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                                    施工中的南水北調(diào)中線穿黃工程隧洞。

                   

                        南水北調(diào)中線穿黃工程三維效果圖。

    22日10時18分，河南滎陽南水北調(diào)中線穿黃工程工地，“穿越號”盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過720個日夜、4250米的掘進(jìn)，順利到達(dá)黃河南岸隧洞的進(jìn)水口，這標(biāo)志著南水北調(diào)中線穿黃工程上游隧洞全線貫通，實(shí)現(xiàn)了南水北調(diào)干線穿越黃河的決定性勝利。

    國務(wù)院南水北調(diào)辦主任張基堯介紹，穿黃工程是南水北調(diào)中線最具技術(shù)難度的“咽喉工程”，也是國內(nèi)最大的穿越大江大河的工程。穿黃隧洞與黃河十字立交，各行其道，其任務(wù)是將長江水從黃河南岸輸送到北岸，向黃河以北地區(qū)供水，在水量豐沛時還可以向黃河相機(jī)補(bǔ)水。一期工程設(shè)計流量為265立方米每秒，加大流量為320立方米每秒，到2014年工程通水后，年均可調(diào)水95億立方米。

    據(jù)悉，南水北調(diào)穿越黃河，過去曾有地上渡槽“飛渡”和地下隧洞“穿越”兩個不同方案，經(jīng)過專家多年的反復(fù)論證，最終選擇了技術(shù)較成熟的地下盾構(gòu)隧洞方案。

    南水北調(diào)中線建管局局長石春先說，穿黃工程主體建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，地震設(shè)計烈度為7度，總投資為31.37億元。兩條引水的穿黃隧洞位于河南鄭州市境內(nèi)的黃河上游，每條隧洞總長4250米、直徑7米，在黃河底部最大埋深35米，最小埋深23米，隧洞采用兩次襯砌加固工藝，以確保輸水安全。 （記者趙永平）

    國內(nèi)最大穿黃隧洞全線貫通，看南水北調(diào)如何穿越黃河——

    黃河底部，4250米的穿越

    6月22日10時18分，河南滎陽，南水北調(diào)中線穿黃工地，“穿越號”盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過720個日夜、4250米的掘進(jìn)，順利到達(dá)黃河南岸隧洞的進(jìn)水口，這標(biāo)志著國內(nèi)最大的穿黃隧洞——南水北調(diào)中線穿黃上游隧洞全線貫通，清澈的漢江水將由此北上，與滔滔黃河十字立交，各行其道。這是國內(nèi)第一次采用大直徑隧洞穿越黃河，國內(nèi)水利工程最深的盾構(gòu)始發(fā)，隧洞雙層襯砌的結(jié)構(gòu)型式在世界前所未有……這不僅是空間的穿越，也是無數(shù)工程技術(shù)難題的穿越。

    在黃河下最深35米處，如何挖掘數(shù)公里長的隧洞？如何防范漏水和坍塌？技術(shù)難題是如何解決的？

    黃河底部隧洞怎么挖？

    直徑9米的盾構(gòu)機(jī)，挖洞就像電動剃須刀刮胡子

    南水北調(diào)中線工程從長江支流漢江上的丹江口水庫引水，沿伏牛山和太行山一路北上，在鄭州市附近穿越黃河。

    然而，要在黃河底部鑿出兩條長4250米的隧洞，每條隧洞直徑7米，談何容易！“穿黃不通，千里無功。”南水北調(diào)中線建管局局長石春先說，穿黃工程是南水北調(diào)中線的關(guān)鍵性工程，是整個干線工程的“咽喉”，也是技術(shù)難度最大的工程。

    在黃河底部35米深處怎么挖隧洞？

    中線河南直管建管部總工王江濤說，穿黃工程使用的盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)9米，總長度80米，重量達(dá)1166噸。盾構(gòu)機(jī)前面有一個刀盤，刀盤上有145把刀片，刀盤旋轉(zhuǎn)，把大塊土體切成小碎塊，就像電動剃須刀刮胡子。

    據(jù)介紹，工程人員首先在黃河北岸開挖兩個直徑18米，深76米的豎井，然后從兩口豎井中放置盾構(gòu)機(jī)，2007年7月和2008年3月下游線和上游線盾構(gòu)分別順利始發(fā)，自北向南開挖黃河隧洞。

    盾構(gòu)機(jī)主機(jī)如同火車頭，輔助部件像一節(jié)節(jié)車廂，盾殼鋼板以抵抗地下高水土壓力。工作時，后面的推進(jìn)系統(tǒng)有14組千斤頂，總推力6034噸，千斤頂頂在已拼好的管片側(cè)壁，牽引整臺盾構(gòu)機(jī)，以每天10多米的速度向前推進(jìn)。

    如何對付復(fù)雜地層？

    隨時調(diào)整技術(shù)參數(shù)，帶壓進(jìn)倉更換刀具

    “黃河河底千百年來沉積的膠結(jié)泥沙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甚至幾百米一個樣。”王江濤比喻說，穿黃盾構(gòu)像在骨肉相連的一板肉上切割，不得不經(jīng)常調(diào)整刀具的運(yùn)行參數(shù)，摸著石頭過河。

    長江水利委員會勘測設(shè)計院副總工程師符志遠(yuǎn)說，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)一段，就要提供一張地質(zhì)縱向剖面圖，告訴它前方是什么地質(zhì)，應(yīng)該采取哪些技術(shù)措施，如何調(diào)整技術(shù)參數(shù)。

    王江濤說，盾構(gòu)機(jī)的145把刀具，每種刀具“各司其職”，如切削采用大尺寸刮刀，減少開挖時產(chǎn)生細(xì)顆粒，適應(yīng)帶有礫石的土壤條件；先行刀和齒刀布置在刮刀前面，可預(yù)先松動刮刀前的土壤；鏟刀用于清理外圍開挖的渣土；滾刀用于對硬物的開挖等。

    盾構(gòu)機(jī)刀具不可避免地會受到磨損，刀片崩了怎么辦？中鐵十六局項(xiàng)目部副經(jīng)理吳慶紅說，帶壓進(jìn)倉檢查盾構(gòu)機(jī)、更換刀具，生產(chǎn)人員要在相當(dāng)于水下 35米的壓力的環(huán)境下作業(yè)。經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的進(jìn)倉人員，共完成1600多人次、400多倉帶壓進(jìn)倉作業(yè)。

    另外，技術(shù)人員通過焊接增加30多把刀，降低了刀具磨損程度，在滾刀上增加合金柱，強(qiáng)化了耐磨性，適應(yīng)穿黃復(fù)雜地層的掘進(jìn)。

    怎樣防滲水防坍塌？

    2156環(huán)管片嚴(yán)絲合縫，保證隧洞滴水不漏

    穿黃隧洞橫臥黃河水下，不僅要承受黃河水壓，還要承受河床土體壓力，一旦發(fā)生滲水、坍塌，后果不堪設(shè)想。

    中線河南直管建管部部長高必華介紹，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)1.6米，就要停下來“喘口氣”。施工人員要馬上給隧洞安裝管片，7片弧形的管片緊貼隧洞一圈。管片由鋼筋混凝土澆筑，每環(huán)厚度達(dá)40厘米，重6噸，每片之間還要用雞蛋一樣粗的螺絲上緊，可以支撐整個隧洞壓力。

    為了防止?jié)B漏，隧洞設(shè)計三層保護(hù)措施：外部的管片邊緣都有橡膠條，遇水膨脹能讓管片連接得無縫隙，把水和泥沙擋在外面；中間是一層有保護(hù)膜的鋼絲網(wǎng)，起到第二層防護(hù)作用；內(nèi)襯還有第三層保護(hù)，保證滴水不漏。

    管片拼裝也容不得閃失。盾構(gòu)工區(qū)長宋昀東說，2007年8月黃河北岸盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)了10環(huán)后卻意外地停了下來，阻擋前進(jìn)的就是管片拼裝——安裝超出規(guī)定值，則會出現(xiàn)涌水涌沙，甚至整條隧洞塌陷。于是，院士、專家、技術(shù)人員趕到工地調(diào)研，經(jīng)過半年反復(fù)的論證、試驗(yàn)，改變插入角、增加防裂鋼筋，通過6項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，管片終于環(huán)環(huán)緊扣，接縫被堵得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。

    科學(xué)設(shè)計再加上嚴(yán)格施工，4250米的隧洞，2156環(huán)管片，片片精準(zhǔn)，環(huán)環(huán)相扣，嚴(yán)絲合縫，保證了隧洞滴水不漏。

    如何保證挖偏精度？

    貫通誤差控制在50毫米以內(nèi)

    差之毫厘，失之千里。精確的掘進(jìn)方向?qū)τ诖S隧洞工程至關(guān)重要。

    “這里沒有差不多的概念。”王江濤說，整個穿黃隧洞，3450米的直隧洞，只允許有千分之一的傾斜度，而最后的800米傾斜隧洞，傾斜度達(dá)到 4.91%，這是一項(xiàng)高難度的挑戰(zhàn)。

    精準(zhǔn)測量引導(dǎo)著盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確前行。中鐵項(xiàng)目部測量工程師李連朝說：“平常一個施工項(xiàng)目，GPS定位系統(tǒng)最多用到三四臺，在這個項(xiàng)目上，我們增加到八九臺。”為了“精確”二字，他們付出了更多的努力，幾公里長的穿黃隧洞，前后共組織了8次測量。

    業(yè)主、監(jiān)理、建設(shè)者共同努力，3450米的穿黃直隧洞，實(shí)際貫通誤差控制在了50毫米以內(nèi)，這在國內(nèi)實(shí)屬罕見。

    隧洞“患病”怎么辦？

    3年—5年大修一次，維修車輛可直驅(qū)入洞

    穿黃工程主體建筑物地震設(shè)計基本烈度為７度，防洪標(biāo)準(zhǔn)按黃河300年一遇洪水設(shè)計，北岸河灘明渠及新、老蟒河交叉建筑物，按100年一遇洪水設(shè)計。另外，在穿黃隧洞進(jìn)口、出口、工作閘門、退水洞門等處，均設(shè)有防冰凍設(shè)備，在渠道邊坡，設(shè)有聚苯乙烯塑料保溫板。

    但隧洞建成通水后，也免不了進(jìn)行檢修。黃河南岸豎井800米傾斜隧洞，就是為此而特別設(shè)計建造的。

    王江濤說，隧洞建成后，維護(hù)時可關(guān)閉雙洞隧道中的一個，對另一隧洞進(jìn)行維護(hù)和搶修，不影響正常輸水。雙洞隧道內(nèi)直徑為７米，維修車輛可直驅(qū)入洞。

    根據(jù)設(shè)計，半年左右將放空其中一個隧洞的水檢查一次，隧洞每年有15天至30天檢修期，每３年至５年安排30天至60天大修。

    此外，隧洞內(nèi)還布置有現(xiàn)代化的觀測儀器，洞內(nèi)受力、變異等情況，通過觀測儀器在自動控制室即可看到。維修時，啟用抽水系統(tǒng)，把水從洞內(nèi)排到黃河或渠道里，排空時間為80個小時。

    720多個日夜，對于古老的黃河，只是一瞬。但對于南水北調(diào)建設(shè)者，穿黃隧洞完成了一次歷史的穿越。