《中國周刊》記者 周群鋒/文 盧廣/攝影

很多人會不由感慨：1432公里，穿越千山萬嶺，跨越大江大河，這是多么浩大的工程!南水北調(diào)攻克了太多技術(shù)難題，也創(chuàng)下多個世界或國內(nèi)之最。在這背后，離不開建設者們的辛勤付出和聰明才智。

南水北上要越過705條河道、1300多條道路、近60次橫穿鐵路，要攻破一系列重大技術(shù)難題，其規(guī)模及難度國內(nèi)外均無先例。

丹江口大壩貼坡加高

丹江口大壩加高工程是對20世紀70年代建成的老壩進行貼坡加高，其新老混凝土結(jié)合是關鍵技術(shù)問題。

1974年修建的大壩只有162米高，高度落差不能滿足調(diào)水要求。唯有讓大壩“加高增肥”，給它“穿衣戴帽”，確保力挺萬鈞，將壩頂高程提升到176.6米。

大壩雖然只加高14米，但水壓會增加40%。好在丹江口大壩在建設之初就預留“伏筆”——當初就是按照175米壩頂高程設計，只不過時逢經(jīng)濟困難，為了讓大壩盡快發(fā)揮效益，進行“瘦身”，使其變薄變矮。因此，原壩的基礎架構(gòu)能夠承擔起加筑的壓力。

從2005年開始，難度最大的大壩加高工程就此開啟，為運行30多年的大壩加高，并貼坡加厚。原大壩表層經(jīng)爆破拆除后，隱藏的裂縫，就如同中年人臉龐，浮現(xiàn)出道道皺紋，成為致命的安全隱患。為此，工程人員對它做了全面體檢，設計出每條裂縫的診治方案，采用灌漿、鑿除、打鉚筋等方法“修復容顏”“強筋健骨”。

在老混凝土上澆灌新混凝土，由于彈性模量的差異，在內(nèi)外部氣溫作用下，必將對結(jié)合面和壩體應力產(chǎn)生影響，造成無法緊密結(jié)合。必須新老混凝土“合二為一、結(jié)成一體”，并且“骨骼健全、健康成長”，這是大壩加高的最大難題。

中國專家提出以直接澆筑為主，在豎直結(jié)合面采用人工補鑿鍵槽，溢流壩段堰面采用寬槽回填為輔的總體方案。在壩體加高混凝土施工中，采取最嚴格的整套溫度控制措施，給予“吃冰激凌”“享受空調(diào)”的豪華待遇，諸如砂石骨料吹風預冷，加冰拌和，通冷風澆筑，再通水冷卻。這一切，都是為了最大限度降低混凝土凝固過程中的水化熱。

老壩裂縫處理、新老混凝土結(jié)合、高水頭作用下壩基帷幕灌漿等技術(shù)問題一一破解，老壩身上終于“長出”了一座新壩，此后，新舊兩壩完美對接，壩體融合，可謂天衣無縫。

壯觀的“渡槽博物館”

渡槽是南水北調(diào)中線工程的重要交叉建筑物之一， 其結(jié)構(gòu)與質(zhì)量直接影響到工程效益。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個不同類型的渡槽， 實至名歸， 堪稱“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應力鋼筋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)復雜，施工架設難度極大。

沙河渡槽采用的是預制方法，即槽身在預制廠預制完畢后，直接吊運到槽墩上去，要求準確拼接，嚴絲合縫。

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個排在一起呢？設計人員想出了“槽上運槽”的新方法。單片渡槽全部完工以后，施工人員把架槽機設在基墩上，然后把單片渡槽沿著已經(jīng)放置好的渡槽運過去。兩個單片渡槽在一起時，足有6層樓那么高，加上架槽機的高度，整個高度有8層樓高。這種施工技術(shù)，開創(chuàng)了水利工程建設的國際先例。

科研人員開展了渡槽總體結(jié)構(gòu)選型、水力學、結(jié)構(gòu)分析、施工技術(shù)、預制槽蒸養(yǎng)溫控等一系列技術(shù)研究與試驗，滿足了沙河渡槽設計與施工需要。在沙河渡槽設計與施工中，成功應用了大型渡槽溫度邊界條件、荷載作用機理及對結(jié)構(gòu)的影響，大跨度渡槽結(jié)構(gòu)新型式及優(yōu)化設計，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：利用可移動模板，采用造槽機現(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。

在“軟土富水”下建地下隧洞

國內(nèi)最深的調(diào)水豎井——中線穿黃工程豎井，采用逆作法施工，基坑工程規(guī)模之大、開挖之深、地質(zhì)條件之復雜、工作難度之高，均居國內(nèi)之最。

2005年9月27日，該工程開工。工程北岸豎井為大型圓筒結(jié)構(gòu)，建于黃河河灘地中細砂強透水地層中，內(nèi)徑16.4米，井深50.5米。設計流量為265立方米每秒，加大流量為320立方米每秒，井壁為雙層結(jié)構(gòu)，外層為地下連續(xù)墻形式，厚1.5米，深76.6米；內(nèi)層為0.8米厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆襯砌，采用逆作法施工。

在中線穿黃工程豎井外，在“軟土富水”下建地下隧洞的課題也創(chuàng)造了“一個奇跡”。

這個難題2007年6月25日，南水北調(diào)中線的“咽喉”（穿黃工程的退水洞）開始施工。

全長790米穿黃工程的退水洞，位于穿黃隧洞的下游，是南水北調(diào)干線渠道與黃河的唯一連接點，主要作用是在穿黃隧洞檢修時，把總干渠多余的水量退回黃河，同時向黃河補水。

退水洞開始施工后，因為地質(zhì)土體流泥等因素，退水洞身發(fā)生了八次較大塌方，穿黃一標項目部的同志們不畏艱險、不等不靠、拼搏努力、積極主動地進行技術(shù)創(chuàng)新研究。他們先后嘗試采取了臺階法、雙側(cè)壁下導洞法等多種開挖工藝及工法，最終成功解決了這種在“軟土富水”條件下建造地下隧洞的超級難題。

2013年3月29日，中國水電股份公司組織科技成果鑒定會，專家鑒定這項成果達到國際先進水平，并獲得電建集團科技進步二等獎。成果可供類似工程借鑒。

2013年8月9日，穿黃工程的退水洞順利貫通，為南水北調(diào)中線如期實現(xiàn)通水目標提供了支持。

降服“工程癌癥”膨脹土

在南陽段，施工人員遇到了有 “工程癌癥”之稱的膨脹土。

“這種土遇水會膨脹，無水時就是干散狀態(tài)。”該段項目經(jīng)理朱建軍告訴記者。頭三年，“他們一共挖了十三個大坑，一直和這種土較勁兒。”

“那三年，我們沒干別的，天天就在坑里和這種土斗爭，研究不同方案。” 朱建軍告訴記者。

膨脹土未受到攪動時強度很高，但有致命弱點，由于其體內(nèi)存在天然形成的蠟狀裂隙滑面，一旦暴露在大氣中，水分風干就產(chǎn)生裂縫，再遇水就變成扶不上墻的一灘爛泥，柔弱無力。因此，在膨脹土地段修筑過水渠道，最易引起滑坡、變形、沖刷垮塌。

如何制服膨脹土的無常特性，保持渠道的健全“體型”和良好“身段”？成了擺在設計人員面前的一道難題。

設計人員認為要破解這道難題，首先要真正摸透膨脹土的脾氣，取得精細數(shù)據(jù)，建立數(shù)學模型，以便對癥施治。他們在現(xiàn)場原型渠道上設置了膨脹土渠坡試驗段，開展大氣環(huán)境影響模擬試驗（人工降雨試驗），根據(jù)南陽的氣象資料并考慮各種不利情況進行疊加，分別模擬弱降雨、暴雨和特大暴雨三種降雨形式，反復進行降雨試驗。

這些試驗重點研究膨脹土渠坡大氣影響帶的形成過程、雨淋溝的形成機理和發(fā)展過程、淺層滑坡的產(chǎn)生機理及破壞模式，從而為膨脹渠坡處理提供試驗依據(jù)。

設計人員最終在膨脹土物理力學特性上取得突破性發(fā)現(xiàn)的基礎上，經(jīng)過長期試驗，有針對性地調(diào)整了技術(shù)處理方案：壓重+保護。壓重就是在膨脹土中加入3%—5%的水泥，讓它改性，然后覆蓋在原膨脹土上，使其保濕。通過修建M型的抗滑樁和梁，現(xiàn)在渠道坡度控制在1∶3，節(jié)省了大量投資。

試驗成功后， 長江水安然渡過了膨脹土的“怪異脾氣”地段，一路緩緩流淌，步伐輕盈。

“3毫米奇跡”創(chuàng)造世界工程極限

南水北調(diào)中線北京段西四環(huán)暗涵工程堪稱超高難度工程。該工程要確保南來水不動聲色地穿越北京市五棵松地鐵站。這是世界上第一次大管徑淺埋暗挖有壓輸水隧洞，近距離穿越地鐵下部。

頂上是百噸重的地鐵列車來回不停穿梭從拱頂呼嘯而過，土層之下是隧洞開挖地動山搖的轟鳴。如此疊床架屋的場景，豈止是險象環(huán)生。下層掏空，必然會使地面出現(xiàn)沉降。要害是究竟沉降多少？僅是毫米之差，就可決定工程的成敗。

南水北調(diào)中線北京段西四環(huán)暗涵工程，創(chuàng)下暗涵結(jié)構(gòu)頂部與地鐵結(jié)構(gòu)距離僅3.67米、地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降值不到3毫米的紀錄，挑戰(zhàn)了極限，創(chuàng)下了世界之最。

3毫米，僅僅是1粒稻米的高度，相對于一個深埋地下10多米、直徑5米左右、長近1.5公里的隧道來說，只是一個籃球與地球的比例。地下建筑物沉降的國際通行標準是7毫米，號稱世界地下工程超級大國的日本歷經(jīng)百年發(fā)展，目前沉降控制還是5毫米。

然而，將地面沉降控制在3毫米以內(nèi)，對于地下工程領域來說，則是一座難以逾越的大山。南水北調(diào)中線北京段西四環(huán)暗涵工程跨越了這座高山，創(chuàng)造了世界工程極限。

北京五棵松地鐵車站正下方的地腹：圍巖為砂卵石， 土層不夠堅硬， 不易開挖成洞型，容易發(fā)生掌子面坍塌；西四環(huán)地下鋪設管線較多，盤根錯節(jié)……

為了能托住3毫米沉降，工程人員創(chuàng)新了各種施工工藝：對地鐵以下土層注漿加固，嚴密控制注漿壓力，防止過度注漿造成負沉降；增設了臨時仰拱，采取密排鋼拱架和初支外周邊注漿加固相結(jié)合的措施，控制地面結(jié)構(gòu)沉降；應用遠程自動化監(jiān)測技術(shù)全天候監(jiān)測，使施工全過程處于可控狀態(tài)等等。

就這樣，工程成功后，北京西四環(huán)12.4公里暗涵，安穩(wěn)地穿過23座大型立交橋、8座人行橋、2條鐵路、400余條盤根錯節(jié)的管線src="> 

超大型渠道襯砌設備技術(shù)

在滹沱河倒虹吸工程施工時，中國水利水電第十一工程局有限公司（簡稱“水電十一局”）中標了渠道工程京石段的S31標和S6標。要想高質(zhì)量、高效率地做好渠道襯砌工作，必須配置上大型渠道襯砌設備。

配置超大型渠道襯砌設備的技術(shù)，當時在國際上都還是空白。水電十一局又將如何解決這個難題？

“出路只有一條，就是我們自己動手，自己創(chuàng)新。” 項目領導鼓勵大家。

盛夏夜晚，繁星閃爍。盡管夜色已深，但是為了探索解決之道，大伙兒還是難以入眠。負責該項目領導同志們和作業(yè)二處的處長徐其陽，坐在渠道邊，商量對策。

“我說其陽啊，你說如果是把龍門式布料機，改造成符合咱們渠道澆筑的澆筑機會怎怎樣呢？”有人突發(fā)奇想。

“我覺得這個點子可以呀，可以試一下！”徐其陽有些興奮。

“我們要自己設計，還必須滿足不低于三十米坡長的跨度，以及不同坡比的要求，而且這種設備還必須具備攤鋪、布料、震搗、整平功能等等。”又有同事插話。

“我覺得，還有一點也非常重要，那就是必須要滿足澆筑混凝土的密實度以及平整度的要求。襯砌厚度也要能夠調(diào)節(jié)，可以連續(xù)施工作業(yè)，符合渠道設計坡比及曲率半徑的要求。操作起來呢，還要安全、簡單、這樣維修也能便利，當然，也要做到方便移動。” 徐其陽越聊越興奮。“其陽，這個任務就由你來主要完成吧，明天我們就開始行動。”

真是沒想到，一次深夜渠邊的聊天，竟然成就了科技創(chuàng)新的一段“傳奇”。桁架的上饒度計算值是設計中難度最大的是問題。“之所以有難度，是因為桁架上面有布料、小車及皮帶輸送混凝土料等在不停行走，桁架所承受的重量又是動態(tài)變化的。我們經(jīng)過技術(shù)人員上百次的計算試驗等，成功測出了適合該設備的桁架上饒度數(shù)值。”徐其陽說。

2006年7月，經(jīng)過無數(shù)次的拆裝、焊接、試驗后，由該公司自主研制的大跨度綜合型振碾式渠道混凝土澆筑機終于走下了生產(chǎn)線，順利投入使用。

2006年8月，南水北調(diào)中線干線渠道首塊渠道襯砌混凝土，在滹沱河倒虹吸出口渠道段試襯成功。南水北調(diào)京石段實現(xiàn)通水后，技術(shù)人員發(fā)布了《大型渠道混凝土快速襯砌施工技術(shù)研究成果》，該成果先后獲得電建集團科技進步一等獎、中國電力科技進步三等獎。