《中國(guó)周刊》記者 周群鋒/文 盧廣/攝影

很多人會(huì)不由感慨：1432公里，穿越千山萬(wàn)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(gè)世界或國(guó)內(nèi)之最。在這背后，離不開建設(shè)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(guó)內(nèi)外均無(wú)先例。

丹江口大壩貼坡加高

丹江口大壩加高工程是對(duì)20世紀(jì)70年代建成的老壩進(jìn)行貼坡加高，其新老混凝土結(jié)合是關(guān)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(wàn)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(huì)增加40%。好在丹江口大壩在建設(shè)之初就預(yù)留“伏筆”——當(dāng)初就是按照175米壩頂高程設(shè)計(jì)，只不過時(shí)逢經(jīng)濟(jì)困難，為了讓大壩盡快發(fā)揮效益，進(jìn)行“瘦身”，使其變薄變矮。因此，原壩的基礎(chǔ)架構(gòu)能夠承擔(dān)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(yùn)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(duì)它做了全面體檢，設(shè)計(jì)出每條裂縫的診治方案，采用灌漿、鑿除、打鉚筋等方法“修復(fù)容顏”“強(qiáng)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(duì)結(jié)合面和壩體應(yīng)力產(chǎn)生影響，造成無(wú)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(zhǎng)”，這是大壩加高的最大難題。

中國(guó)專家提出以直接澆筑為主，在豎直結(jié)合面采用人工補(bǔ)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(yán)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(fēng)預(yù)冷，加冰拌和，通冷風(fēng)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(zhǎng)出”了一座新壩，此后，新舊兩壩完美對(duì)接，壩體融合，可謂天衣無(wú)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(gè)不同類型的渡槽， 實(shí)至名歸， 堪稱“渡槽博物館”。

從240多公里外奔流來(lái)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(yù)應(yīng)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(fù)雜，施工架設(shè)難度極大。

沙河渡槽采用的是預(yù)制方法，即槽身在預(yù)制廠預(yù)制完畢后，直接吊運(yùn)到槽墩上去，要求準(zhǔn)確拼接，嚴(yán)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(gè)個(gè)排在一起呢？設(shè)計(jì)人員想出了“槽上運(yùn)槽”的新方法。單片渡槽全部完工以后，施工人員把架槽機(jī)設(shè)在基墩上，然后把單片渡槽沿著已經(jīng)放置好的渡槽運(yùn)過去。兩個(gè)單片渡槽在一起時(shí)，足有6層樓那么高，加上架槽機(jī)的高度，整個(gè)高度有8層樓高。這種施工技術(shù)，開創(chuàng)了水利工程建設(shè)的國(guó)際先例。

科研人員開展了渡槽總體結(jié)構(gòu)選型、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析、施工技術(shù)、預(yù)制槽蒸養(yǎng)溫控等一系列技術(shù)研究與試驗(yàn)，滿足了沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工需要。在沙河渡槽設(shè)計(jì)與施工中，成功應(yīng)用了大型渡槽溫度邊界條件、荷載作用機(jī)理及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，大跨度渡槽結(jié)構(gòu)新型式及優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(dòng)模板，采用造槽機(jī)現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(fù)雜、工作難度之高，均居國(guó)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(xì)砂強(qiáng)透水地層中，內(nèi)徑16.4米，井深50.5米。設(shè)計(jì)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(gè)奇跡”。

這個(gè)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(zhǎng)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(diǎn)，主要作用是在穿黃隧洞檢修時(shí)，把總干渠多余的水量退回黃河，同時(shí)向黃河補(bǔ)水。

退水洞開始施工后，因?yàn)榈刭|(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(biāo)項(xiàng)目部的同志們不畏艱險(xiǎn)、不等不靠、拼搏努力、積極主動(dòng)地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新研究。他們先后嘗試采取了臺(tái)階法、雙側(cè)壁下導(dǎo)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(jí)難題。

2013年3月29日，中國(guó)水電股份公司組織科技成果鑒定會(huì)，專家鑒定這項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并獲得電建集團(tuán)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。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(shí)現(xiàn)通水目標(biāo)提供了支持。

降服“工程癌癥”膨脹土

在南陽(yáng)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(huì)膨脹，無(wú)水時(shí)就是干散狀態(tài)。”該段項(xiàng)目經(jīng)理朱建軍告訴記者。頭三年，“他們一共挖了十三個(gè)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(zhēng)，研究不同方案。” 朱建軍告訴記者。

膨脹土未受到攪動(dòng)時(shí)強(qiáng)度很高，但有致命弱點(diǎn)，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(fēng)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(wú)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(wú)常特性，保持渠道的健全“體型”和良好“身段”？成了擺在設(shè)計(jì)人員面前的一道難題。

設(shè)計(jì)人員認(rèn)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(xì)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，以便對(duì)癥施治。他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)原型渠道上設(shè)置了膨脹土渠坡試驗(yàn)段，開展大氣環(huán)境影響模擬試驗(yàn)（人工降雨試驗(yàn)），根據(jù)南陽(yáng)的氣象資料并考慮各種不利情況進(jìn)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(fù)進(jìn)行降雨試驗(yàn)。

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

設(shè)計(jì)人員最終在膨脹土物理力學(xué)特性上取得突破性發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過長(zhǎng)期試驗(yàn)，有針對(duì)性地調(diào)整了技術(shù)處理方案：壓重+保護(hù)。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(yàn)成功后， 長(zhǎng)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(lái)水不動(dòng)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(lái)回不停穿梭從拱頂呼嘯而過，土層之下是隧洞開挖地動(dòng)山搖的轟鳴。如此疊床架屋的場(chǎng)景，豈止是險(xiǎn)象環(huán)生。下層掏空，必然會(huì)使地面出現(xiàn)沉降。要害是究竟沉降多少？?jī)H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(jì)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(duì)于一個(gè)深埋地下10多米、直徑5米左右、長(zhǎng)近1.5公里的隧道來(lái)說(shuō)，只是一個(gè)籃球與地球的比例。地下建筑物沉降的國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)是7毫米，號(hào)稱世界地下工程超級(jí)大國(guó)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(duì)于地下工程領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，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(jiān)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(shè)管線較多，盤根錯(cuò)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(duì)地鐵以下土層注漿加固，嚴(yán)密控制注漿壓力，防止過度注漿造成負(fù)沉降；增設(shè)了臨時(shí)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(yīng)用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)全天候監(jiān)測(cè)，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(cuò)節(jié)的管線src="> 

超大型渠道襯砌設(shè)備技術(shù)

在滹沱河倒虹吸工程施工時(shí)，中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司（簡(jiǎn)稱“水電十一局”）中標(biāo)了渠道工程京石段的S31標(biāo)和S6標(biāo)。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(shè)備。

配置超大型渠道襯砌設(shè)備的技術(shù)，當(dāng)時(shí)在國(guó)際上都還是空白。水電十一局又將如何解決這個(gè)難題？

“出路只有一條，就是我們自己動(dòng)手，自己創(chuàng)新。” 項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)鼓勵(lì)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(fù)責(zé)該項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)同志們和作業(yè)二處的處長(zhǎng)徐其陽(yáng)，坐在渠道邊，商量對(duì)策。

“我說(shuō)其陽(yáng)啊，你說(shuō)如果是把龍門式布料機(jī)，改造成符合咱們渠道澆筑的澆筑機(jī)會(huì)怎怎樣呢？”有人突發(fā)奇想。

“我覺得這個(gè)點(diǎn)子可以呀，可以試一下！”徐其陽(yáng)有些興奮。

“我們要自己設(shè)計(jì)，還必須滿足不低于三十米坡長(zhǎng)的跨度，以及不同坡比的要求，而且這種設(shè)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(diǎn)也非常重要，那就是必須要滿足澆筑混凝土的密實(shí)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(shè)計(jì)坡比及曲率半徑的要求。操作起來(lái)呢，還要安全、簡(jiǎn)單、這樣維修也能便利，當(dāng)然，也要做到方便移動(dòng)。” 徐其陽(yáng)越聊越興奮。“其陽(yáng)，這個(gè)任務(wù)就由你來(lái)主要完成吧，明天我們就開始行動(dòng)。”

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(jì)算值是設(shè)計(jì)中難度最大的是問題。“之所以有難度，是因?yàn)殍旒苌厦嬗胁剂�、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�?dòng)態(tài)變化的。我們經(jīng)過技術(shù)人員上百次的計(jì)算試驗(yàn)等，成功測(cè)出了適合該設(shè)備的桁架上饒度數(shù)值。”徐其陽(yáng)說(shuō)。

2006年7月，經(jīng)過無(wú)數(shù)次的拆裝、焊接、試驗(yàn)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(jī)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(shí)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(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)電力科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。