【新華網(wǎng)】引江補漢工程設(shè)計解碼
7月7日，南水北調(diào)后續(xù)工程中線引江補漢工程正式開工建設(shè)。作為首個開工的南水北調(diào)后續(xù)工程重大項目，引江補漢工程有助于提高中線工程供水保證率，加快構(gòu)建國家水網(wǎng)主骨架和大動脈。
作為引江補漢工程勘測設(shè)計牽頭單位，長江設(shè)計集團自2019年底起，對工程開展了大量勘測工作，就工程規(guī)模、總體布局、施工方案、環(huán)境影響等進行了大量分析論證。
不久前，新華網(wǎng)通過對這一重大工程項目進行深入采訪，對工程背后的勘測設(shè)計工作進行了一次深度解碼。
連接兩江 引水方案如何定
引江補漢工程輸水線路總長194.8公里，可研批復(fù)靜態(tài)總投資582.35億元，設(shè)計施工總工期9年。據(jù)測算，工程建成后，中線北調(diào)水量可由一期工程規(guī)劃的多年平均95億立方米增加至115.1億立方米，同時，每年可向漢江補水6.1億立方米，向工程輸水沿線的湖北宜昌市、荊門市、荊州市和襄陽市的14個縣市區(qū)補水3億立方米。
中國工程院院士、長江設(shè)計集團有限公司董事長鈕新強介紹，南水北調(diào)中線工程通水以來，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)建設(shè)、中原城市群發(fā)展的推進，以及華北地區(qū)地下水超采綜合治理持續(xù)深入開展，受水區(qū)供水水源結(jié)構(gòu)不盡合理、區(qū)域水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力相對不足的矛盾將進一步凸顯。與此同時，受上游來水形勢變化及漢江流域用水需求增長的影響，南水北調(diào)中線一期工程穩(wěn)定供水的能力亟待提升。
“連通三峽水庫和丹江口水庫兩大戰(zhàn)略水源地，不僅要對長江上游的水源區(qū)進行全面摸底，還要考慮工程受水區(qū)涉及的京津冀豫地區(qū)、關(guān)中地區(qū)、江漢平原等區(qū)域水資源的綜合運用。”鈕新強在談及工程引水方案時說。
通過對正常供水、生態(tài)調(diào)度、應(yīng)急供水等各類場景的分析和工程規(guī)模多方案的模擬分析，工程布局研究了從三峽水庫提水至丹江口水庫壩上的方案、自流引水至丹江口水庫壩下漢江的方案，以及分別提水和自流至丹江口水庫壩上和壩下的雙線引水方案等三類引水方案。
綜合技術(shù)、經(jīng)濟、水情等因素，引水方案最終確定從三峽水庫通過隧洞自流引水至丹江口水庫大壩下游，補充漢江中下游來水，同時，以水量置換增加中線北調(diào)水量。
“引江補漢工程實施后，兩大水庫聯(lián)合構(gòu)成我國重要的戰(zhàn)略水源地，可連通長江、漢江流域與華北地區(qū)，加快構(gòu)建國家水網(wǎng)主骨架和大動脈，進一步優(yōu)化我國水資源配置格局?！彼磕纤闭{(diào)工程管理司司長李勇說。
正值盛夏，站在湖北宜昌市夷陵區(qū)太平溪村2組村民陳緒新的家門口向?qū)γ嫱?，郁郁蔥蔥的山林下溪流清澈見底。這處位于三峽大壩上游7.5公里的溪溝，便是南水北調(diào)中線后續(xù)工程——引江補漢工程的取水口龍?zhí)断?。工程建成后，這泓清澈的長江水便會順著引水隧洞抵達丹江口水庫下游的漢江安樂河口，潤澤漢江中下游1.4萬平方千米土地。
穿越山區(qū) 最佳線路如何選
引江補漢壩下方案工程區(qū)處于我國大巴山系及秦嶺山系余脈。在面對山高谷深的地形、斷層褶皺發(fā)育的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜多變的地質(zhì)巖性時，全面探測工程區(qū)地形地質(zhì)的“笨”辦法是勘察技術(shù)人員尋找最佳線路的唯一選擇。
“為了全面探測工程區(qū)的地質(zhì)情況，工程的物探線路工作量從400公里到600公里最后達到近800公里，累計總工作量1000公里左右。這個工作量是南水北調(diào)中線黃河南線路工作量的3倍?！遍L江設(shè)計集團物探公司綜合部主任尹劍說。
鈕新強帶領(lǐng)團隊，開展地質(zhì)勘察、規(guī)模論證、線路比選等工作，綜合考慮地形地質(zhì)、取水條件、社會環(huán)境等因素，力求找到最優(yōu)解決方案。
在野外現(xiàn)場，勘察技術(shù)人員們不知新“辟”了多少本不存在的路，只要是人能抵達的測點，技術(shù)人員便會排除一切困難開展勘察工作。在后方，規(guī)劃、水工、施工等多領(lǐng)域?qū)I(yè)人員加班加點進行工程規(guī)模論證、工程布局研究，將需要重點勘察內(nèi)容及時告知現(xiàn)場作業(yè)人員。前后方并肩作戰(zhàn)，
為了找出最佳輸水線路，保證工程如期開工，長江設(shè)計集團的上千位工程師采用航測、大地電磁、常規(guī)鉆探、超深水平鉆、復(fù)合定向鉆等傳統(tǒng)加高科技手段，對8000多平方千米，相當(dāng)于1.5個上海市面積大小的工程區(qū)進行了全面“體檢”。
“因為怕耽誤工期，有些在前方的同事連續(xù)五個月在野外作業(yè)都沒回家，后方的同事加班編寫報告更是每日‘標配’。”長江設(shè)計集團巖土公司副總工程師鄧爭榮感慨道。
綜合考慮工程區(qū)地形地質(zhì)、環(huán)境敏感區(qū)分布、施工布置條件等因素，結(jié)合前期研究成果，壩下自流引水方案從多條比選路線中選擇了長度194.3千米的超長深埋輸水隧洞——龍安1線作為工程引水路線。
龍安1線從三峽水庫大壩上游約7.5公里的龍?zhí)断∷?，向北?jīng)宜昌夷陵區(qū)、?？悼h、谷城縣、丹江口市自流至丹江口大壩下游約5公里的安樂河口入漢江，最大限度地避開了極易導(dǎo)致隧洞地質(zhì)災(zāi)害的強巖溶區(qū)和規(guī)模巨大斷裂帶。
攻堅克難深 長隧洞如何挖
對于引江補漢工程，鈕新強列舉了6個“最”：我國在建長度最長的有壓引調(diào)水隧洞；我國在建洞徑最大的長距離引調(diào)水隧洞，等效洞徑10.2米；我國在建引流量最大的長距離有壓引調(diào)水隧洞，最大引水流量212立方米每秒；我國在建一次性投入超大直徑隧道掘進機施工最多的隧洞；我國在建單洞開挖工程量最大的引調(diào)水隧洞；我國在建綜合難度最大的長距離引調(diào)水隧洞，最大埋深1182米。
在宜昌市霧渡河鎮(zhèn)馬臥泥村外的野地里，聳立著一個十幾米高的鉆孔塔臺。這個位于黃陵斷穹核部的鉆孔LAK63，以其1105米的孔深在中國水利水電行業(yè)排名第二。
截至6月中旬，引江補漢工程已累計完成勘探鉆孔688個，其中，已完成千米級的特深孔4個，500米以上的超深孔43個。“這些鉆孔的地質(zhì)數(shù)據(jù)采集將為隧洞的設(shè)計和施工提供重要的地質(zhì)資料?！遍L江設(shè)計集團三峽院副總工程師王吉亮說。
受線路區(qū)地形條件限制，隧洞無法采用大量設(shè)置施工支洞“長洞短打”的常規(guī)鉆爆法進行施工。在這種情況下，硬巖隧道掘進機(簡稱TBM)成為施工的最佳選擇。
據(jù)了解，工程將使用9臺TBM打通128千米隧洞，TBM6施工洞段則是整個工程的工期控制性項目。“面對掘進過程中可能出現(xiàn)的巖爆、軟巖大變形、涌水突泥等問題，我們需要重點攻克超大斷面TBM選型、功能配置以及掘進中的超前地質(zhì)預(yù)報和超前處理等關(guān)鍵技術(shù)難題。”在談及引江補漢施工建設(shè)的技術(shù)難點時，長江設(shè)計集團副總工程師李蘅說道。
工程建好后，每秒200個流量的長江水流，將從丹江口市三官殿辦事處套口橋流出，源源不斷地注入壩下的漢江。為充分利用寶貴的水頭，引江補漢隧洞全程采用有壓輸水，200立方米每秒流量級、近百米水頭、近200公里洞長，大流量超長有壓輸水隧洞的水力過渡過程也十分復(fù)雜，國內(nèi)外尚無類似指標的工程應(yīng)用先例。長江設(shè)計集團已在可研階段創(chuàng)新提出分段減壓水力控制方案，正在開展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)。
目前，長江設(shè)計集團已抽調(diào)技術(shù)精英組成項目科研團隊，圍繞工程關(guān)鍵技術(shù)，聯(lián)合國內(nèi)著名科研機構(gòu)和設(shè)備廠家，采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等多種研究手段，圍繞超長有壓隧洞水力控制、隧洞水害預(yù)測與控制、高地應(yīng)力圍巖災(zāi)變機理與防控、TBM選型及配置等關(guān)鍵技術(shù)課題開展聯(lián)合攻關(guān)，為深埋長隧洞施工建設(shè)及運行安全提供技術(shù)支撐。
“工程輸水總干線沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，是我國調(diào)水工程建設(shè)極具挑戰(zhàn)性的項目之一，工程將促進我國重大基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)創(chuàng)新能力的提升。”鈕新強說。