南水北调中线工程几个技术难题

南水北调中线工程几个技术难题从丹江口引水至北京、天津的南水北调中线工程，在经历了膨胀土、高填方、煤矿采空区等难题后，还将遭遇更大的困难——与一条条河流交汇，从众多铁路下面穿越……如今，这些世界性的难题被逐一攻克，同时还诞生了蔚为壮观的人造景观。它们像一颗颗珍珠镶嵌在千里水脉之上，见证着建设者的智慧和一个时代的伟大传奇。穿黄工程——史上最宏大的江河穿越来自丹江口水库的水，经过膨胀土地区，跨越20多座渡槽，进入郑州后被黄河拦下。长江水要从滚滚黄河之下穿过，工程难度之大可想而知。事实上，这是人类历史上最宏大的穿越大江大河的水利工程，它所遇到的技术难题，也是当今地下工程最前沿的核心难题。2005年9月27日，穿黄工程开工，成为南水北调中线工程河南段第一个开工的项目。穿黄工程是在泥沙、淤泥等复合沉积地层中，在饱和水位下埋深最大的穿越黄河的输水隧道。在黄河河床下30多米的地方，穿黄工程的两条隧洞内径均为7米，长4250米。打通隧洞用的是巨型盾构机，这是世界上首次采用盾构的方式穿越大江大河，全无先例可供借鉴。2007年7月8日，盾构机从黄河北岸近40米深的地下始发。按照设计，盾构机始发后，将一鼓作气穿过黄河。然而，行进不到1000米，问题就出现了。盾构机排出来的泥浆中有油管和刀具，还有刀盘上的辅助材料。这意味着盾构机的刀具和刀盘都出现了问题，必须马上检修。此时刀盘已在隧洞的最前端、在黄河下面的淤泥里，上面是相当于30米高水流的压力。德国盾构机生产厂家被请到现场，但他们开出了大价钱，单单一个操作工人，一个月的工资就接近20万美元。项目部决定依靠自己的力量进行技术攻关。经过长达一个多月的艰辛探索，项目部终于找到了一个切实可行的解决方案：采用三轴搅拌桩对刀盘修复所需区域进行加固。“就是在刀盘和淤泥之间形成一个55厘米大小的空间，从盾构机前舱门进仓检修。”刀盘上一个滚刀150多公斤重，齿刀也有75公斤左右。在狭小的空间里，技术工人用风镐和工兵铲一点一点地把泥土铲开，五六个小时才能挖出一把刀。直到7个月后，盾构机开始恢复掘进。面对穿黄工程一系列的世界级难题，建管单位成立攻关小组全力破解，先后攻克了7项在国内外具有挑战性的技术难题。2010年9月27日，全长4.25公里的穿黄工程两条隧洞顺利贯通。通水之时，长江与黄河将实现有史以来第一次亲密“握手”。沙河大渡槽——世界第一大渡槽当穿黄工程舍渡槽而用隧洞时，很多人都为黄河上少了一道壮美的风景而扼腕叹息。而沙河大渡槽的建设，将弥补这一缺憾。蔚为壮观的沙河大渡槽，如同一条巨龙横空出世，建成后将成为中原大地上的一个新景观。沙河大渡槽位于河南省鲁山县境内，横跨沙河、将相河、大郎河三条大河，是南水北调中线规模最大、技术难度最复杂的控制性工程之一。沙河大渡槽，是目前世界上规模最大的渡槽工程。一是渡槽规模大，按综合流量、跨度、重量、总长度等指标，沙河渡槽排名世界第一；二是架设重量大，单槽重达1200吨，为国内最重的预制渡槽；三是架设难度大，槽身为U形结构，最大高度达9.6米，远大于一般高铁桥梁的箱梁高度。省水利厅厅长、省南水北调办公室主任王小平介绍，沙河大渡槽的每一片U形槽，都要承载1700吨的水，相当于每米承重56吨，而U形槽槽身厚度仅为35厘米，要想做到滴水不漏，必须采用国际领先的双向预应力结构。沙河渡槽体形巨大，且为薄壁结构，其预制混凝土防渗、抗裂、抗冻等耐久性、稳定性要求甚为严格，施工难度与复杂性在国内外水利行业首屈一指。每一片U形槽，仅钢筋就要用1.4万多条，总重80.8吨。一个U形槽1200吨，这样的庞然大物，如何能安全架设到碧波荡漾的沙河之上？王小平介绍，沙河渡槽架设采取“槽上运槽”方式设计实施。架槽机将第一片预制好的U形槽身架设到桥墩上后，再依次沿着架设好的U形槽顶端输送架设其他U形槽。这种施工技术，开了水利工程建设的国际先例。平顶山西暗渠工程——“亚洲第一顶”长江水到北京，要走一条极为崎岖的路，可谓逢山开路、遇水架桥。在平顶山境内，南水北调总干渠又遇到了一只“拦路虎”——焦柳铁路。工程施工现场离平顶山西车站不足两公里，该车站每天要通过260多趟列车。为了不影响铁路运输，施工只能在列车行进的间隙进行。南水北调中线在河南要通过27条铁路，难度最大的就是焦柳铁路下的顶进工程。所谓顶进，即架起交通线后，在下方推入一个预制结构，把原来的路基挤掉。“顶进并不新鲜，但是像这样的顶进从来没有过。”项目经理徐开富说，这是史无前例的上层6孔下层3孔的“双层顶进”，结构形式和工艺难度堪称“亚洲第一”。焦柳铁路的轨道比渠底高出20.5米。而做出20多米高的水泥构件，一次顶进是做不到的——现场能布置的千斤顶太少，构件太大。为了解决这一问题，设计者提出：先顶进一层支撑铁路，在其下方再顶进一层浇筑渠道。施工队首先在四条铁轨之间打桩，然后在地基里插入纵横的钢梁网，安放在桩上，将铁轨架空，才能在火车经过的间隙进行顶进作业——就地浇筑好的水泥构件，被50台千斤顶缓缓顶入，每个千斤顶顶力可达320吨。两次顶进，顶推物总重量达25952吨。徐开富说，顶进时必须把水泥构件不偏不倚地顶入，一旦歪斜，工程就进退两难，前功尽弃。工程人员利用精密的定位仪器，随着顶进姿态调整各个千斤顶的顶力，要求极其精细，甚至达到了毫米级的精度。