南水北调：混凝土与水泥制品的大舞台
近日，记者采访了中国水泥制品工业协会顾问曹生龙等专家和领导。据他们介绍，仅南水北调东线工程第一期工程就需要混凝土及钢筋混凝土192万立方米，第二期工程又需要混凝土及钢筋混凝土130万立方米，这无疑为建材特别是混凝土和水泥制品行业提供了一个展现身手的大舞台。把南水北调工程建设成为经得起历史检验、造福子孙的世界一流工程，建设成为永载史册的丰碑，这不仅是我国水利建设者的心愿，更是我国建材产业员工的梦想。
混凝土和水泥制品唱主角
混凝土用量巨大。南水北调工程浩大，仅从已经完成的东线、中线的工程规划中就可以看出这项工程的规模。据有关专家介绍，按照2001年修订的南水北调东线工程规划：东线工程第一期工程需完成土石方开挖1．87亿立方米，土方填筑0．33亿立方米，混凝土及钢筋混凝土192万立方米，砌石262万立方米。第二期工程需完成土石方开挖1．58亿立方米，土方填筑0．46亿立方米，混凝土及钢筋混凝土130万立方米，砌石172万立方米。第三期工程需完成土石方开挖2．14亿立方米，土方填筑0．25亿立方米，混凝土及钢筋混凝土167万立方米，砌石211万立方米。
1994年1月，水利部审查通过了长江水利委员会编制的《南水北调中线工程可行性研究报告》，并上报国家计委建议兴建此工程。根据当时的规划，中线工程土方开挖6亿立方米，石方开挖0．6亿立方米，土石方填筑2．3亿立方米，混凝土1583万立方米，衬砌水泥土718万立方米，钢筋钢材70万吨。
供应南水北调中线水源工程——丹江口水利枢纽大坝加高工程的葛洲坝水泥厂有关负责人介绍说，大坝加高14．6米，仅水泥就需要25万吨。
据水利部南水北调工程办公室的有关人员介绍，随着工程的进行，这些数据还在不断变化。
建筑新材料、新工艺广泛应用。南水北调工程开工了，建材业展示实力的舞台搭建起来了，新材料、新工艺有了应用的平台，巨大的市场展现在建材企业的面前。当然，这也是对建材行业产品、技术的一次严峻考验。
据曹生龙介绍，地理形势、资金供给、施工条件等客观因素，决定了在南水北调输水渠道中采用不同的输水方式，也给建材产品提供了不同的机会。但无论是河渠还是埋地管道，水泥制品都成为南水北调工程中当之无愧的主角。
曹生龙介绍，虽然南水北调工程中应用的都是混凝土管道、混凝土砌块等看似传统的水泥制品，但这些老产品已经不同以往，不仅旧貌换新颜，而且有些在技术、工艺等方面有了新的突破。
南水北调工程的输水渠道主要有两种，一种是河渠，一种为埋地管道。河渠主要采用普通混凝土砌块铺砌河床，以新型混凝土砌块筑成堤坝。新型混凝土砌块要求具有环保的特点，能够利于植物生长，除了能绿化环境，还有防止水土流失的作用。河渠的工程造价比较低，但占用土地使用面积，而且对水质影响较大，蒸发渗漏的损失也比较高。
埋地管道是能够较好地保护耕地、防止水土流失的输水方式。相比河渠，埋地管道的造价比较高，技术也比较复杂。在我国南水北调工程中，埋地管道有两种方式，一种是采用预应力钢筒混凝土管道，另一种是钢筋混凝土浇筑的箱涵。
采用PCCP管最理想
南水北调工程中首次采用了直径4000毫米的预应力钢筒混凝土管道(PCCP)，这也是一种水泥制品。预应力钢筒混凝土管是一种将高强钢丝的抗拉、混凝土的抗压和钢板的防渗有机结合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力学特性的高品质的输水管材。这种管兼备钢管和预应力混凝土管的优点，能承受高覆土，具有接头密封性好、耐腐蚀、使用寿命长、抗震性能好、安装方便、运行费用低、防渗性能好等特点。
南水北调中线京石段应急供水工程(北京段)规划采用双排4000毫米直径预应力钢筒混凝土管输水。该项目上接惠南庄泵站，下接大宁调压池，全长约56．36千米，是南水北调中线北京段总干渠线路最长的大型输水工程，也是国内首次大规模使用直径4000毫米超大口径PCCP的项目，国内没有成功的实例可供借鉴，国际上类似直径采用双排，而且埋深如此大的工程也不多。加之前期工作时间短、任务重，因此，直径4000毫米超大口径PCCP的设计、制造和安装等方面有许多技术问题需要研究解决，面临着严峻的挑战，引起国内外的普遍关注。为此，北京市水务局还组织考察组前往韩国UNICON工程公司荷兰总部及利比亚“大人工河”工程项目部，就PCCP核心技术、工程实施时建厂的设计细节和PCCP生产、运输、安装、调试及建成后维护管理、建设管理等相关技术进行了考察。
2005年年底，北京河山引水管业有限公司与成都金炜制造有限公司、山东电力管道工程公司、新疆国统管道股份有限公司分别中标南水北调中线京石段应急供水工程(北京段)惠南庄一大宁段的第一、二、三标段。
据国务院南水北调办公室建设管理司有关人员介绍，这种管长5米，重75吨，为方便运输，保证管材供应，目前，新疆国统管道股份有限公司和山东电力管道工程公司已经在北京就地建厂。今年5月底，河山管业已完成管道防腐试验工作，目前成品管日生产能力已达36~40根；山东电力管厂土建施工完成95％以上，并已完成临时电源敷设，可以满足试生产需要；新疆国统管厂技术准备工作就绪。
预应力钢筒混凝土管道从性能及综合成本上来讲，可以说是南水北调工程最佳的输水方式。但因为在工程规划之初，我国直径4000毫米预应力钢筒混凝土管道的生产技术及生产能力等原因，限制了这种管道在南水北调工程中的大规模应用。
强度大、防渗性好的混凝土浇筑箱涵大显身手。曹生龙介绍说，由于生产直径4000毫米的预应力混凝土管道的生产难度大，技术要求高，我国仅有少数管道企业能够承担生产工作，不能满足整个输水工程的需要，再加之预应力钢筒混凝土管道的设备先进，技术门槛高、生产成本高，目前还不能在整个南水北调工程中普及。所以，除河渠、预应力混凝土管道外，南水北调工程还采用了3．6米×3．6米矩形箱涵。箱涵的施工周期相比预应力钢筒混凝土管施工周期要长，而且因为是矩形结构，相比圆柱结构的预应力混凝土管道，承压能力弱，耗费材料也大一些。但箱涵工程造价低，不需要大量的资金投入和技术投入，有一定规模的施工企业都有能力承担，对提高就业率也有很大的帮助。
箱涵为一般的钢筋混凝土结构，对原材料的要求非常严格。曹生龙介绍说，混凝土的腐蚀主要来自于电化学腐蚀、冰冻循环、钢筋锈蚀等，为了防腐防渗，设计、施工单位做足了功夫。在预应力钢筒混凝土管中先是控制原材料的碱含量，接下来是采用阴极保护方案防止钢筋锈蚀，三是涂刷环氧沥青漆。总之，能想到的防渗方法他们都用上了，所以，南水北调工程中管道的使用寿命达到80年不成问题。
盾构工艺穿越黄河
盾构是南水北调工程中应用的又一项具有国际先进水平的工艺技术。曹生龙介绍，盾构技术是目前国际上发达国家较为广泛采用的地下隧洞全机械化开挖的施工技术。我国水利工程中的隧洞工程很多，已完成的水工隧洞基本上为硬岩隧洞，而用大型盾构机在软弱地质特别是高水压软弱土层中进行隧洞施工，在我国水利工程中还无先例。南水北调中线穿黄隧洞经研究拟采用盾构法施工，这将为地下工程盾构技术提供一次很好的实际应用机会，同时也是一次技术上的挑战。
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。
南水北调中线主体工程由水源区工程和输水工程两大部分组成。穿黄隧洞工程为输水工程的一部分。穿黄隧洞规划设计为两条平行隧洞，内径7米，拟采用泥水加压式大型盾构机进行盾构法施工。穿黄隧洞为中线的关键工程，因此盾构机便成为工程施工的关键设备。
盾构机施工主要流程为先挖掘，然后把挖掘出的泥土运送出去，最后用水泥管片修筑成涵洞。盾构法施工，为水泥管片带来了无限商机。穿黄的箱涵由6片水泥管片组成。水泥管片除了钢筋、混凝土等原料要符合抗压、防渗等要求外，尺寸也要非常精确。
西线、支线谁能分到一杯羹
南水北调东线、中线工程规划已经基本完成，对于尚未开工的西线及各主干线下分到地方的支线来说，运用哪些施155艺，采用哪些材料，一切皆有可能，建材企业正力求在其中创造登场的机会。
有关资料显示，目前西线工程的前期工作处于规划阶段，计划2010年以前完成第一期工程的可行性研究、初步设计和招标文件编制，力争2010年第一期工程开工建设。据悉，西线工程地处青藏高原，海拔3000~5000米，在此高寒地区建造200米左右的高坝和开凿埋深数百米，长达100千米以上的长隧洞，同时这里又是我国地质构造最复杂的地区之一，地震烈度大都在6~7度，局部8~9度，工程技术复杂，施工环境困难，所以，还须加深前期工作，积极开展科学研究和技术攻关解决这些难点。当然，这些难点的解决也需要建材行业、企业的共同努力。
东线和中线工程无疑为西线工程和支线工程的开展打下了良好的基础。正如曹生龙所说，如果直径4000毫米的预应力钢简混凝土管能够提前两年得到认可，生产厂家能够尽早实现生产，那么，穿越黄河及其他河道的倒虹吸也可用预应力钢筒混凝土管道顶进工艺施工，效果也许会更好。我们相信，随着科技进步和新技术、新材料的不断涌现，这个工程技术更复杂，施工环境更困难的西线工程也将更加趋于完美。
而支线工程，因为输水量小，水压不大，除预应力钢筒混凝土管道外，其他一些如普通预应力混凝土管道、玻璃钢管道、塑料管道也能够满足施工、使用条件。据北京塑料工业协会理事长张玉川介绍，塑料管道的口径主要在两米以下，主干线要求的是大口径管道，所以塑料管道没有机会，但是在支线，特别是排污工程中，塑料管道韧性好、卫生、可回收、施工方便等优点就能够得以发挥。
建材产品在西线、支线工程中依然会是主力军。随着主干线的顺利进行，支线工程将相继被纳入日程。因一些原因不能在主干线崭露头角的优秀建材企业、建材产品，将从支线中找到自己的位置。
距西线工程的开工还有几年的时间，这对建材企业来说，又有了充分的时间用来开发新产品、新技术。至于最后谁能分到一杯羹?毫无疑问，机会属于那些科技含量更高、应用效果更好、强度更大、施工更方便、更为环保的产品。（韩凤凤 徐彦泓）
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