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南水北调中线:千里奔流缔造水利工程奇迹

南水北调中线:千里奔流缔造水利工程奇迹

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  • 发布时间:2015-09-25 01:45
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南水北调中线:千里奔流缔造水利工程奇迹

【概要描述】核心提示:世界首次大管径输水隧洞近距离穿越地铁下部、世界规模最大的U形输水渡槽工程、国内穿越大江大河直径最大的输水隧洞……南水北调工程堪称一本“水利大全”,不仅创造了无数世界之最,更彰显着我国工程建设的技术和水平。    “南方水多,北方水少,若有可能,借点水来也是可以的。”60多年前,毛泽东主席视察黄河时说的一句话,随着12月12日丹江口水库闸门的开启,成为现实。    清澈的汉江水,千里奔流,

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核心提示:世界首次大管径输水隧洞近距离穿越地铁下部、世界规模最大的U形输水渡槽工程、国内穿越大江大河直径最大的输水隧洞……南水北调工程堪称一本“水利大全”,不仅创造了无数世界之最,更彰显着我国工程建设的技术和水平。

“南方水多,北方水少,若有可能,借点水来也是可以的。”60多年前,毛泽东主席视察黄河时说的一句话,随着12月12日丹江口水库闸门的开启,成为现实。

清澈的汉江水,千里奔流,蜿蜒北上,一路翻山越岭、跨江渡河,历尽艰险,在中国的水利版图上勾勒出一条新“命脉”,也抒写了中国水利工程的新篇章。

世界首次大管径输水隧洞近距离穿越地铁下部、世界规模最大的U形输水渡槽工程、国内穿越大江大河直径最大的输水隧洞……南水北调工程堪称一本“水利大全”,不仅创造了无数世界之最,更彰显着我国工程建设的技术和水平。

飞“渠”在天

湍河渡槽工程

世界规模最大U形输水渡槽工程

为确保水质,南水北调中线干渠全程不与任何河流交汇,或从上方渡槽跨越,或从下方隧洞穿过。也正因此,湍河渡槽有了“千里干渠第一跨”之称。

汉江水北上,到达河南省邓州市十林镇张坡村和赵集镇冀寨村之间时,与湍河相遇。这次渡河,选择的是从湍河上方渡槽跨越。而渡槽,其实就是走水的高架桥。

湍河渡槽工程是南水北调中线干线控制性工程,无论内径、单跨跨度、流量都是世界之最。工程全长1030米,共18跨,单跨重量达1600吨。槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U形结构。通水后,每秒将会有350至420立方米的水从这里流向北京,5秒钟可以注满一个标准游泳池,1.5小时就能注满一个昆明湖。

湍河渡槽工程于2010年12月28日正式开工,2013年9月28日主体工程正式完工。

托水而行

沙河渡槽工程

万米“巨龙”创世界之最

沙河渡槽工程位于河南省鲁山县境内,是整个南水北调中线工程中规模最大、技术难度最复杂的控制性工程之一,是目前世界上综合规模最大的渡槽工程。因其作用类似于城市里架设的立交桥,又被形象地称之为输水的“立交桥”。

相比起湍河渡槽而言,总长11.9公里的沙河渡槽不仅更长,而且结构更为复杂,过水断面由梁式渡槽、箱基渡槽及落地槽三种结构形式组成。工程起点位于沙河南至黄河南段,终点设在鲁山坡流槽出口50米处,与南水北调中线鲁山北段设计单元相接,单槽重量达1200吨,U形结构的槽身最大高度9.6米,远大于一般桥梁的箱梁高度。同时,大跨度薄壁双向预应力结构的槽身空间受力复杂,架设难度极大,因多项工程指标排名世界第一而被誉为“世界第一渡槽”。

历史“会面”

穿黄工程

长江、黄河终聚首

千百年来,中国的两大“命脉”长江、黄河,自西向东,奔流而去,滋养着中华儿女,繁衍出华夏文明,却从未相逢。如今,南水北调中线工程的实施,让不可能成为可能,长江最大支流汉江水随着渠道一路北上,成就了长江水与黄河相交而过的机缘。

汉江水自渠首而出,一路自流向北,与黄河相逢于河南郑州以西30公里处。在这里,如何渡河北上却成为一大难题。“穿黄不通,千里无功。”穿黄工程被视为南水北调中线的咽喉,是所有项目中施工难度最大的工程。其任务是将中线调来的长江水从黄河南岸输送到黄河北岸,向黄河以北地区供水,同时在水量丰沛时可向黄河相机补水。

在早期论证设计过程中曾有两个方案:在黄河上方修建渡槽和开凿河底隧洞。经过十多年的科学论证,最终选定隧洞方案。该方案最大的优点是可以悄悄通过黄河底部,对黄河冲淤变化、河势改变、生态与环境的影响不大,为该河段开发留有较大余地。

但隧道方案也面临着重重困难。穿河隧道深埋于黄河河床下23—35米深处,施工中需要用到盾构机,如何让庞大的盾构机在地下作业呢?为了解决这一难题,施工人员首先在黄河北岸打了一口巨大的竖井。竖井为大型圆筒结构,建于黄河河滩地中细砂强透水地层中,内径16.4米,井深50.5米。设计流量为265立方米每秒,加大流量为320立方米每秒,井壁为双层结构,外层为地下连续墙形式,厚1.5米,深76.6米;内层为0.8米厚钢筋混凝土现浇衬砌,采用逆作法施工。基坑工程规模之大、开挖之深、地质条件之复杂、工作难度之高,均为国内之最。

但是穿黄所遇到的困难远不止于此。在全长19.3公里的穿黄工程中,最难的当属4.2公里的穿黄隧洞段。穿黄工程本身所在地区地质条件复杂,位于地震区,且河床为沙构、水流变化紊乱等。为了应对这些不利条件,南水北调中线穿黄工程开创性地设计了具有内、外两层衬砌的两条长4250米的隧洞,内径为7米。外层为厚0.4米拼装式管片结构衬砌,内层为厚0.45米钢筋混凝土预应力衬砌,两层衬砌之间采用透水垫层隔开,内、外衬砌分别承受内、外水的压力。简单地说,穿黄隧道需要先修一条类似公路隧道的通道,形成一个外保护层。在这个“公路隧道”(外衬)里,再放入一条内径稍微小的通水管道(内衬)用于输水。两条管道中间的空间,则用于应急排水,即输水管。万一漏水了,就通过这里面排出去。这种结构形式在国内外均属先例。

穿黄工程于2005年9月27日开工建设,2010年3月竣工,2014年9月15日穿黄隧洞充水试验取得圆满成功。南水北调中线穿黄双线隧洞全线贯通,开创了我国水利水电工程水底隧洞长距离软土施工的新纪录,是我国第一条穿越黄河的输水隧道,也是国内在饱和水位下埋深最大的一次盾构穿越,堪称人类历史上最宏大的穿越大江大河工程。

据悉,穿黄隧洞建成后,每年将有15—30天的检修期,每3—5年将安排一次大修,平均每半年放水检查一次。

暗“潮”涌动

北京段西四环暗涵工程

大管径输水隧洞的地铁穿越

当汉江水流过千里,来到末段北京时,又面临一个世界性施工难题——通水的暗涵要穿越北京五棵松地铁站,并且不能影响地铁的安全运营。

南水北调中线北京段西四环暗涵工程,南接卢沟桥暗渠,北至颐和园团城湖,全长12.64公里,为两孔、内径4米的钢筋混凝土圆涵,呈南北走向,与东西向的地铁五棵松车站近于直交,是南水北调北京段的最后控制性工程。该工程在北京四环主路下穿越,沿途共穿越23座跨线桥、8座人行天桥、70余条各类市政管线、4条河流、2处铁路等各类大型建筑物,其中最关键的节点就是五棵松地铁站。

这是世界上第一次大管径浅埋暗挖有压输水隧洞从正在运营的地下车站下部穿越。在确保地铁安全运营的前提下,暗涵要从下部穿越五棵松地铁站,暗涵拱顶距地铁站结构底板距离仅有3.67米,稍有不慎就会影响地铁安全运营。这也使该段工程成为南水北调北京段最大难点,也是最关键的安全、技术节点。

为保证供水安全,工程最终采用了双管输水方案,即工程主体采用2孔方涵和2孔并行圆洞的输水方式,由永定河倒虹吸进水闸控制,并且单孔可独立运行。

南水北调中线北京段西四环暗涵工程总投资10.99亿元。2005年5月28日开工;2007年11月23日,西四环暗涵穿五棵松地铁站工程胜利贯通;2008年4月20日主体完工,创下暗涵结构顶部与地铁结构距离仅3.67米、地铁结构最大沉降值不到3毫米的纪录。

拔“寺”助长

遇真宫垫高保护工程

工程建设与文明的碰撞

南水北调中线工程所经过的湖北、河南、河北、北京等地,不仅地下文物埋藏丰富,而且地面历史古迹众多。在南水北调工程启动以来,一场与施工同时进行的文物发掘、抢救行动也在悄悄上演。

其中,最终瞩目的就是武当山遇真宫垫高保护工程。该工程是南水北调工程中规模最大的文物保护工程,耗资近2亿元,顶升15米,是原世界纪录的5倍。

武当遇真宫位于武当山山脚下,是武当“九宫”中地势最低的,因南水北调中线工程水源地丹江口水库蓄水,处于水位线以下,面临被淹的危险。如何保护这一有着600年历史的古建筑,成为南水北调工程中水与文明的一次激烈碰撞。

国家有关部门组织专家进行了深入细致地勘察设计后,提出了原址垫高、围堰和异地搬迁三种保护方案。为了最大限度保持文物原貌及建制的完整性,最后选择了难度最大、耗资最多的原址垫高、整体抬升方案。该方案于2011年由国家文物局批复同意实施。

武当山遇真宫垫高保护工程分为文物解体工程、顶升工程、土石方垫高工程、文物复原工程4项子工程,技术复杂,施工难度大。丹江口水库蓄水之后,水面距宫殿下方的水泥地有5米多,遇真宫将成为一座三面环水的宫殿。

2013年1月16日,遇真宫顶升工作顺利完成。遇真宫山门、东、西宫门整体顶升15米,为国内文物建筑单体顶升高度之最。(仲禾)

南水北调中线一期工程于2003年12月30日开工建设,2014年12月12日正式通水。工程从丹江口水库调水,沿京广铁路线西侧北上,全程自流,向河南、河北、北京、天津供水,包括丹江口大坝加高、渠首、输水干线、汉江中下游补偿等内容。干线全长1432公里,年均调水量95亿立方米,沿线20个大中城市及100多个县(市)受益。工程移民迁安近42万人,其中丹江口库区移民34.5万人。丹江口水库水质一直稳定达到Ⅱ类标准。

南水北调中线工程之最

世界水利移民史上最大强度的移民搬迁——丹江口库区移民搬迁

世界首次大管径输水隧洞近距离穿越地铁下部——北京段西四环暗涵工程

世界规模最大的U形输水渡槽工程——湍河渡槽工程

国内最深的调水竖井——穿黄工程竖井

国内穿越大江大河直径最大的输水隧洞——穿黄工程隧洞

国内规模最大的大坝加高工程——丹江口大坝加高工程

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