技术进步为南水北调工程提供有力支撑

中线河南安阳段渠道施工

　　在郑州花园口西的黄河河床底部40米深处，工程建设者们要打两条4250米长的隧道，清澈的汉江水将由此穿越黄河北上，形成长江南来之水与东西向的黄河水流的十字立交，江水与河水擦肩而过……当你的脑海里出现这一人文与自然交融的奇观时，一定难以想象这一空间的穿越穿越了多少工程技术的层层障碍。

　　近日，随着庞大的“穿越号”盾构机到达黄河南岸工作竖井，国内最宏大的穿越工程――――南水北调中线穿黄首条隧洞顺利贯通。与此同时，南水北调东、中线一期工程捷报频传，中线工程水源地丹江口水库大坝加高加固工程达到预期目标，东线一期三阳河、潼河、宝应站工程和济平干渠工程已完工并发挥作用，长江清水欢快地流向北方……

　　作为缓解我国北方水资源严重短缺、优化配置水资源的重大战略性基础设施―――南水北调工程建设正在全面提速。

　　作为迄今为止世界上规模最大的水利工程，其规模及难度在国内外均无先例，在勘察、设计、施工、建设等方面存在一系列需要解决或者没有工程实例的技术难题。南水北调工程建设者们砥砺拼搏、自主创新，攻克了一个又一个技术难题，并将其转化为专利技术。

　　横穿四大流域带 诸多关键技术获得突破

　　南水北调工程横穿长江、淮河、黄河、海河四大流域带，渠线长，包含项目多（由150多个设计单元工程、2700多个单位工程组成），涉及面广，是一个非常复杂的巨型系统水利工程，有一系列技术难题需要解决。

　　南水北调工程面临的技术问题难度世上罕见。譬如丹江口大坝加高工程中新老混凝土结合、复杂地质条件下穿黄隧道工程关键技术、超大口径PCCP管道结构安全与质量控制、膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术、中线工程输水能力与冰害防治技术等等，还涉及诸多国家和行业原有技术标准的空白领域需要填补。

　　这些年，随着以上技术难题一道道破解，南水北调工程创造了一系列新的工程科技纪录，在全国水利工程建设乃至其他基础设施建设中也发挥着重要促进作用。

　　据统计，截至到2009年9月，南水北调工程共申请77件专利，其中获得授权34件，许多专利成果已经应用到工程设计与施工当中，对工程质量和进度起到了保障作用。同时，南水北调工程还获得国家多项科技奖励，“大型渠道混凝土机械化衬砌成型技术与设备”获得国家科技进步二等奖；“低扬程水泵选型关键技术及应用研究”获大禹水利科学技术奖二等奖……

　　要把水从南调到北，大型渠道设计和施工成了南水北调工程的重头戏。南水北调工程通过科技创新，实现了三维可视环境下全线土方的优化调配，实现了长距离“挖土量”―“填土量”之间的平衡，避免“借土”、“弃土”现象的出现，达到土石方工程总量趋于最小、占地面积趋于最省的目标，大大降低了成本，提高了工程效率。[Page]

　　在施工机械上，南水北调也取得了重大突破。由于南水北调工程需要衬砌的输水干渠总长长，质量要求高，人工衬砌质量难以保证。大型渠道混凝土机械化衬砌在国外虽已使用，但进口设备购置费用高，施工成本大大增加。为了适应南水北调工程的需要，科研人员攻克国内大型渠道混凝土机械化衬砌中涉及的关键技术，创新研制出了具有自主知识产权的系列成套设备，获得电动滑模混凝土衬砌机、电动滚筒混凝土衬砌机、长斜坡振动滑模成型机、往复式抓斗清污机等发明专利和长斜坡振动滑模成型机、长斜坡螺旋修坡机、斜坡混凝土自动切缝机等实用新型专利，与国外同类设备相比，成型机自重降低三分之二，功率降低66%,设备价格降低80%,推动了中国水利科学技术的进步。现已有7台套衬砌施工设备出口至巴基斯坦、委内瑞拉等国。记者从水利部了解到，我国大型灌区节水改造和续建配套工程的衬砌工程，以及全国待建的上百座平原水库，均需要大型渠道混凝土机械化衬砌成型设备的国产化，正是南水北调工程所激发的创新成果推动了这一进程，大大降低了我国水利工程的成本。

　　虽然我国成功地利用盾构法完成了多条城市地铁和过江公路，但在高地下水位下，在密实砂层、砂砾石层、黏土层等复杂地层中用盾构机一次性长距离掘进穿越大河，这在中国尚属首例。本次南水北调“穿黄隧洞”总长4.25公里，采用新型双层衬砌结构型式，结构创新、工艺复杂，在水工隧洞中属首次应用。为了可靠性，南水北调专门做了隧洞1:1仿真模型试验，深埋于地面以下30余米，较真实地模拟隧洞外部水土环境，规模之大、仿真程度之高均为水利水电行业的首例；大型超深工作竖井施工解决了竖井深层地基加固与防水等关键技术问题，基坑工程规模之大、开挖之深、体型之复杂、工作难度之高，堪称国内水电工程之最；现在，穿黄隧洞使用的复合衬砌技术和泥水平衡式盾构施工中的一些技术或工艺，都已申请专利，有些还申请了PCT国际专利。

　　在超大口径PCCP管道结构安全与质量控制中，南水北调也填补了多项空白：首次提出符合中国规范体系和材料标准的一整套PCCP设计参数；在国内首次提出PCCP管的阴极保护技术参数，研制的PCCP阴极保护测试探头填补了国内空白；机械化喷涂PCCP外防腐层材料和工艺为国内首创……PCCP管道的制造工艺现已申请多项国内发明专利，如输水管接头密封灌注砂浆及制造方法。

　　汇聚科研资源 博采众长成就伟大工程

　　南水北调科技项目研究内容涵盖了工程宏观调控、工程施工、建设管理及运行调度等方面，大多数问题国内外均缺乏研究，尚无成熟经验可供借鉴，国外相关技术领域的专利也较为少见。

　　面对一系列工程技术上严峻的挑战，国务院南水北调办公室高度重视工程建设中的科技工作，为加强科技工作组织与管理，强化科技成果推广运用，更好地服务于工程建设，南水北调办公室还专门制定印发了《国务院南水北调办关于加强南水北调工程科技项目管理工作的意见》。

　　南水北调办建设管理司巡视员兼副司长王松春介绍，工程建设之初，南水北调办公室就制定了科技工作计划，开展重大关键技术研究。他们率先启动了丹江口大坝加高、PCCP管道制造和安装、东线大流量水泵的设计和制作等方面的科技研究。南水北调办还积极畅通科技创新渠道，落实有关经费，并将科技创新和工程建设紧密结合起来。例如，中线工程利用工程建设费用在南阳、新乡开展膨胀土（岩）试验，为工程设计提供了科学数据，提出膨胀土处理的有关措施。中线穿黄工程进行了1:1模型试验，取得了大量设计及施工参数，解决了设计方案及施工工艺优化比选问题等。

　　此外工程科技攻关项目还充分利用市场配置各种资源，为技术创新提供支持。很多科研题目和国家科技规划结合起来，与科技部共同设立南水北调重大课题研究项目，列入了国家“十一五”科技规划；与清华大学、武汉大学、河海大学签订科技协议；与中国水科院和中国工程院建立紧密联系；很多课题是通过社会配置资源相互合作来推动的，比如，为解决中线水源地黄姜生产造成的水资源污染问题，南水北调办邀请武汉大学、武汉地质大学、清华大学、北京大学等院校，从几个不同的技术路线出发，进行黄姜生产工艺研究，解决黄姜生产中污染的问题，现在已经取得阶段性成果。

　　特别值得一提的是，工程建立了先进的科技交流和成果共享机制。科技成果作为一种公共资源，由成果形成的单位和有关试用单位共享，广泛应用到工程当中去，保证了成果的高效性。

　　王松春还告诉记者，南水北调工程必须结合国情，在技术上实现自主研发的同时，还要和引进、吸收相结合。中线穿黄工程使用德国产的盾构机，他们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。贯流泵的设计当中也进行了改造，解决了泵装置的气蚀性能，提高了水泵的使用效率。

　　实践证明，南水北调工程所涉及的许多硬技术和软科学是世界级的，是水利学科与多个边缘学科联合研究的前沿领域，尤其是在工程技术方面，有相当数量的科技成果已经应用于工程建设，为京石段工程、济平干渠工程、三阳河潼河宝应站工程建成投入运行发挥效益提供了坚实支撑。