行进：看一渠清水如何穿江越河

——揭秘南水北调中线工程技术奇迹（中）

本报记者 陈 磊

南水北调中线通水后，一渠清水以每秒1米的流速缓慢行进，一路北上。长江水将会在河南的邙山脚下，与黄河不期而遇。

横贯中华大地的两条大动脉，千年相望，万年不遇，各自东西。没想到，历史老人不经意之中，安排了北上长江水与东流而去黄河兄弟的邂逅，充满了意外惊喜，也遭遇着情何以堪的尴尬……

潜龙暗行，让江水不犯河水

如何穿越黄河天堑？当初的设计方案多达40余个，焦点是上跨与下穿之争。有人认为，从黄河上建一座横空大渡槽，让江水飞渡，入夜万盏灯火勾勒夜空，宛如“黄河彩虹”，势必成为中原一大景观。

然而，如若架设渡槽，那托起渡槽的密集墩柱，就等于在黄河上横插了一把大梳子，占据了黄河过汛通道，会造成泥沙淤积，不利于黄河中下游水势。

因此，更多人主张还是从黄河河床底部打隧道，让江水低调行事，昼夜潜行。最后经过科学论证，选择“潜龙暗行”方案：从河南郑州花园口西的黄河底40米深处，打两条平行的4250米长的隧道，让长江水从黄河南岸流到北岸。

如何开凿隧洞？根据黄河的复杂地质、水文条件，科技人员决定使用泥水加压平衡盾构机为长江水开路。

这台量身定做的德国产盾构机长80米，有三层楼那么高。为了把这个庞然大物送下去，就要在黄河北岸河滩地挖出大圆筒结构竖井，正处于细砂强透水地层中，地下水位高，竖井井壁采用了牢固结实的地下连续墙形式，厚1.5米，深76.6米。先造好地下连续墙并在其防护下，边开挖边衬砌，基坑工程规模之大、开挖之深、地质条件之复杂、工作难度之高，均居国内之最。

竖井胜利完工后，主角——盾构机登场了，庄严出征，是谓始发。盾构机就像一条钻地巨龙，从地下50多米深处找准未来隧洞的出口，由北向南，步步为营，层层掘进。举手投足间，创造了我国目前盾构机始发最深的纪录。

盾构机的工作原理类似男士电动剃须刀：最前部有一个开挖舱，开挖舱内装有可旋转刀盘，刀盘配有100多把不同类型的刀具，切削掌子面，把大块土体切成相互分离的小碎块。

每种刀具对付各样复杂地层，各司其职：如采用大尺寸刮刀切削岩土，减少开挖时细颗粒的产生；先行刀和齿刀布置在刮刀前面，预先松动土壤从而降低对刮刀的直接磨损；铲刀用于清理外围开挖的渣土；滚刀用于对硬物的开挖，等等。

盾构机有两条黄色泥浆管：一条是进浆管，用于加浆，冲洗刀具；另一条是排浆管，将搅碎的土石碎块随泥浆输送到地面的泥水分离系统，分离出的碎石作为弃渣处理，用过的泥浆收回加新鲜浆液后，重新输送到盾构机开挖舱内，循环利用。

开挖舱后面有一个气压仓，充有压缩空气。通过调节气垫对泥浆产生压力，从而平衡来自开挖掌子面的水土压力，同时还形成一层保护膜，起到护壁作用，防止土体坍塌。泥水加压平衡盾构也因此得名。

穿黄之旅充满艰辛和挑战，它们如同拦路虎接踵而来。因为穿黄河段是游荡性河段，河床冲淤变化引起的纵向沉降，会作用于穿黄隧洞；还要适应烈度为7度的地震条件；穿黄隧洞沿线将穿越各类复杂地层结构。

穿黄隧洞最难之处在于，面临“双层夹攻”，内外受压：黄河水和河床对隧洞外层形成的外压力；同时隧洞过水的时候对隧洞内衬形成的压力，也就是内水压力。为了保证穿黄隧洞固若金汤，能承载内外水压而不漏水，工程技术人员进行1∶1仿真模型试验后，采用了新型双层衬砌结构。

外层衬砌为装配式钢筋混凝土管片结构，盾构机有6个自由度的管片拼装机，每掘进一段距离，就采用真空吸盘抓取方式，方便灵活地从喂片机上抓取管片，拼装高强度混凝土预制管片。

内层为现浇预应力钢筋混凝土结构，承担内水压力。

内、外层衬砌为防排水弹性垫层所分隔，使其分别单独受力。这种结构形式在国内外均属先例。

“剃须刀”用久了刀片会磨损。盾构机亦是如此。在下游线隧洞掘进到1000多米时，发现刀具及刀盘严重磨损，已不能继续掘进施工。于是，技术人员进行了改造，把透水密封三道加成四道，增加中心保护刀和边缘保护刀，提高了密封性和刀盘的刚度、强度。

我国科技人员操作并改进、完善盾构机，终于稳步摸着石头，无一闪失地穿过黄河，两条巨型隧洞全线贯通，开创了我国水利水电工程水底隧洞长距离软土施工新纪录，迎来了长江水不犯黄河水的立交喜相逢。

安稳如山，大型渡槽保驾护航

南来水凭借水源地和北京近百米的地势落差，自然北流、时而潜行、时而飞渡，飞渡时就靠一种庞大的空中输水廊道来护送，这就是渡槽。

渡槽，作为输水建筑物的重要组成部分，在这1000多公里的中线工程中，就荟萃了27个不同类型的渡槽，实至名归，堪称当今渡槽博物馆。

从240多公里外奔流来的丹江水流入的大型沙河渡槽，则是其中的翘楚。沙河渡槽槽身采用预应力钢筋U型槽结构型式，单槽重1200吨，承受的荷载是公路和铁路的几倍甚至几十倍，槽身结构复杂，施工架设难度极大。

沙河渡槽采用的是预制方法，即槽身在预制厂预制完毕后，直接吊运到槽墩上去，要求准确拼接，严丝合缝。

沙河渡槽槽身厚度仅为35厘米。如何把这些千余吨重的单片渡槽一个个排在一起呢？设计人员想出了“槽上运槽”的新方法。单片渡槽全部完工以后，施工人员把架槽机设在基墩上，然后把单片渡槽沿着已经放置好的渡槽运过去。两个单片渡槽在一起时，足有6层楼那么高，加上架槽机的高度，整个高度有8层楼高。这种施工技术，开创了水利工程建设的国际先例。

此前世界已建最大的渡槽为印度戈麦蒂渡槽，但从沙河渡槽流量、跨度、重量、总长等指标综合评估，沙河渡槽规模和建设难度都超越了戈麦蒂渡槽。

科研人员开展了渡槽总体结构选型、水力学、结构分析、施工技术、预制槽蒸养温控等一系列技术研究与试验，满足了沙河渡槽设计与施工需要。在沙河渡槽设计与施工中，成功应用了大型渡槽温度边界条件、荷载作用机理及对结构的影响，大跨度渡槽结构新型式及优化设计，抗震性能与减震措施，渡槽施工技术及施工工艺，大型渡槽的耐久性及可靠性等课题研究成果。

与沙河渡槽形状一样的湍河渡槽，采用的是一种截然不同的施工方法：利用可移动模板，采用造槽机现场浇注施工，其渡槽内径、单跨跨度、最大流量属世界首例。

湍河渡槽每榀混凝土槽身自重1600吨。造槽机总重约1350吨。两个庞然大物重叠一起，接近3000吨。造槽机完成每榀槽身一个循环，需要经历包括钢筋加工、绑扎、焊接、混凝土浇筑、拆模、模架移动等48道工序。养护完成一榀槽身后，造槽机“金蚕脱壳”，实现分离，独自向前缓慢移动40米，接着孕育第二个“生命”，依次向前推进。

于是，在造槽机身后，留下了一座气势如虹的湍河渡槽，屹立大地之上，巍峨挺拔，傲然托举着一泓清流北上。

(本文采写过程中得到南水北调中线干线工程建设管理局庞敏、许安强等支持)