大江北去穿喉過

馮春久

1月8日下午，在黃河北岸溫縣境內(nèi)，逶迤壯觀的南水北調(diào)渠道蜿蜒在河灘上，亮麗的“水泥白”在落日的余暉下閃閃發(fā)光。

這是中國水電四局承建的穿黃III標，一直被譽為渠道襯砌的樣板工程，并在全線推廣專項檢查時現(xiàn)場抽檢襯砌土工膜焊接工藝合格率達100%。南水北調(diào)中線工程鄭焦項目部工管處穿黃工程現(xiàn)場辦工程師祝亞平說，2013年11月29日上午，南水北調(diào)中線穿黃工程北岸豎井檢修房混凝土倉號順利通過四方聯(lián)合驗收并開盤澆筑，這標志著史上最宏大的江河穿越——穿黃工程，經(jīng)過8年苦干，順利完工。目前，正在進行工程后續(xù)的各種完善工作。

來自丹江口水庫清澈甘甜的水，經(jīng)過南陽、平頂山、許昌等地，跨越20多座渡槽，進入鄭州后被黃河攔下。丹江水要從滾滾黃河之下穿過，工程難度之大可想而知。穿黃工程，既是南水北調(diào)中線一期工程總干渠跨越黃河干流的特大型交叉建筑物，也是總干渠上規(guī)模最大、單項工期最長的關(guān)鍵性工程，其任務(wù)是將中線調(diào)水從黃河南岸輸送到黃河北岸，之后向黃河以北地區(qū)供水。它的順利完工，對于實現(xiàn)國務(wù)院南水北調(diào)建委會會議確定的2014年汛后通水的目標有著非常重要的意義。

長江水穿越黃河水，這個人類歷史上最宏大的穿越大江大河的水利工程，所遇到的技術(shù)問題，是當今地下工程最前沿的核心難題。

穿黃工程位于鄭州市以西約30公里孤柏山灣處，全長19.304公里，設(shè)計流量每秒265立方米，加大流量每秒320立方米，工程靜態(tài)總投資29.0067億元。設(shè)計單元劃分為25個單位工程，其中16個水工單位工程、7個橋梁單位工程，2個35kV永久供電線路單位工程。

祝亞平介紹，2005年9月27日，穿黃工程開工，成為南水北調(diào)中線工程河南段第一個開工的項目。主體工程由南、北岸渠道，南岸退水洞，穿黃隧洞，工作豎井，北岸防護堤，北岸新、老蟒河交叉工程以及孤柏嘴控導(dǎo)工程等組成。

南岸明渠長4628.57米，為深挖方渠道，渠道邊坡最大坡高超過50米。土體為黃土狀粉質(zhì)壤土，滲透系數(shù)較小，地下水位又較高，大部分高出渠底30米左右，若開挖速度過快，土體內(nèi)的孔隙水壓力不能及時消散，滲透作用將有可能引起邊坡失穩(wěn)。施工中降水工程量特別大，最深的降水井打到地下40米。

北岸明渠包括北岸河灘明渠和北岸連接明渠，全長約9.97千米。北岸河灘明渠位于黃河北岸河灘上，長6127.5米，為高填方渠道。渠底寬度8米，渠底縱坡1/10000，邊坡內(nèi)外坡比均為1：2.25，最大填方厚度為9.7米，其間還有新蟒河渠道倒虹吸和老蟒河河道倒虹吸等交叉建筑物。北岸連接明渠位于黃河以北階地，長3840.53米，為半挖半填渠道，過水斷面與河灘明渠相同。

渠道工程土方采用挖掘機開挖、自卸汽車運至棄渣場?；靥畈捎闷囘\土、推土機平整、凸塊振動碾碾壓。渠道面板采用現(xiàn)澆混凝土，襯砌板下鋪復(fù)合土工膜防滲。渠道襯砌施工采用襯砌機為主、人工襯砌為輔的施工方法，包括渠床整理、永久排水系統(tǒng)安裝、砂礫石墊層鋪筑、保溫板鋪設(shè)、復(fù)合土工膜鋪設(shè)、混凝土澆筑、伸縮縫切割、聚硫密封膠打膠等8道工序。

穿黃隧洞段包括邙山段和過河段，全長4250米，采用雙洞平行布置，軸線間距為28米，隧洞直徑7米。隧洞軸線豎向布置南高北低，南岸始端斷面的中心高程為72.45米，北岸末端斷面的中心高程為67米。邙山隧洞段全長800米（含南岸施工豎井內(nèi)連接段長度），為斜洞段，坡度為49.107‰，上端斷面與進口閘室相接，下端與過河隧洞相接。過河段全長3450米，由北向南由2‰變?yōu)?‰，通過北岸豎井彎管段與出口建筑物連接。

布置在南岸的退水建筑物包括閘前段、閘室段、退水洞、出口消力池與泄水槽等，共長1019.21米。穿黃工程項目經(jīng)理丁兆森說，退水洞雖然只有790米，打通卻花費了6年多時間，一個月才能打通10米左右。其洞身處在沖積層黃土狀粉質(zhì)壤土、古土壤和粉質(zhì)壤土層中，土體大部呈軟塑狀，地下水位高出洞底板29.5米，開挖中發(fā)生了3次較大的支護變形和8次嚴重塌方。先后變換了三臺階臨時仰拱法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法、敞開式盾構(gòu)法等工藝工法，最終于注漿加固的土體內(nèi)實現(xiàn)安全貫通。

工作豎井作為穿黃工程的重要部分，擔負著穿黃工程過黃河隧道段盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)始發(fā)工作和北段彎管段的施工任務(wù)。北岸豎井內(nèi)徑16.4米，外徑21米，兩豎井中心距28米。豎井開挖深度達50.1米，采用1.5米厚的地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)。豎井位于黃河灘內(nèi)，地層主要為砂層，自凝灰漿墻和地下連續(xù)墻深度均超過了75米，遠遠超過了一般灰漿墻、連續(xù)墻的深度，在國內(nèi)尚屬首次施工。施工中，采用先進的設(shè)備成槽、套銑接頭工藝、大型設(shè)備配套吊放鋼筋籠和直升導(dǎo)管灌注混凝土的施工方法，順利完成了國內(nèi)最深的地下連續(xù)墻施工，較好地保證了地下連續(xù)墻的完整性。

穿黃工程是在泥沙、淤泥等復(fù)合沉積地層中，在飽和水位下埋深最大的穿越黃河的輸水隧道。打通隧洞，是整個穿黃工程的重中之重。

中鐵隧道葛洲壩聯(lián)合體項目部承建穿黃工程2A標，重點工作是打通隧道。項目部總工程師趙曲斌說，在黃河河床下30多米的地方，穿黃工程的兩條隧洞內(nèi)徑均為7米，長4250米。打通隧洞用的是巨型盾構(gòu)機，這既是我國第一次用泥水平衡盾構(gòu)機進行施工的水工隧道，也是世界上首次采用盾構(gòu)的方式穿越大江大河，全無先例可供借鑒。

2007年7月8日，盾構(gòu)機從黃河北岸50米深的豎井下始發(fā)。按照設(shè)計，盾構(gòu)機始發(fā)后，將一鼓作氣穿過黃河。然而，行進不到1000米，問題就出現(xiàn)了。盾構(gòu)機排出來的泥漿中有油管和刀具，還有刀盤上的輔助材料。這意味著盾構(gòu)機的刀具和刀盤都出現(xiàn)了問題，必須馬上檢修。此時刀盤已在隧洞的最前端、在黃河下面的淤泥里，上面是相當于30米高水流的壓力。德國盾構(gòu)機生產(chǎn)廠家的專家被請到現(xiàn)場，但他們開出了大價錢，單單一個操作工人，一個月的工資就接近20萬美元。項目部決定依靠自己的力量進行技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過長達一個多月的艱辛探索，終于找到了一個切實可行的解決方案：采用三軸攪拌樁對刀盤修復(fù)所需區(qū)域進行加固。通俗地說，就是在刀盤和淤泥之間形成一個55厘米大小的空間，從盾構(gòu)機前艙門進倉檢修。也就是帶壓進倉修復(fù)，這是相當危險的一項工作。刀盤上一個滾刀就有150多公斤重，齒刀也有75公斤左右。在狹小的空間里，技術(shù)工人用風(fēng)鎬和工兵鏟一點一點地把泥土鏟開，五六個小時才能挖出一把刀。直到7個月后，盾構(gòu)機又開始恢復(fù)掘進。

穿黃隧洞外襯通過管片拼裝形成，利用壁后注漿、泥水分離方式保證管片與開挖土體之間密實；穿黃隧洞內(nèi)襯通過鋼筋安裝、止水施工、模板施工、混凝土澆筑等而成，為目前國內(nèi)外最薄的環(huán)向有粘結(jié)的后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用C40W12F200預(yù)應(yīng)力混凝土，厚度為45厘米，混凝土標準分段為9.6米；采用鋼模臺車作為模板，附著式和人工振搗結(jié)合方式進行澆筑。

隧洞內(nèi)襯有18道工序，厚度僅為45厘米，相比一般內(nèi)襯60厘米的標準來說，難度非常大。每倉長9.6米，光鋼筋就需要6個型號，且每層不同樣的鋼筋形狀就有60多種，重3.6噸。更困難的是，對鋼筋綁扎的精確度要求非常高，正負誤差不能超過10毫米。第一倉開始時，工人不分晝夜綁扎了15天，結(jié)果驗收時還是不合格，只好拆掉重新綁扎，現(xiàn)場模擬培訓(xùn)。

混泥土澆筑更是難上加難。由于內(nèi)襯鋼筋密集，特別是錨具槽處鋼筋特別密集，用常規(guī)的水工隧洞二次襯砌鋼模臺車的施工工藝，已無法保證內(nèi)襯混凝土澆筑密實。通過研究及地面模擬試驗，最終采用 “模板多開孔，從下向上、從中間向兩側(cè)、左右對稱均衡布料，左右兩側(cè)布料高差不能超過100厘米。從底板至高位槽頂采用30～60厘米/層的布料高度”的多窗口布料方式（整個臺車布置有45個進料口）；采用“腰線以下采用插入式振搗為主，附著式振動為輔，腰線以上以附著式振動為主”的振搗方式。趙曲斌說，光試驗就用了一年多時間，無數(shù)次的仿真模擬試驗，終于從最初的20天澆筑一倉發(fā)展到3天澆筑一倉，達到了“滴水不漏”的施工標準。試驗成功之時，不知多少人都在現(xiàn)場激動得熱淚盈眶。

面對穿黃工程一系列的世界級難題，建管單位成立攻關(guān)小組全力破解，先后攻克了7項在國內(nèi)外具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。中線工程鄭焦段項目部部長郭永峰說，穿黃工程的順利建成，實現(xiàn)了南水北調(diào)中線干線工程的咽喉貫通，這是南水北調(diào)系統(tǒng)上下協(xié)同、地方政府積極支持、現(xiàn)場參建單位努力拼搏的結(jié)果，更是我國水利建設(shè)者自主創(chuàng)新、頑強奮斗的結(jié)果。

穿黃工程南岸為鄭州市的滎陽市，北岸為焦作市的溫縣。穿黃工程征地涉及滎陽市、上街區(qū)、鞏義市、溫縣、沁陽市5個縣（市、區(qū)）的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)35個行政村（單位），征地總面積8531.3畝，其中永久用地4083.5畝、臨時用地4447.8畝，征遷和環(huán)境協(xié)調(diào)工作涉及近萬名群眾。建管單位充分依靠地方各級政府及征遷機構(gòu)，建立征遷協(xié)調(diào)聯(lián)席會議機制，共同營造文明和諧的建設(shè)環(huán)境。施工單位積極開展與縣、鄉(xiāng)、村和諧共建，規(guī)范管理、文明施工，主動修筑便民道路、鋪設(shè)灌溉管道、給群眾送水、促進當?shù)厝罕娋蜆I(yè)增收；焦作市各級政府及征遷機構(gòu)強化協(xié)調(diào)機制，加強政策宣傳工作，貼近一線解決具體征遷問題，先后協(xié)調(diào)解決了北岸土料場、北岸3號路、新增陳家溝排水、臨時用地延期、新增仿真模型實驗用地、新蟒河新增用地、軍地灘棄渣場土地堿化處理、新增北岸公路橋占地、新增南張羌倒虹吸工程占地、新增移民連接路增加等變更問題。工程建設(shè)者與鄭州市、焦作市各級政府和調(diào)水部門同呼吸、共擔當，團結(jié)協(xié)作，奏響了和諧共建的優(yōu)美樂章。

在工程建設(shè)的3000多個日日夜夜里，建設(shè)者人人爭先，展示了南水北調(diào)人高度敬業(yè)和忘我奉獻的精神。更加難能可貴的是，人工開辟的穿黃工程沒有出現(xiàn)一起質(zhì)量事故；歷經(jīng)千百次檢測，質(zhì)量優(yōu)良的紅旗始終高高飄揚，成千上萬名建設(shè)者矢志不渝，用一腔熱血澆筑出了我國水利工程史上的“質(zhì)量奇跡”。