穿黃工程作為南水北調(diào)中線的“咽喉”工程，是整個(gè)南水北調(diào)工程中最具技術(shù)難度和工期最長(zhǎng)的單項(xiàng)工程之一，為確保長(zhǎng)江之水穿越黃河，中線穿黃工程建設(shè)者不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，破解技術(shù)難題，為穿黃工程順利實(shí)施保駕護(hù)航。

　　據(jù)介紹，中線穿黃工程位于河南鄭州花園口西的黃河河床底部40米深處，打兩條4250米長(zhǎng)的隧道，讓長(zhǎng)江水由此穿越黃河北上，向北方地區(qū)供水。

　　南水北調(diào)中線穿黃工程遇到的技術(shù)難題多、涉及面廣，是南水北調(diào)的關(guān)鍵性工程。如何讓“水”順利穿越黃河？如何從黃河底下復(fù)雜的地層中開(kāi)鑿數(shù)千米的隧洞？如何保證隧洞不漏水，并承載內(nèi)外水壓？為破解一系列難題，中線穿黃工程建設(shè)者通過(guò)科技創(chuàng)新，不僅為穿黃工程盾構(gòu)順利施工起到了保駕護(hù)航的作用，還開(kāi)創(chuàng)了數(shù)個(gè)國(guó)內(nèi)甚至世界第一。

　　科學(xué)論證 優(yōu)化方案

　　黃河水文情況復(fù)雜，為確保長(zhǎng)江之水穿越黃河，中線穿黃工程在早期論證過(guò)程中，就有地上渡槽“飛渡”和地下隧洞“穿越”兩種不同的設(shè)計(jì)方案。

　　“這兩個(gè)方案在技術(shù)上各有利弊?！睋?jù)南水北調(diào)中線建管局河南直管建管部總工程師王江濤介紹，渡槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、檢修方便，能形成壯麗人文景觀，但修建渡槽好比在黃河上插了一把梳子，不利于河流走勢(shì)，也不利于黃河中下游整體開(kāi)發(fā)等。

　　經(jīng)過(guò)10多年的科學(xué)論證，最終確定隧洞方案。隧洞穿黃方案對(duì)黃河沖淤變化、河勢(shì)改變、生態(tài)與環(huán)境影響不大，為該河段開(kāi)發(fā)留有較大余地。

　　穿黃隧洞采用雙線平行布置，即采用兩條隧洞方案，單洞長(zhǎng)4.25公里，內(nèi)徑7米，兩洞相距28米，隧洞深埋于黃河河床下23－35米深處。

　　在隧洞如何挖取上，根據(jù)穿黃工程的地質(zhì)、水文條件，選用泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)。工作原理為：盾構(gòu)機(jī)最前部有一個(gè)開(kāi)挖艙，開(kāi)挖艙內(nèi)裝有刀盤(pán)，刀盤(pán)上安裝多種刀具，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀具切削掌子面，把大塊土體切成相互分離的小碎塊。其工作原理類(lèi)似男士電動(dòng)剃須刀。

　　在施工現(xiàn)場(chǎng)，記者看見(jiàn)兩條黃色泥漿管：一條是進(jìn)漿管，用于加漿，沖洗刀具；另一條是排漿管，將攪碎的土石碎塊隨泥漿輸送到地面的泥水分離系統(tǒng)，分離出的碎石作為棄渣處理，用過(guò)的泥漿收回加新鮮漿液后，重新輸送到盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖艙內(nèi)，循環(huán)利用。泥漿除了作為載體輸送渣土外，另一個(gè)重要作用是平衡掌子面的水土壓力，防止土體坍塌。

　　開(kāi)挖艙后面有一個(gè)氣壓倉(cāng)，充有壓縮空氣。通過(guò)調(diào)節(jié)氣墊對(duì)泥漿產(chǎn)生壓力，從而平衡來(lái)自開(kāi)挖掌子面的水土壓力，同時(shí)還形成一層保護(hù)膜，起到護(hù)壁作用。泥水加壓平衡盾構(gòu)也因此得名。

　　大型超深盾構(gòu)機(jī)始發(fā)工作豎井、新型隧洞雙層襯砌結(jié)構(gòu)、大型的黃土退水洞以及隧洞進(jìn)口黃土高邊坡……穿黃工程開(kāi)工以來(lái)，一個(gè)個(gè)技術(shù)創(chuàng)新為穿黃工程盾構(gòu)順利施工起到了保駕護(hù)航的作用。

　　重視實(shí)踐創(chuàng)新施工

　　據(jù)專家介紹，穿黃隧洞盾構(gòu)始發(fā)采用豎井型式，設(shè)置于黃河北岸，為圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑16.4米，井深50.5米。據(jù)王江濤介紹，由于地層條件差、地下水位高，豎井井壁必須牢固結(jié)實(shí)，采用地下連續(xù)墻形式，厚1.5米，深76.6米，均為當(dāng)前國(guó)內(nèi)之最。

　　豎井施工采用“逆作法”順序，先造好地下連續(xù)墻并在其防護(hù)下，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行襯砌。開(kāi)挖襯砌到設(shè)計(jì)高程后，怎樣封閉底板，是一大技術(shù)難題。由于始發(fā)豎井基本為全砂層地層，地下水位高，涌水涌砂的風(fēng)險(xiǎn)很大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將常規(guī)的三重管雙高壓旋噴工藝，調(diào)整為單管法高壓旋噴工藝，順利進(jìn)行封底，保證內(nèi)襯澆筑的安全，并采用了一體式整體滑模，提高了澆筑質(zhì)量和施工效率。

　　豎井勝利完工后，主角——盾構(gòu)機(jī)就登場(chǎng)了。盾構(gòu)機(jī)從地下50多米處掘進(jìn)，就像一條鉆地巨龍，創(chuàng)造了我國(guó)目前盾構(gòu)機(jī)始發(fā)最深的紀(jì)錄。下游線和上游線盾構(gòu)分別于2007年7月和2008年3月順利始發(fā)。

　　為了隧洞能承受黃河滲水形成的外水壓力，必須一面掘進(jìn)一面安裝高強(qiáng)度混凝土預(yù)制的管片，因此有6個(gè)自由度的管片拼裝機(jī)。每掘進(jìn)一段距離，就進(jìn)行管片拼裝，采用真空吸盤(pán)抓取方式，方便靈活地從喂片機(jī)上抓取管片，進(jìn)行拼裝。

　　新型雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式，在國(guó)內(nèi)，無(wú)論在盾構(gòu)法施工的交通隧道或水工隧洞中均屬首例。穿黃隧洞面對(duì)的不僅僅是黃河水和河床對(duì)隧洞外層形成的外壓力，還要考慮隧洞過(guò)水的時(shí)候?qū)λ矶磧?nèi)襯形成的壓力，也就是內(nèi)水壓力，隧洞必須經(jīng)受住外水和內(nèi)水壓力的夾攻。還因?yàn)榇S河段是游蕩性河段，河床對(duì)隧洞最小覆蓋厚度23米，河床沖淤變化引起的縱向沉降，會(huì)作用于穿黃隧洞；還要適應(yīng)烈度為7度的地震條件下，滿足每秒265立方米設(shè)計(jì)流量安全運(yùn)行要求；穿黃隧洞沿線將穿越單一砂土、砂礫石層、半砂半土、單一黏土等復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)。這一切決定了必須采用新型雙層襯砌結(jié)構(gòu)，才能保證穿黃隧洞固若金湯。外層襯砌為裝配式普通鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，厚40厘米，管片寬度1.6米，用于承擔(dān)外部水、土壓力；內(nèi)層襯砌厚45厘米，為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承擔(dān)內(nèi)水壓力。內(nèi)、外層襯砌為防排水彈性墊層所分隔，使其分別單獨(dú)受力。

　　迎接挑戰(zhàn) 破解難題

　　穿黃工程施工過(guò)程中，一個(gè)個(gè)實(shí)際的技術(shù)挑戰(zhàn)如同攔路虎接踵而來(lái)。

　　盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中，就是靠刀盤(pán)上的100多把刀具來(lái)對(duì)付各種各樣復(fù)雜的地層。穿黃工程盾構(gòu)機(jī)以及刀具設(shè)計(jì)，都是根據(jù)穿黃施工條件量身定做的。

　　在刀盤(pán)上共布置有145把不同類(lèi)型的刀具，每種刀具“各司其職”，如切削刀具，采用大尺寸刮刀，減少開(kāi)挖時(shí)細(xì)顆粒的產(chǎn)生，適應(yīng)帶有礫石土壤的地質(zhì)條件；先行刀和齒刀布置在刮刀前面，可預(yù)先松動(dòng)刮刀前的土壤從而降低對(duì)刮刀的直接磨損；鏟刀用于清理外圍開(kāi)挖的渣土；滾刀用于對(duì)硬物的開(kāi)挖，等等。

　　“帶壓進(jìn)艙檢查時(shí)間短、效率高、費(fèi)用低，對(duì)盾構(gòu)施工造成的影響小，缺點(diǎn)是不能進(jìn)行焊接等‘大手術(shù)’?！?/FONT>