南水北调工程的建设技术难题及解决措施研究

李斯杨

摘要:南水北调是一项关系到我国经济、社会和生态协调发展的重大工程,对于促进我国北方地区的经济发展、环境改善和社会稳定具有十分重要的意义。该文结合南水北调的实际工程信息,依据东、中、西三条调水路线的不同水文、地质等环境因素,具体分析了在南水北调工程中存在的几大建设技术难题和具体的解决措施。

关键词:南水北调;建设技术;难题;解决措施

中图分类号:F552.3文献标识码:A文章编号:1003-2851(2009)12-0186-01

南水北调工程是世界上最大的跨流域调水工程,也是我国投资最多、工期最长、影响范围最广的水利工程,它是缓解我国北方水资源严重短缺、优化水资源配置、改善生态环境的战略举措。工程的沿途距离长、投资大、范围广、地质情况复杂,包括水源工程、输水工程等主体工程等,其运行管理涉及到自然、社会、经济及生态系

统的方方面面。

一、 南水北调工程简介

从五十年代提出“南水北调”的设想后,经过几十年研究,南水北调的总体布局确定为:分别从长江上、中、下游调水,以适应西北、华北各地的发展需要,即南水北调西线工程、南水北调中线工程和南水北调东线工程。建成后与长江、淮河、黄河、海河相互联接,将构成我国水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的总体格局。三条调水线路既有各自的主要供水目标和各自合理的供水范围,又是一个整体,可以互相补充。

二、 建设技术难题及解决措施

针对南水北调工程中的技术问题,国家开设了包括16个课题的“十一五”国家科技支撑计划重大项目——“南水北调工程若干关键技术研究与应用”。该项目旨在对南水北调工程建设管理中急需解决的关键技术问题,在基础理论、工程应用及科学管理方面开展攻关,充分发挥科技支撑作用,以确保工程的顺利实施。

研究课题包括:丹江口大坝加高工程关键技术研究,膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究,复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术研究,中线工程输水能力与冰害防治技术研究四项内容在内的16项。下面仅就就四项课题研究中的三个问题进行探讨:

(一) 穿黄隧洞工程

南水北调东线和中线工程都存在着穿越黄河的问题。东线工程需要在位山附近穿过黄河后自流到天津,而中线工程输水渠道需要在河南境内跨越黄河自流到北京和天津。

“穿黄工程是南水北调中线的‘咽喉工程,是南水北调技术难度最大的工程之一。”国务院南水北调工程建委会专家委员会秘书长汪易森说,穿黄方案只有两种选择:要么在黄河下面打隧洞,要么在黄河之上建渡槽。与渡槽方案相比,隧洞方案对河势影响相对较小,给该河段的治理开发留有较大余地,可免受温度、冰冻、大风等不利因素影响。因此,经过多次科学论证,最终选择了隧洞方案。这一方案除了考虑隧洞外部的黄河水和土层压力,还必须考虑洞内水流的压力,因此隧洞实行的是双层衬砌结构,内外两层衬砌管片厚度分别为45厘米和40厘米。

(二)丹江口大坝加高扩容

汉江、丹江交汇而成的丹江口水库,是南水北调中线的源头,要保障中线多年平均95亿立方米的调水水量,丹江口大坝必须“增高”,水库必须“增肥”。 但要在30多年前兴建的丹江口大坝上加高加厚(贴坡),新老混凝土如何结合是面临的最大技术难题,国内尚无成熟的经验和工程实例。

如何让新老混凝土“合二为一、结成一体”,并且“骨骼强壮”?依据大量的计算分析及参考国外有关工程的成功经验,丹江口大坝新老混凝土结合采取以直接浇筑为主,在坝顶及下游坝坡现浇混凝土方式加高培厚,适当放缓挡水坝段下游坡,以满足大坝挡水时稳定和应力要求;在接合面竖直缝面及斜缝面设置梯形键槽,使整个坝体较好地联合受力。为保证新老混凝土更好地结合成一个整体,施工时还必须采取严格的温控措施。

(三)膨胀土变形滑坡

膨胀土是一种特殊性质的土,遇水膨胀,就成了‘橡皮泥;失水收缩,干缩龟裂,是工程的又一个难题。南水北调中线输水总干渠经过的南阳、沙河及邯郸等地均分布有膨胀土,累计长度达300多公里,约占总干渠全长的27%。上世纪60末期至70年代初期,在南水北调中线陶岔渠首工程地质勘察、设计和施工中,长江委院勘测部门就认识到这种裂缝粘土难治,在1970年陶岔渠首施工过程中,开挖出的膨胀土渠坡上陆续发生了14处滑坡。

如果不针对膨胀土的特殊性质“对症下药”,其结果可能既耗费了大量财力和物力,又达不到治理目标。对膨胀土边坡的处理思路,主要从稳定膨胀土含水量和限制膨胀率两方面考虑,前者是采用工程措施防止渠道渗水、地下水、大气雨水等入渗膨胀土,使膨胀土保持稳定的含水量,不产生膨胀变形;后者主要是用压重方式施加预压力,限制膨胀土变形在抗剪强度允许消减范围内,不使膨胀土变形影响边坡稳定。这两种思路是南水北调中线干线膨胀土渠段表层滑坡处理的主要出发点。

三、 结语

南水北调工程是实现我国21世纪社会经济可持续发展的国土整备基础设施建设,有利于整体提升我国特别是北方地区的水土资源承载能力,支撑我国社会经济可持续发展,其意义及效益巨大。但其工程巨大而又复杂,在原有基础上还应加强对技术难题的研究,为南水北调的顺利进行提供有力的理论支撑。

参考文献

[1]李新鹏.南水北调中线技术创新破解施工难题[J].中国南水北调报.2009,(8).

[2]张怀军.南水北调东线穿黄河工程过河隧洞开挖涌水预测分析研究[J].天津大学学报.2007,(7).