗設(shè)備，實現(xiàn)靜水壓試驗一次成功，滲漏量僅為規(guī)范允許滲漏量的21%。

新型全維度輸水隧洞防水技術(shù)的研發(fā)，就像給隧洞穿了了一層“雨衣”，但這層雨衣確是與混凝土結(jié)構(gòu)完全貼合的，它使得單一的平面防水變成了徑向、軸向、環(huán)向全維度的立體防水效果，大大提高了結(jié)構(gòu)整體的防水性能，解決了復(fù)合襯砌層間竄水的問題，保障了結(jié)構(gòu)耐久性，降低了事故檢修排查的難度，提高了工程經(jīng)濟性。

為了減少東干渠施工過程對地下水的影響，保護(hù)周圍建筑物安全，我們研發(fā)了新型的地下連續(xù)墻剛性接頭，提出以地下連續(xù)墻、止水旋噴樁組成側(cè)向防水，聯(lián)合基坑封底的綜合措施，形成基坑全封閉防水技術(shù)，保證了工程施工安全，實現(xiàn)施工不抽水，減少抽排地下水2.5億立方米。為了加快盾構(gòu)機進(jìn)出洞的施工進(jìn)度，采用了玻璃纖維筋，盾構(gòu)掘進(jìn)時可以直接切削地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，簡化了施工工藝、加快了進(jìn)度、降低了風(fēng)險。

東干渠工程的修建，創(chuàng)造了特大城市環(huán)路供水格局，與常規(guī)雙線輸水方案相比，工程投資節(jié)省約1/3。工程2015年7月正式通水，城市70%的生活用水均通過環(huán)路輸送，城市供水保證率得到提高。工程的建設(shè)提前為北京城市副中心提供了日供水60萬立方米的水源保障，對北京市地下水保護(hù)及恢復(fù)起到了重要作用。