技術(shù)進(jìn)步為南水北調(diào)工程提供有力支撐

中線河南安陽段渠道施工

　　在鄭州花園口西的黃河河床底部40米深處，工程建設(shè)者們要打兩條4250米長的隧道，清澈的漢江水將由此穿越黃河北上，形成長江南來之水與東西向的黃河水流的十字立交，江水與河水擦肩而過……當(dāng)你的腦海里出現(xiàn)這一人文與自然交融的奇觀時，一定難以想象這一空間的穿越穿越了多少工程技術(shù)的層層障礙。

　　近日，隨著龐大的“穿越號”盾構(gòu)機(jī)到達(dá)黃河南岸工作豎井，國內(nèi)最宏大的穿越工程――――南水北調(diào)中線穿黃首條隧洞順利貫通。與此同時，南水北調(diào)東、中線一期工程捷報頻傳，中線工程水源地丹江口水庫大壩加高加固工程達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，東線一期三陽河、潼河、寶應(yīng)站工程和濟(jì)平干渠工程已完工并發(fā)揮作用，長江清水歡快地流向北方……

　　作為緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺、優(yōu)化配置水資源的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施―――南水北調(diào)工程建設(shè)正在全面提速。

　　作為迄今為止世界上規(guī)模最大的水利工程，其規(guī)模及難度在國內(nèi)外均無先例，在勘察、設(shè)計、施工、建設(shè)等方面存在一系列需要解決或者沒有工程實例的技術(shù)難題。南水北調(diào)工程建設(shè)者們砥礪拼搏、自主創(chuàng)新，攻克了一個又一個技術(shù)難題，并將其轉(zhuǎn)化為專利技術(shù)。

　　橫穿四大流域帶 諸多關(guān)鍵技術(shù)獲得突破

　　南水北調(diào)工程橫穿長江、淮河、黃河、海河四大流域帶，渠線長，包含項目多（由150多個設(shè)計單元工程、2700多個單位工程組成），涉及面廣，是一個非常復(fù)雜的巨型系統(tǒng)水利工程，有一系列技術(shù)難題需要解決。

　　南水北調(diào)工程面臨的技術(shù)問題難度世上罕見。譬如丹江口大壩加高工程中新老混凝土結(jié)合、復(fù)雜地質(zhì)條件下穿黃隧道工程關(guān)鍵技術(shù)、超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制、膨脹土地段渠道破壞機(jī)理及處理技術(shù)、中線工程輸水能力與冰害防治技術(shù)等等，還涉及諸多國家和行業(yè)原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白領(lǐng)域需要填補(bǔ)。

　　這些年，隨著以上技術(shù)難題一道道破解，南水北調(diào)工程創(chuàng)造了一系列新的工程科技紀(jì)錄，在全國水利工程建設(shè)乃至其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中也發(fā)揮著重要促進(jìn)作用。

　　據(jù)統(tǒng)計，截至到2009年9月，南水北調(diào)工程共申請77件專利，其中獲得授權(quán)34件，許多專利成果已經(jīng)應(yīng)用到工程設(shè)計與施工當(dāng)中，對工程質(zhì)量和進(jìn)度起到了保障作用。同時，南水北調(diào)工程還獲得國家多項科技獎勵，“大型渠道混凝土機(jī)械化襯砌成型技術(shù)與設(shè)備”獲得國家科技進(jìn)步二等獎；“低揚(yáng)程水泵選型關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究”獲大禹水利科學(xué)技術(shù)獎二等獎……

　　要把水從南調(diào)到北，大型渠道設(shè)計和施工成了南水北調(diào)工程的重頭戲。南水北調(diào)工程通過科技創(chuàng)新，實現(xiàn)了三維可視環(huán)境下全線土方的優(yōu)化調(diào)配，實現(xiàn)了長距離“挖土量”―“填土量”之間的平衡，避免“借土”、“棄土”現(xiàn)象的出現(xiàn)，達(dá)到土石方工程總量趨于最小、占地面積趨于最省的目標(biāo)，大大降低了成本，提高了工程效率。[Page]

　　在施工機(jī)械上，南水北調(diào)也取得了重大突破。由于南水北調(diào)工程需要襯砌的輸水干渠總長長，質(zhì)量要求高，人工襯砌質(zhì)量難以保證。大型渠道混凝土機(jī)械化襯砌在國外雖已使用，但進(jìn)口設(shè)備購置費用高，施工成本大大增加。為了適應(yīng)南水北調(diào)工程的需要，科研人員攻克國內(nèi)大型渠道混凝土機(jī)械化襯砌中涉及的關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列成套設(shè)備，獲得電動滑?；炷烈r砌機(jī)、電動滾筒混凝土襯砌機(jī)、長斜坡振動滑模成型機(jī)、往復(fù)式抓斗清污機(jī)等發(fā)明專利和長斜坡振動滑模成型機(jī)、長斜坡螺旋修坡機(jī)、斜坡混凝土自動切縫機(jī)等實用新型專利，與國外同類設(shè)備相比，成型機(jī)自重降低三分之二，功率降低66%,設(shè)備價格降低80%,推動了中國水利科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。現(xiàn)已有7臺套襯砌施工設(shè)備出口至巴基斯坦、委內(nèi)瑞拉等國。記者從水利部了解到，我國大型灌區(qū)節(jié)水改造和續(xù)建配套工程的襯砌工程，以及全國待建的上百座平原水庫，均需要大型渠道混凝土機(jī)械化襯砌成型設(shè)備的國產(chǎn)化，正是南水北調(diào)工程所激發(fā)的創(chuàng)新成果推動了這一進(jìn)程，大大降低了我國水利工程的成本。

　　雖然我國成功地利用盾構(gòu)法完成了多條城市地鐵和過江公路，但在高地下水位下，在密實砂層、砂礫石層、黏土層等復(fù)雜地層中用盾構(gòu)機(jī)一次性長距離掘進(jìn)穿越大河，這在中國尚屬首例。本次南水北調(diào)“穿黃隧洞”總長4.25公里，采用新型雙層襯砌結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、工藝復(fù)雜，在水工隧洞中屬首次應(yīng)用。為了可靠性，南水北調(diào)專門做了隧洞1:1仿真模型試驗，深埋于地面以下30余米，較真實地模擬隧洞外部水土環(huán)境，規(guī)模之大、仿真程度之高均為水利水電行業(yè)的首例；大型超深工作豎井施工解決了豎井深層地基加固與防水等關(guān)鍵技術(shù)問題，基坑工程規(guī)模之大、開挖之深、體型之復(fù)雜、工作難度之高，堪稱國內(nèi)水電工程之最；現(xiàn)在，穿黃隧洞使用的復(fù)合襯砌技術(shù)和泥水平衡式盾構(gòu)施工中的一些技術(shù)或工藝，都已申請專利，有些還申請了PCT國際專利。

　　在超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制中，南水北調(diào)也填補(bǔ)了多項空白：首次提出符合中國規(guī)范體系和材料標(biāo)準(zhǔn)的一整套PCCP設(shè)計參數(shù)；在國內(nèi)首次提出PCCP管的陰極保護(hù)技術(shù)參數(shù)，研制的PCCP陰極保護(hù)測試探頭填補(bǔ)了國內(nèi)空白；機(jī)械化噴涂PCCP外防腐層材料和工藝為國內(nèi)首創(chuàng)……PCCP管道的制造工藝現(xiàn)已申請多項國內(nèi)發(fā)明專利，如輸水管接頭密封灌注砂漿及制造方法。

　　匯聚科研資源 博采眾長成就偉大工程

　　南水北調(diào)科技項目研究內(nèi)容涵蓋了工程宏觀調(diào)控、工程施工、建設(shè)管理及運(yùn)行調(diào)度等方面，大多數(shù)問題國內(nèi)外均缺乏研究，尚無成熟經(jīng)驗可供借鑒，國外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利也較為少見。

　　面對一系列工程技術(shù)上嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，國務(wù)院南水北調(diào)辦公室高度重視工程建設(shè)中的科技工作，為加強(qiáng)科技工作組織與管理，強(qiáng)化科技成果推廣運(yùn)用，更好地服務(wù)于工程建設(shè)，南水北調(diào)辦公室還專門制定印發(fā)了《國務(wù)院南水北調(diào)辦關(guān)于加強(qiáng)南水北調(diào)工程科技項目管理工作的意見》。

　　南水北調(diào)辦建設(shè)管理司巡視員兼副司長王松春介紹，工程建設(shè)之初，南水北調(diào)辦公室就制定了科技工作計劃，開展重大關(guān)鍵技術(shù)研究。他們率先啟動了丹江口大壩加高、PCCP管道制造和安裝、東線大流量水泵的設(shè)計和制作等方面的科技研究。南水北調(diào)辦還積極暢通科技創(chuàng)新渠道，落實有關(guān)經(jīng)費，并將科技創(chuàng)新和工程建設(shè)緊密結(jié)合起來。例如，中線工程利用工程建設(shè)費用在南陽、新鄉(xiāng)開展膨脹土（巖）試驗，為工程設(shè)計提供了科學(xué)數(shù)據(jù)，提出膨脹土處理的有關(guān)措施。中線穿黃工程進(jìn)行了1:1模型試驗，取得了大量設(shè)計及施工參數(shù)，解決了設(shè)計方案及施工工藝優(yōu)化比選問題等。

　　此外工程科技攻關(guān)項目還充分利用市場配置各種資源，為技術(shù)創(chuàng)新提供支持。很多科研題目和國家科技規(guī)劃結(jié)合起來，與科技部共同設(shè)立南水北調(diào)重大課題研究項目，列入了國家“十一五”科技規(guī)劃；與清華大學(xué)、武漢大學(xué)、河海大學(xué)簽訂科技協(xié)議；與中國水科院和中國工程院建立緊密聯(lián)系；很多課題是通過社會配置資源相互合作來推動的，比如，為解決中線水源地黃姜生產(chǎn)造成的水資源污染問題，南水北調(diào)辦邀請武漢大學(xué)、武漢地質(zhì)大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)等院校，從幾個不同的技術(shù)路線出發(fā)，進(jìn)行黃姜生產(chǎn)工藝研究，解決黃姜生產(chǎn)中污染的問題，現(xiàn)在已經(jīng)取得階段性成果。

　　特別值得一提的是，工程建立了先進(jìn)的科技交流和成果共享機(jī)制。科技成果作為一種公共資源，由成果形成的單位和有關(guān)試用單位共享，廣泛應(yīng)用到工程當(dāng)中去，保證了成果的高效性。

　　王松春還告訴記者，南水北調(diào)工程必須結(jié)合國情，在技術(shù)上實現(xiàn)自主研發(fā)的同時，還要和引進(jìn)、吸收相結(jié)合。中線穿黃工程使用德國產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)，他們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。貫流泵的設(shè)計當(dāng)中也進(jìn)行了改造，解決了泵裝置的氣蝕性能，提高了水泵的使用效率。

　　實踐證明，南水北調(diào)工程所涉及的許多硬技術(shù)和軟科學(xué)是世界級的，是水利學(xué)科與多個邊緣學(xué)科聯(lián)合研究的前沿領(lǐng)域，尤其是在工程技術(shù)方面，有相當(dāng)數(shù)量的科技成果已經(jīng)應(yīng)用于工程建設(shè)，為京石段工程、濟(jì)平干渠工程、三陽河潼河寶應(yīng)站工程建成投入運(yùn)行發(fā)揮效益提供了堅實支撐。