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天津缺水,华北缺水,一直是党和政府牵肠挂肚的大事,因此作出了南水北调的重大决策:从汉江丹江口水库引长江水北上。这是一项前无古人的伟大工程,备受世人瞩目。随着天津段调水工程的开工,南水北调中线工程也全线开花。6年前,本报曾在全国范围内首家派出记者驱车千里对中线工程实地采访。今天,随着这一工程建设进入高潮,本报再次派出记者沿线回访调水源头、沿途各省的工程进展、水源生态环境保护以及京津如何分配使用长江水等情况。
长江将从黄河下穿过
入了冬的黄河滩区已是一派枯黄,11月18日,冒着料峭的河风,跨越黄河大桥,本报记者专程奔赴南水北调中线工程最为紧要的穿黄工程隧洞工地。登高远望,九曲黄河蜿蜒奔涌,浩浩荡荡昂首东去;眼前,大型搅拌车、推土机轰鸣不已,往来穿梭,忙碌不停……地上地下,一清一浊,中华民族两条奔涌千年的母亲河——黄河与长江,用不了多久,就将在这里实现神奇的立体交汇……
九曲黄河在河南省荥阳市摆了一下“腰”,留下了一个叫孤柏嘴的小河湾。如今,这个无名的孤柏嘴已成为众人瞩目的“焦点”,为保水质,杜绝“交叉感染”,北上长江水将借助这个穿黄隧洞在此与黄河立体交叉通过,穿黄工程也因此被称为南水北调中线的“咽喉工程”。
陪同记者采访的工程师陆广东告诉记者,穿黄隧洞总长4250米,如今已经掘进1428米,再有1200米,就将进入黄河河床底部,如今施工进入了壤土层,施工难度加大,平均每天只能掘进大约9.6米。
长江跨越黄河必须经过“U”形地下竖井实现。记者置身正在施工的竖井中,四周抬手所及都是冰冷坚硬的混凝土,整个竖井也像一个夯在地下的粗壮的水泥管道,就连井底都是厚厚的水泥。陆广东告诉记者,将来工程完工,长江水就是从河床底下的隧洞流过去跨越黄河一路向北。他还告诉记者,因为竖井就在距离黄河河道不远处,因此防止地下水渗入竖井成为最大的难题。黄河地下隧洞只有48米深,而北岸的竖井要挖掘到76.6米深。陆工程师说,隧洞以下的28.6米,就像是房子的地基,为的就是保证上面的48米隧洞的坚固。
长江穿黄河方案论证十年
据河南省水利专家介绍,穿黄工程位于郑州京广铁路以西约30公里处,于孤柏山湾李村附近横穿黄河。南岸起点为河南省荥阳县王村乡王村化肥厂南,终点为黄河以北温县南张羌乡陈家沟村西,总长19.3公里。工程设计流量为265立方米每秒,加大流量为320立方米每秒。穿黄工程主要建筑物包括南岸连接明渠、南岸退水建筑物、穿黄隧洞、北岸河滩明渠、北岸连接明渠等,均按一级建筑物标准设计施工。
记者了解到,从一开始,穿黄工程就有地上渡槽“飞渡”和地下隧道“穿越”两个不同的设计方案。采用任何一种方式穿黄,跨度之长,难点之多,都是迄今为止国内水利工程所没有的。在将近10年的技术论证过程中,过河方案优先考虑的是安全性、技术可行性和经济性。隧洞穿黄方案,不影响黄河河道走势,抗地震特性优越,且施工机械、技术成熟,最先赢得了国家有关部门的初步认可。南水北调中线管理局穿黄建管部综合处处长王斌介绍,承担国家南水北调中线工程规划、设计任务的长江设计院,提出的隧道穿黄工程方案是从黄河河底27到32米深处,采用盾构开掘方式,在地下开挖直径7米左右的过水通道,潜行4250米,从而将南北两岸的水渠连接在一起。为了保障输水安全,设计方案中特意设计出两条隧洞线路,其中,两条引水的穿黄隧洞是整个穿黄工程最引人瞩目的控制性建筑物,隧洞河底段长3450米,呈圆形断面,单洞内径7米。“两条隧洞轴心直线距离28米,犹如两条蛟龙,同时在黄河河底掘进。”王斌形象地说:“用‘降龙十八掌’里有名的招式‘潜龙在渊’形容穿黄隧洞再形象不过了。”
挖掘隧洞的机器大如小火车
穿黄工程是南水北调的重点,而河底隧洞又是穿黄工程的重中之重,打孔的主角就是泥水平衡盾构机。这台专门用于地下挖洞的“大家伙”是在德国专门定制的,“体格”强大如同一列小火车,刀头、盾体、盾尾和附件4个部分连接,有100多米长、1600多吨重、9米高。盾构机一旦开始工作,就不能停止,除非机器出了故障,工人们只能每工作8-12小时倒班轮流休息。而且,由于它钻在黄河的身子底下水下作业,因此整个施工过程是封闭的。工人们的一切都要在这个“大家伙”中进行,即使如厕也只能在它配套的卫生间里进行(只能供男士小便)。此外,由于作业面空气不流通,机器的后侧连接了一个直径1米左右的管道,负责往机器里面送风、抽风,补充新鲜空气。
这个专为河底施工所设计的泥水平衡盾构机,它的施工面就像把电动剃须刀,根据隧洞的直径制作,穿黄工程使用的直径为9米,中间是个电动转盘,在转盘上安装有数组倾斜的刀片,盾构机工作时,能够将施工面的泥土刮出,通过专用的传输带,将泥土送出施工隧洞。而盾构机长度像一列小火车,在施工面的带动下,缓慢地向隧洞深处挺进。盾构机作业期间,河面上的船只,地面上劳作的农民将“毫无知觉”。
据了解,此次穿黄工程所使用的盾构机刀片,虽然是经过特殊耐磨设计的,可还是无法应付作业过程中出现的石块和树根。而在盾构机前进过程中,又无法更换新刀片。经过设计者的反复推敲,最终决定,给这两台盾构机特别安装了破碎设备。盾构机动力系统由10个110千瓦的电动机组成,相当于15辆捷达轿车的动力。在盾构机前进途中,如果检测发现前方有大石块或者老树根,就立即暂停刀片的运转,由“专杀工具”破碎设备就会领命出战,在石块或树根被搅碎后,刀片才能被再次启动继续前进。
双层隧洞保安全举世罕见
从黄河地下穿过的隧洞,面对的不仅仅是外部黄河水和河床对隧洞外层形成的压力,穿黄隧洞内每秒320立方米的输水量,左右岸渠与隧洞几十米落差所形成的内部高压,也会给隧洞内层施加一股向外的胀力。如何能保证已经开挖的隧洞不发生渗水、甚至坍塌呢?针对这种独一无二的双重压力条件,长江设计院开创性地设计了内外两层衬砌的双层隧洞,两层衬砌分别应付来自内外的压力。这种结构形式在国内外均无先例,在采用盾构法施工的过河隧洞设计中,举世罕见。
采访中,穿黄工程项目部调度主任中国中铁隧道公司工程师怀小刚也告诉记者,隧洞里的盾构机每前进1.6米,就要停下来“喘口气”,而此时施工人员最忙最累,他们要给挖出的隧洞安装装配式钢筋混凝土管片,水泥管片宽1.6米,每片重约2.5吨,7片弧形的管片紧贴隧洞泥土层围一圈,正好形成一个大圆,恰好能将挖好的隧洞填补上,再进行加固、灌缝等操作,一圈相当牢固的管壁就这样安装到位了,由于管片完全用钢筋混凝土浇筑,厚度达到40厘米,完全可以支撑整个隧洞的压力,挖好的隧洞也不会坍塌。
坍塌被有效地预防了,可渗水呢?弹性密封材料和遇水膨胀材料派上了用场,通过它们管片间的接缝被堵得严严实实。
隧洞通水后检修也很方便
黄河河底隧洞建成通水后,为了保证隧洞的正常运转,就需要定时检修,可隧洞却在地下,这又如何检修呢?采访中,记者了解到,与黄河北岸一水之隔的南岸,水利施工部门也正在紧张地施工,邙山800米倾斜隧洞就是为此而特别设计建造的。按照施工设计规划,3450米的直隧洞只允许有千分之一的倾斜度,而最后的800米倾斜隧洞,倾斜度高达4.91%。也就是说,在黄河南岸竖井的地下32米处,就要将盾构机工作面向上倾斜,到800米隧洞打通之后,盾构机就重新回到了地面。采访中,水利专家告诉记者,按规划隧洞建成后每年有15天到30天检修期,每3年到5年将安排一到两个月的大修,半年左右放空隧洞的水检查一次。每次的检修,就是倾斜隧洞大显身手的时候。届时,先将黄河南岸的隧洞入口处的闸门关闭,然后将隧洞内的水排出,检修车就可沿800米倾斜隧洞直接开进黄河底下的直隧洞。
穿黄明渠宽是长城的10倍
6年前,记者曾在黄河边孤柏嘴采访,当时的黄河大堤下仍是绿油油的农田菜地,而今,随着南水北调穿黄工程的进行,昔日静谧的河边,如今已喧嚣一片,伴随着穿梭的重型机械,宽阔的输水明渠也一天天延伸开来。记者在采访中看到,穿黄工程南岸地上明渠已经基本开挖到位,只待用水泥石块护砌。接受记者采访的水利水电十一局工程师宋彦波告诉记者说:“南岸开挖已经满两年时间了,穿黄明渠最宽近120米,约是长城宽度的10倍,最深处有20多米。整个水渠的水流动力是水位落差,地势整体来看是南高北低。为保证水质,地上明渠修好后,将采取封闭式管理的方式,两岸还将各栽植50米宽的防护林带,连雨水、地表水也都将被截流排入黄河。”
一河之隔的北岸,穿黄工程隧洞潜行出地面后,也将“合二为一”,汇入一条明渠。记者注意到,黄河北岸的明渠施工进度比南岸要快一些,高耸的护堤像两条巨龙横亘豫北大平原,蜿蜒北上的护堤外,已经开始在衬砌护坡石,登上大堤,记者看到有碾压机正在对明渠渠底进行最后的压实工作,来自江苏的施工工人陈军告诉记者说:“压实过后,他们将马上对明渠内部进行护砌。”
三种情况长江黄河实现“交融”
南水北调中线建管局有关负责人接受记者采访时介绍说,中线穿黄工程被称为南水北调的“咽喉工程”,穿黄隧洞是穿黄工程的最大难点,也是我国穿越大江大河规模最大的输水隧洞。工程建设不仅直接关系到黄河的防洪安危,也关系到中线一期工程的成败。穿黄主体建筑物设计洪水标准为300年一遇,主要建筑物地震设计裂度为7度。
南水北调通水后,长江和黄河,这两条世界瞩目的河流将有机会“水乳交融”。中国水利水电第十一工程局承担着穿黄工程中线南岸退水洞等项目建设重任。中线施工局党委副书记张锐在接受记者采访时介绍说,三种情况下,黄河水和北上的长江水将能够相会。如果黄河出现旱情,长江水将通过一个退水洞注入黄河,“支援”黄河,实现相会。当穿黄隧洞需要检修时,长江水将通过退水洞注入黄河,从而排空穿黄隧洞中的水对其进行维修。此时,黄河水和长江水将实现相会。第三,水量过多时,长江水可通过退水涵洞排进黄河,为泄洪分担微薄之力,实现江水、河水共一色。