你看不到的北京城地下輸水環(huán)廊

演講者：蔣奇

推薦單位：北京水力發(fā)電工程學會

構建國際首例

“特大城市輸水環(huán)路”

南水北調中線工程，每年引10億立方米長江水入京城，終于使得北京的水資源得到緩解。但長途跋涉的珍貴的江水怎么用好，怎么用得科學，是北京水利規(guī)劃設計者面臨的新課題。

要知道，南水北調進京之前，北京市城區(qū)的水廠主要通過京密引水渠由北向南輸送密云水庫的水，其他區(qū)縣由分散的管網開采地下水。南水進京后，與京密引水渠在頤和園旁的團城湖調節(jié)池對接，形成了一條“樹狀”的供水動脈。北京的供水形成了由南水、本地地表水、地下水組成的三大主力水源。如果止步于此，僅僅解決了北京城區(qū)西、北部分地區(qū)的水源的問題，如何將南水的覆蓋范圍加大，如何讓三大水源串聯(lián)，互為備用，解決水廠單一水源、供水保證率低的問題，保證任何工況下不斷水，保證首都水資源安全，是我們面臨的重大難題。

在北京的地圖上畫一個“圈”，將北京供水格局由“樹狀”變“環(huán)狀”，可將三大水源和眾多水廠聯(lián)通起來，輻射北京各個方向，更加靈活地調配水資源。為了實現這個格局，設計者利用南水入京建成的西四環(huán)下輸水干線，緊鄰北五環(huán)路和東五環(huán)路建設了外徑6米，內徑4.6米，長44.7千米的東干渠工程，形成全長107千米的地下封閉輸水環(huán)路。

整個環(huán)路的調度運行包括五大類和37種工況，沿線數十個閘、閥設備都要統(tǒng)籌考慮運行參數，可謂牽一發(fā)動全身。為了科學可靠地完成設計，我們通過建立數學模型，進行水力分析及輸水方案優(yōu)化研究，根據不同工況制定了相應的調度指令，編寫了調度手冊，建立了水動力模型和管理系統(tǒng)。

環(huán)路供水的優(yōu)點可概括為“閉合相通、雙向輸水、互為備用、調度靈活”。閉合相通，使北京市真正實現了外來水、地表水、地下水的三水聯(lián)調。雙向輸水，替代了傳統(tǒng)樹狀輸水管線為了檢修建設雙線的要求，節(jié)省了大量的建設投資?；閭溆?，使三種水源在應急工況下切換更為便利，可實現跨區(qū)域調水。調度靈活，任何一個局部位置發(fā)生事故，可以通過兩側的檢修閥關閉進行檢修，不影響環(huán)路上的水廠運行。

創(chuàng)新的隧洞結構設計

和防水檢測方法

東干渠長度44.7千米跟北京三環(huán)路一圈長度相當，基本把一半北五環(huán)和整個東五環(huán)的地面、地下構筑物都穿了一遍。隧洞設計流量20.6立方米3/秒，灌滿水立方標準游泳池僅需1分半鐘;內水壓高于地面6～16米，如果管道結構出現問題，東五環(huán)地區(qū)可能就變海了。因此，如何實現大型壓力輸水隧洞施工安全和運行安全是項目研究面臨的另一重大難題。

針對北京東部的地質情況和施工條件，我們研發(fā)了盾構隧洞灌漿式預應力復合襯砌結構和全維度立體防水及預應力注漿擠密技術，提高了壓力輸水隧洞承載能力和防滲能力。研制了新型隧洞接縫防水檢驗設備，實現靜水壓試驗一次成功，滲漏量僅為規(guī)范允許滲漏量的21%。

新型全維度輸水隧洞防水技術的研發(fā)，就像給隧洞穿了了一層“雨衣”，但這層雨衣確是與混凝土結構完全貼合的，它使得單一的平面防水變成了徑向、軸向、環(huán)向全維度的立體防水效果，大大提高了結構整體的防水性能，解決了復合襯砌層間竄水的問題，保障了結構耐久性，降低了事故檢修排查的難度，提高了工程經濟性。

為了減少東干渠施工過程對地下水的影響，保護周圍建筑物安全，我們研發(fā)了新型的地下連續(xù)墻剛性接頭，提出以地下連續(xù)墻、止水旋噴樁組成側向防水，聯(lián)合基坑封底的綜合措施，形成基坑全封閉防水技術，保證了工程施工安全，實現施工不抽水，減少抽排地下水2.5億立方米。為了加快盾構機進出洞的施工進度，采用了玻璃纖維筋，盾構掘進時可以直接切削地下連續(xù)墻結構，簡化了施工工藝、加快了進度、降低了風險。

東干渠工程的修建，創(chuàng)造了特大城市環(huán)路供水格局，與常規(guī)雙線輸水方案相比，工程投資節(jié)省約1/3。工程2015年7月正式通水，城市70%的生活用水均通過環(huán)路輸送，城市供水保證率得到提高。工程的建設提前為北京城市副中心提供了日供水60萬立方米的水源保障，對北京市地下水保護及恢復起到了重要作用。