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破解千年难题 筑梦世纪工程 -bwin官网-首页

发布时间:2019-11-04

揭开引江济淮建设之“科技密码”


淠河总干渠渡槽桥效果图  

 
  正在建设中的江淮运河

正在建设中的蜀山泵站枢纽

位于小庙镇的深切岭

已经建成的引江济淮试验段

建设者正在分析土壤,破解工程难题

 

泱泱华夏治水不辍,人杰辈出。三代前“禹之湮洪水而决江河遂通畅也”;先秦之李冰父子疏岷江以成都江堰,隋之通达南北之京杭大运河,到宋之范仲淹、苏东坡,再到新中国成立后的淠史杭乃至当下的仍在推进之南水北调、引江济淮……涌现出的都是一个个名震千古的风流人物。

治水之难,不一而足,技术、人力、物力、财力。与自然的抗争,仅持匹夫之勇难堪大计。禹之治水三过家门而不入已为世范,然囿于远古先天不足,仅靠禹“亲自操橐耜而杂天下之川”,甚至栉风沐雨之气概战天斗地;至曹孟德手下大将因无力攻克“曹操河”之累日崩塌复满而自刎谢罪……

沉舟侧畔千帆过,夫天地光阴,万物百代皆为陈迹。我中华民族秉持数千年之工匠精神,新时代科学技术已挟风带雷一日千里。梦萦千年的江淮运河已冲破自然环境之掣肘与技术难关之壁垒照进现实。

俯瞰千里引江济淮工程全线,安徽省史上最大规模的调水工程现场,数万名建设者铺展在江淮大地上,云集着中国最顶尖的水利工程专家和技术人员。他们怀揣梦想和雄心,正面挑战一个又一个前所未有的技术屏障。

纪录一个个被改写,喜报亦频频传来。随着位于合肥市蜀山区小庙镇的引江济淮试验段完工,建设大军不仅攻克了世界性的膨胀土难题,而且取得了一系列科研成果和建设管理经验,并到引江济淮全段施工之中,助力引江济淮工程中多个“关键节点”。

江河浩荡,碧野无疆。古往今来,多少传奇在江淮的大地上演,如今这一泓清水将见证新的壮举。

困局:复杂地质造就“千年难题”

作为安徽版之“南水北调”,滚滚江水由南向北,经历的不仅仅是数百公里的旅途,更要克服无数艰难险隘。

当江水自巢湖顺着派河一路向北流去,到达合肥市蜀山区及肥西境内的江淮分水岭时,便遭遇了整个引江济淮工程施工过程必须攻克的最大难关。这里不仅是长江流域和淮河流域的分界线,海拔100米到300米,是引江济淮途经地势最高地段,同时还需要穿越膨胀土广泛分布的复杂地域,被誉为工程建设中的“雷区”。

《三国志·魏书·武帝纪》记载:建安十四年曹操亲率大军南征,正是当下季节“自涡入淮,出肥水,军合肥。”本欲辟山开岭,沟通江淮,不日大军即可饮马长江边,谁知在开挖过程中“日挖一丈,夜长八尺”,周而复始,河道难成,将军自刎。如今站在鸡鸣山顶,依稀可以看见千年以前留下的约7公里古运河轮廓,也是最早江淮运河的雏形。

深挖的河道为何复土如初?安徽省引江济淮集团公司合肥建管处处长王同如告诉记者,如今通过勘查发现,这是因为在江淮分水岭区域,膨胀土广泛分布,地质条件十分复杂。历史上河道“日挖一丈,夜长八尺”,虽有些夸张,但却生动描述了这种土质的特性,记录了膨胀土对工程的影响。

据专家分析,膨胀土是一种富含亲水粘性矿物质的土质,遇水膨胀,失水收缩。“下雨时,膨胀土吸水膨胀,松软如泥,但等到天晴,又迅速收缩,硬如岩石。”王同如说,在这样的土壤中开渠,如果膨胀土不适当处理,容易造成渠道垮塌,这也是这一世纪工程一直难以付诸实施的首要顾虑之一。

破解:科技攻关征服“工程顽疾”

遭遇南水北调同样难题

如今站在古曹操河边,依然为当年曹孟德的战略构想而折服,试想如果运河一成,中原黄淮、长江遂连成一片,具有多重优势的曹魏大军定可以长驱直入,跃马执缰横扫东吴。然而,人算不如天算,一座并不高峻的丘陵地却让其折戟合肥,虽有张辽之猛却无法再朝南进军。试想,如果当初这位立下军令状的将军知晓这一原因,或许他会另寻水道,甚或上书直陈其间关节,或许也不会自刎谢罪,魏武战略或又另图他策,历史或将自此改写……

其实,这一工程顽疾困扰的不仅仅是古人,当代开河筑路架桥过程中,也曾屡屡受困。为了弄清楚这一“工程顽疾”究竟难在何处,记者专程前往南京,采访国内知名业界专家——曾参加过南水北调中线工程的河海大学土木与交通学院教授曹雪山。

曹教授在接受记者采访时透露,在南水北调中线工程中也曾经遇到膨胀土的问题,比较两大调水工程的膨胀土问题,区别不仅在于膨胀土本身的性状差异,更主要的是工程所处区域的气候差别。江淮地区降水强度大雨季时间长,地下水位高,其膨胀土天然含水量更高,处理难度更大,耗费工时更多。

试验段先行 谨慎探路

为了解决这只“拦路虎”,引江济淮工程在蜀山区小庙镇先行建设了1.5公里长的试验段,河海大学的专家团队在这里探索膨胀土处理的有效解决办法。

知己知彼,百战不殆。河海大学土木与交通学院教授李国维告诉记者,要“降服”一个区域的膨胀土,首先要了解这里膨胀土的“性格”。为此,专家团队在试验段挖取了一个长1.5米、宽0.8米,高0.8米的巨大膨胀土土块,放在实验室里不停地进行干湿循环,在长达几个月的时间里,仔细观察膨胀土的裂隙膨胀变化和特性。

同时,科研人员还在试验段边坡挖了两个大洞,进行现场探槽观察窗试验。定期安排工作人员钻进三米深的洞中,实地观察,掌握膨胀土天然结构特征和蜕化过程裂隙变化规律。

在摸清了膨胀土的“脾气”后,专家们开始研究如何“破解”这一难题。李国维介绍,此前在公路建设中,通常使用加入石灰的办法解决膨胀土的问题,但是在水利工程中,石灰会对水质造成影响。因此,为了攻克膨胀土处理难题又不影响引江济淮水质,专家们最终尝试通过把膨胀土换填成水泥改性土解决这一问题。

据了解,换土工程是将原来的膨胀土经过翻晒、碎土后,加入4%的水泥进行拌制,把土的膨胀性降下来。最后将完成混合的水泥改性土,均匀摊铺到坡体表层,阻断下层膨胀土与水和大气的接触,形成了结构稳固的坡体。

李国维介绍,在施工过程有许多极其细致甚至严苛的规定,比如生产水泥改性土时,最大颗粒不能大于10厘米,从水泥改性到碾压完成不能超过4个小时,超过了这个时间,改性土失去水分,就会碾压不实,给输水安全埋下隐患。

模拟极端条件 考验两年

李国维告诉记者,引江济淮工程采用无检修预案的功能可靠性设计。“引江济淮工程不像汽车等机器,运行后出了问题,还可以检修。工程一旦通水之后,便无法再进行检修,这意味着在建设时要全面考虑,任何一种可能的情况都要想到。”

为此,专家们在试验段渠道左侧边坡铺上了水泥改性土,而右侧边坡是原来裸露的膨胀土,进行对比。“通过13台水泵连续十天昼夜不停的抽水,让水位在短时间内下降14米,模拟极端工况条件,使边坡循环经历自最高设计洪水水位骤降过程,和边坡经历长时间降雨过程,观察水泥改性土是否经得起考验。”李国维介绍道。

此外,专家们还安装变形、应力、含水率等共计8种648个监测传感器和4种35个数据采集自动化系统。“南水北调中线工程中,也未曾安装这么多的传感器进行实验。”曹雪山感慨道。在一次次试验中,每一个关键数据都及时地传输到电脑,监测试验全过程各项指标的变化,据此论证各处治理方案的有效性。

凡百事之成也在敬之,其败有必在慢之。深知这一顽疾的专家们每一次实验都异常小心,必持一份敬畏之心步步踏实排除难关。在曹雪山看来,通过试验段长达两年多时间的实验,一方面为主体工程初步设计方案决策提供了单项方案和组合方案的充分技术依据,填补了我国在高含水量膨胀土地区研究的空白。此外还通过进行综合性试验,形成可、可总结、可复制的模式,为日后引江济淮全线开工建设和后期管理运营积累了宝贵的经验。

拼意志,拼技术,抢时间,强大的攻关团队和坚如磐石之决心,世纪工程虽屡屡犯险皆化险为夷。如今站在已经建成数年的引江济淮试验段旁,碧波荡漾,大气磅礴。虽然只有短短的1.5公里,但是一条宽220-260米、深度22-24米、底宽60米的标准河道,呈现在眼前时,你会真切地感受到引江济淮工程的宏篇世制!

探访:引江济淮中的“工程之最”

成功不必在我,功成必定有我。举世瞩目的引江济淮工程在技术环节已与传统水利工程不可同日而语,来自各标段的数据显示,整个工程不仅许多技术、工艺是世界级的,期间运用、实验的不少项目甚至是水利学科与多个边缘学科联合研究的前沿领域,在报告中不乏“之最”、“空白”等字眼;整个将引江济淮建设现场已演变成一个科技攻关的大舞台,各路高手竞风流,你追我赶出新招。

记者大半年中几乎遍访引江济淮江淮现场多个关键枢纽,探访引江济淮中的“工程之最”。

淠河总干渠渡槽——世界最大跨径钢结构通航渡槽

什么是渡槽?“就像合肥的五里墩立交桥一样,只不过立交桥走的是车,而渡槽走的是水。”安徽省水利水电勘测设计院水工三处处长阚延炬比喻道。

阚延炬告诉记者,因为引江济淮的渠道流经合肥时与淠史杭灌区的淠河总干渠相交,为保证合肥市的重要供水渠道不中断,将原淠河总干渠裁弯取直建设一座可过水通航的渡槽天桥,引江济淮渠道将“下穿”淠河总干渠。届时,一座可以行船、过水的世界级水桥将在合肥建起。

据了解,在国内外水利设施中,渡槽早已广泛运用,那么淠河总干渠渡槽到底厉害在哪儿呢?阚延炬表示,因为淠河总干渠需要跨越整个引江济淮的河道,所以渡槽主跨跨度达到110米,总用钢量高达2.04万吨。淠河总干渠渡槽建成后,将成为世界最大跨径钢结构通航渡槽。因此对于渡槽的结构设计、材料制作等方面提出了十分严格的要求。

G312公路桥——中国内河最大跨径变截面连续钢箱梁桥

除了淠河总干渠,引江济淮工程还将穿过312国道,滚滚江水从公路下方穿过,所以通过修建一座大跨径的连续钢箱梁桥,以保障合六叶公路通行。

安徽省引江济淮集团合肥建管处工程技术人员告诉记者,为满足江淮沟通段Ⅱ级航道通航要求,这座桥的主跨度设计为180米,而该跨度是安徽省第一、全国第二、全球第二。“其难度最大的地方在于焊接,如此大的跨度,有无数个焊接点,每一个都必须小心翼翼没有误差,对焊接工艺提出了极高的要求。”

此外,如今在引江济淮途经312国道的地方已经双向封闭,建设者们修建了一条保通线绕过施工区域,保证车辆通行。

蜀山泵站枢纽——亚洲最大的混流泵站

据了解,引江济淮把江水从南往北输送,它面临最大的难点是地势问题,如何翻越江淮分水岭,实现水往高处流,将考验建设者的智慧和决心。而江水抬高最多的地方就是位于合肥的蜀山泵站枢纽,在这里,滚滚江水将被抬高12.7米,相当于四层楼高。

阚延炬告诉记者,作为引江济淮工程中最大的枢纽,蜀山泵站枢纽由于其特定的自然条件和设计要求,因此在船闸总平面布置、水工建筑物结构等均有很大设计难度。比如,蜀山枢纽设计流量每秒340立方米,相当于一个标准的游泳池6秒钟就能被填满。

“这么大的水量,对泵站的机组提出更高的要求。所以8台机组,总装机容量达到了60000千瓦,蜀山泵站枢纽的导叶式混流泵中叶轮直径、扬程及单机流量综合来说,位于全国第一,同时也是亚洲装机、流量第一的混流泵站。”阚延炬说道。

此外,在江淮沟通段还要满足2000吨货船的通航。因此,船只到达蜀山泵站枢纽的船闸时,如何平稳地翻过“四层楼”,也成为了该工程的设计亮点之一。

为了保证闸室充水过程中船身的平稳,同时尽可能减少建设开挖深度,设计师们经过反复争论、反复计算、反复论证,最终,项目组采用长廊道侧支孔的方式充水。“通过闸室两侧数百个小孔,释放水流,确保船只过闸安全有序。”阚延炬告诉记者。

深切岭——引江济淮开挖深度之最

根据方案,在引江济淮工程江淮沟通段,当江水从蜀山泵站枢纽提升后,将一直依靠自流流入淮河。但是江淮分水岭如同一个巨大的屏障,挡住了江水前进的道路。江水在蜀山泵站枢纽被抬升后,为了保证引江济淮河道高度一致,实现江水自流,江淮分水岭需要大幅度向下开挖,最大挖深达到46.2m,最大口宽356m,是引江济淮工程开挖深度之最。

记者站在施工现场看到,虽然几十台机械正在不停地施工,渣土车川流不息地运输着土方,但目前下挖深度还没有充分体现出来。此时,一旁的工作人员提醒记者,当工程竣工后,这里的河道挖深将有15层楼高,顿时脑海中便浮现出未来引江济淮气势磅礴的模样。

阚延炬介绍称,如此深度的河道,对河道边坡稳定性提出更高的要求。从地质钻探资料分析,该标段河渠全为土岩混合边坡。为维持边坡安全稳定,采用试验段工程取得的经验,通过多种措施对边坡进行加固,为工程长久稳定运行打下良好的基础。

正所谓:责其所难,补其所短,易者不劳而正,长者不功而遂。攻克了水利建设工程中的举世顽疾,浩荡运河越过江淮分水岭后便依靠地势一路向北自流入淮。可以预见,未来的江淮运河百舸争流,千帆竞逐,南来北往,商贾云集,一幅盛世“清明上河图”必将绽放在江淮大地上!

 

(来源:江淮晨报)


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