行進(jìn)：看一渠清水如何穿江越河

——揭秘南水北調(diào)中線工程技術(shù)奇跡（中）

本報(bào)記者 陳 磊

南水北調(diào)中線通水后，一渠清水以每秒1米的流速緩慢行進(jìn)，一路北上。長江水將會(huì)在河南的邙山腳下，與黃河不期而遇。

橫貫中華大地的兩條大動(dòng)脈，千年相望，萬年不遇，各自東西。沒想到，歷史老人不經(jīng)意之中，安排了北上長江水與東流而去黃河兄弟的邂逅，充滿了意外驚喜，也遭遇著情何以堪的尷尬……

潛龍暗行，讓江水不犯河水

如何穿越黃河天塹？當(dāng)初的設(shè)計(jì)方案多達(dá)40余個(gè)，焦點(diǎn)是上跨與下穿之爭。有人認(rèn)為，從黃河上建一座橫空大渡槽，讓江水飛渡，入夜萬盞燈火勾勒夜空，宛如“黃河彩虹”，勢必成為中原一大景觀。

然而，如若架設(shè)渡槽，那托起渡槽的密集墩柱，就等于在黃河上橫插了一把大梳子，占據(jù)了黃河過汛通道，會(huì)造成泥沙淤積，不利于黃河中下游水勢。

因此，更多人主張還是從黃河河床底部打隧道，讓江水低調(diào)行事，晝夜?jié)撔�。最后�?jīng)過科學(xué)論證，選擇“潛龍暗行”方案：從河南鄭州花園口西的黃河底40米深處，打兩條平行的4250米長的隧道，讓長江水從黃河南岸流到北岸。

如何開鑿隧洞？根據(jù)黃河的復(fù)雜地質(zhì)、水文條件，科技人員決定使用泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)為長江水開路。

這臺(tái)量身定做的德國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)長80米，有三層樓那么高。為了把這個(gè)龐然大物送下去，就要在黃河北岸河灘地挖出大圓筒結(jié)構(gòu)豎井，正處于細(xì)砂強(qiáng)透水地層中，地下水位高，豎井井壁采用了牢固結(jié)實(shí)的地下連續(xù)墻形式，厚1.5米，深76.6米。先造好地下連續(xù)墻并在其防護(hù)下，邊開挖邊襯砌，基坑工程規(guī)模之大、開挖之深、地質(zhì)條件之復(fù)雜、工作難度之高，均居國內(nèi)之最。

豎井勝利完工后，主角——盾構(gòu)機(jī)登場了，莊嚴(yán)出征，是謂始發(fā)。盾構(gòu)機(jī)就像一條鉆地巨龍，從地下50多米深處找準(zhǔn)未來隧洞的出口，由北向南，步步為營，層層掘進(jìn)。舉手投足間，創(chuàng)造了我國目前盾構(gòu)機(jī)始發(fā)最深的紀(jì)錄。

盾構(gòu)機(jī)的工作原理類似男士電動(dòng)剃須刀：最前部有一個(gè)開挖艙，開挖艙內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤配有100多把不同類型的刀具，切削掌子面，把大塊土體切成相互分離的小碎塊。

每種刀具對(duì)付各樣復(fù)雜地層，各司其職：如采用大尺寸刮刀切削巖土，減少開挖時(shí)細(xì)顆粒的產(chǎn)生；先行刀和齒刀布置在刮刀前面，預(yù)先松動(dòng)土壤從而降低對(duì)刮刀的直接磨損；鏟刀用于清理外圍開挖的渣土；滾刀用于對(duì)硬物的開挖，等等。

盾構(gòu)機(jī)有兩條黃色泥漿管：一條是進(jìn)漿管，用于加漿，沖洗刀具；另一條是排漿管，將攪碎的土石碎塊隨泥漿輸送到地面的泥水分離系統(tǒng)，分離出的碎石作為棄渣處理，用過的泥漿收回加新鮮漿液后，重新輸送到盾構(gòu)機(jī)開挖艙內(nèi)，循環(huán)利用。

開挖艙后面有一個(gè)氣壓倉，充有壓縮空氣。通過調(diào)節(jié)氣墊對(duì)泥漿產(chǎn)生壓力，從而平衡來自開挖掌子面的水土壓力，同時(shí)還形成一層保護(hù)膜，起到護(hù)壁作用，防止土體坍塌。泥水加壓平衡盾構(gòu)也因此得名。

穿黃之旅充滿艱辛和挑戰(zhàn)，它們?nèi)缤瑪r路虎接踵而來。因?yàn)榇�黃河段是游蕩性河段，河床沖淤變化引起的縱向沉降，會(huì)作用于穿黃隧洞；還要適應(yīng)烈度為7度的地震條件；穿黃隧洞沿線將穿越各類復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)。

穿黃隧洞最難之處在于，面臨“雙層夾攻”，內(nèi)外受壓：黃河水和河床對(duì)隧洞外層形成的外壓力；同時(shí)隧洞過水的時(shí)候?qū)λ矶磧?nèi)襯形成的壓力，也就是內(nèi)水壓力。為了保證穿黃隧洞固若金湯，能承載內(nèi)外水壓而不漏水，工程技術(shù)人員進(jìn)行1∶1仿真模型試驗(yàn)后，采用了新型雙層襯砌結(jié)構(gòu)。

外層襯砌為裝配式鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)有6個(gè)自由度的管片拼裝機(jī)，每掘進(jìn)一段距離，就采用真空吸盤抓取方式，方便靈活地從喂片機(jī)上抓取管片，拼裝高強(qiáng)度混凝土預(yù)制管片。

內(nèi)層為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承擔(dān)內(nèi)水壓力。

內(nèi)、外層襯砌為防排水彈性墊層所分隔，使其分別單獨(dú)受力。這種結(jié)構(gòu)形式在國內(nèi)外均屬先例。

“剃須刀”用久了刀片會(huì)磨損。盾構(gòu)機(jī)亦是如此。在下游線隧洞掘進(jìn)到1000多米時(shí)，發(fā)現(xiàn)刀具及刀盤嚴(yán)重磨損，已不能繼續(xù)掘進(jìn)施工。于是，技術(shù)人員進(jìn)行了改造，把透水密封三道加成四道，增加中心保護(hù)刀和邊緣保護(hù)刀，提高了密封性和刀盤的剛度、強(qiáng)度。

我國科技人員操作并改進(jìn)、完善盾構(gòu)機(jī)，終于穩(wěn)步摸著石頭，無一閃失地穿過黃河，兩條巨型隧洞全線貫通，開創(chuàng)了我國水利水電工程水底隧洞長距離軟土施工新紀(jì)錄，迎來了長江水不犯黃河水的立交喜相逢。

安穩(wěn)如山，大型渡槽保駕護(hù)航

南來水憑借水源地和北京近百米的地勢落差，自然北流、時(shí)而潛行、時(shí)而飛渡，飛渡時(shí)就靠一種龐大的空中輸水廊道來護(hù)送，這就是渡槽。

渡槽，作為輸水建筑物的重要組成部分，在這1000多公里的中線工程中，就薈萃了27個(gè)不同類型的渡槽，實(shí)至名歸，堪稱當(dāng)今渡槽博物館。

從240多公里外奔流來的丹江水流入的大型沙河渡槽，則是其中的翹楚。沙河渡槽槽身采用預(yù)應(yīng)力鋼筋U型槽結(jié)構(gòu)型式，單槽重1200噸，承受的荷載是公路和鐵路的幾倍甚至幾十倍，槽身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工架設(shè)難度極大。

沙河渡槽采用的是預(yù)制方法，即槽身在預(yù)制廠預(yù)制完畢后，直接吊運(yùn)到槽墩上去，要求準(zhǔn)確拼接，嚴(yán)絲合縫。

沙河渡槽槽身厚度僅為35厘米。如何把這些千余噸重的單片渡槽一個(gè)個(gè)排在一起呢？設(shè)計(jì)人員想出了“槽上運(yùn)槽”的新方法。單片渡槽全部完工以后，施工人員把架槽機(jī)設(shè)在基墩上，然后把單片渡槽沿著已經(jīng)放置好的渡槽運(yùn)過去。兩個(gè)單片渡槽在一起時(shí)，足有6層樓那么高，加上架槽機(jī)的高度，整個(gè)高度有8層樓高。這種施工技術(shù)，開創(chuàng)了水利工程建設(shè)的國際先例。

此前世界已建最大的渡槽為印度戈麥蒂渡槽，但從沙河渡槽流量、跨度、重量、總長等指標(biāo)綜合評(píng)估，沙河渡槽規(guī)模和建設(shè)難度都超越了戈麥蒂渡槽。

科研人員開展了渡槽總體結(jié)構(gòu)選型、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析、施工技術(shù)、預(yù)制槽蒸養(yǎng)溫控等一系列技術(shù)研究與試驗(yàn)，滿足了沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工需要。在沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工中，成功應(yīng)用了大型渡槽溫度邊界條件、荷載作用機(jī)理及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，大跨度渡槽結(jié)構(gòu)新型式及優(yōu)化設(shè)計(jì)，抗震性能與減震措施，渡槽施工技術(shù)及施工工藝，大型渡槽的耐久性及可靠性等課題研究成果。

與沙河渡槽形狀一樣的湍河渡槽，采用的是一種截然不同的施工方法：利用可移動(dòng)模板，采用造槽機(jī)現(xiàn)場澆注施工，其渡槽內(nèi)徑、單跨跨度、最大流量屬世界首例。

湍河渡槽每榀混凝土槽身自重1600噸。造槽機(jī)總重約1350噸。兩個(gè)龐然大物重疊一起，接近3000噸。造槽機(jī)完成每榀槽身一個(gè)循環(huán)，需要經(jīng)歷包括鋼筋加工、綁扎、焊接、混凝土澆筑、拆模、模架移動(dòng)等48道工序。養(yǎng)護(hù)完成一榀槽身后，造槽機(jī)“金蠶脫殼”，實(shí)現(xiàn)分離，獨(dú)自向前緩慢移動(dòng)40米，接著孕育第二個(gè)“生命”，依次向前推進(jìn)。

于是，在造槽機(jī)身后，留下了一座氣勢如虹的湍河渡槽，屹立大地之上，巍峨挺拔，傲然托舉著一泓清流北上。

(本文采寫過程中得到南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局龐敏、許安強(qiáng)等支持)