演講者：蔣奇

推薦單位：北京水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)

構(gòu)建國際首例

“特大城市輸水環(huán)路”

南水北調(diào)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(xué)，是北京水利規(guī)劃設(shè)計(jì)者面臨的新課題。

要知道，南水北調(diào)進(jìn)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(wǎng)開采地下水。南水進(jìn)京后，與京密引水渠在頤和園旁的團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池對(duì)接，形成了一條“樹狀”的供水動(dòng)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(gè)“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(gè)方向，更加靈活地調(diào)配水資源。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)格局，設(shè)計(jì)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(shè)了外徑6米，內(nèi)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(gè)環(huán)路的調(diào)度運(yùn)行包括五大類和37種工況，沿線數(shù)十個(gè)閘、閥設(shè)備都要統(tǒng)籌考慮運(yùn)行參數(shù)，可謂牽一發(fā)動(dòng)全身。為了科學(xué)可靠地完成設(shè)計(jì)，我們通過建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行水力分析及輸水方案優(yōu)化研究，根據(jù)不同工況制定了相應(yīng)的調(diào)度指令，編寫了調(diào)度手冊(cè)，建立了水動(dòng)力模型和管理系統(tǒng)。

環(huán)路供水的優(yōu)點(diǎn)可概括為“閉合相通、雙向輸水、互為備用、調(diào)度靈活”。閉合相通，使北京市真正實(shí)現(xiàn)了外來水、地表水、地下水的三水聯(lián)調(diào)。雙向輸水，替代了傳統(tǒng)樹狀輸水管線為了檢修建設(shè)雙線的要求，節(jié)省了大量的建設(shè)投資?；閭溆茫谷N水源在應(yīng)急工況下切換更為便利，可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水。調(diào)度靈活，任何一個(gè)局部位置發(fā)生事故，可以通過兩側(cè)的檢修閥關(guān)閉進(jìn)行檢修，不影響環(huán)路上的水廠運(yùn)行。

創(chuàng)新的隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

和防水檢測(cè)方法

東干渠長度44.7千米跟北京三環(huán)路一圈長度相當(dāng)，基本把一半北五環(huán)和整個(gè)東五環(huán)的地面、地下構(gòu)筑物都穿了一遍。隧洞設(shè)計(jì)流量20.6立方米3/秒，灌滿水立方標(biāo)準(zhǔn)游泳池僅需1分半鐘;內(nèi)水壓高于地面6～16米，如果管道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，東五環(huán)地區(qū)可能就變海了。因此，如何實(shí)現(xiàn)大型壓力輸水隧洞施工安全和運(yùn)行安全是項(xiàng)目研究面臨的另一重大難題。

針對(duì)北京東部的地質(zhì)情況和施工條件，我們研發(fā)了盾構(gòu)隧洞灌漿式預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)和全維度立體防水及預(yù)應(yīng)力注漿擠密技術(shù)，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(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)靜水壓試驗(yàn)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體的防水性能，解決了復(fù)合襯砌層間竄水的問題，保障了結(jié)構(gòu)耐久性，降低了事故檢修排查的難度，提高了工程經(jīng)濟(jì)性。

為了減少東干渠施工過程對(duì)地下水的影響，保護(hù)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(cè)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(shù)，保證了工程施工安全，實(shí)現(xiàn)施工不抽水，減少抽排地下水2.5億立方米。為了加快盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞的施工進(jìn)度，采用了玻璃纖維筋，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)可以直接切削地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，簡化了施工工藝、加快了進(jìn)度、降低了風(fēng)險(xiǎn)。

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(shè)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(duì)北京市地下水保護(hù)及恢復(fù)起到了重要作用。