常鹏
南水北调中线干线工程建设管理局渠首分局 473000
摘要：现如今，我国是社会经济在迅猛发展的新时期，针对南水北调中线渠道工程中膨胀土渠道、大型渡槽设计难题，开展技术攻关，取得了系列创新成果。在强降水区深挖高填膨胀土渠道方面，开展了多裂隙膨胀土边坡综合抗剪强度取值方法、原生裂隙面控制的深层滑动稳定分析方法、坡面保护与坡体加固的新型结构及其控制标准、填方渠堤剩余沉降量预测与控制方法、水泥改性土等关键技术研究，形成了膨胀土边坡设计理论方法和标准体系。在超大型渡槽结构设计方面，开展了低耗水头新型渡槽型式、温度荷载模式、预应力设计方法等研究，发展了超大型渡槽设计理论方法、设计控制标准。南水北调中线工程渠道关键技术的研发，解决了渠道工程设计技术难题，缩短了关键工期，保证了工程顺利建设和按期通水，取得了显著的经济、社会和生态效益。
关键词：关键技术；渠道工程；南水北调中线工程
引言
南水北调中线干线工程是南水北调中线一期工程的核心组成部分，明渠总长1103.20km，其中全挖方渠段长486.30km，半挖半填渠段长534.80km，全填方渠段长82.20km。中线干线工程总干渠河南、河北境内全程自流输水，渠道均为新开明渠，断面型式为梯形，一级马道以下采用素混凝土全断面衬砌。南水北调中线工程渠道防渗是项目建设过程中的重点和难点，文章结合工程建设过程中的实践，对南水北调中线工程渠道防渗工程的质量控制与改进经验进行提炼总结。常见的渠道防渗技术包括：水泥土防渗、土料防渗、砌石防渗、沥青材料防渗和膜料防渗。南水北调中线工程在渠道施工中主要采用复合土工膜防渗施工技术，根据施工设计的要求，在工程施工过程中必须对土工膜材料、铺设工艺、连接工艺、现场检测和铺设后保护等工作进行严格控制。
1概述
南水北调中线工程南起丹江口水库陶岔进水闸，北至北京市团城湖和天津市外环河，线路总长约1432km，除北京、天津段采用地下管涵外，其余均采用新开挖渠道输水。全线仅利用百米左右的水位落差，自流输水到河南省、河北省、北京市、天津市。为保证输水水质安全，中线总干渠与沿线河流、道路全部立交，逢山开洞、遇水架槽，共布置河渠交叉、渠渠交叉、路渠交叉建筑物和控制性建筑物(分水口门、节制闸、退水闸)及其他建筑物(隧洞、埋管、泵站)约2300余座。中线工程建设过程中碰到许多工程技术难题，重大关键技术问题主要有超长输水线路输水型式选择及水力控制、自流输水线路施工测量控制、丹江口大坝再加高、穿黄隧洞、特大型渡槽和倒虹吸、大型PCCP输水管道、输水渠道膨胀土边坡处理、高填方渠段风险处理、煤矿采空区安全处理等。本文仅就其中几个问题的攻关体会，谈谈关键技术问题的解决思路与再思考。
2南水北调中线渠道工程关键技术研究
2.1渠道边坡M型支护新结构
针对深挖方渠段长大裂隙控制边坡加固问题，结合渠道断面特征，提出了M型膨胀土边坡加固新型结构，系统提出了结构计算基本模型、计算公式、安全控制标准等设计理论与方法。计算假定为：抗滑桩外侧荷载由Pca确定，其中，Pc为由边坡稳定计算确定的下滑力，a为桩纵向中心间距；坡面梁、抗滑桩滑动面以上桩体内侧和滑动面以下桩体两侧与土体间相互作用力根据位移量按基床系数法确定。采用结构有限元计算M型支护体系的变形和桩土之间的相互作用力。
2.2渠道渗漏
依据GB50287—99《水利水电工程地质勘察规范》，本渠段发育的地层其透水性及渗漏程度一般划分为：（1）砾（卵）石层渗透系数k为R×10-2cm/s，具强透水性，易产生强渗漏；中、粗砂渗透性差别较大，全新统和上更新统中、粗砂渗透系数k大部为R×10-4cm/s，具中等透水性。（2）中更新统和下更新统中、粗砂黏粒含量高，渗透系数k为R×10-5cm/s，具弱透性；（3）全新统和上更新统粉细砂具弱透水性，渗透系数k为R×10-5～R×10-4cm/s，易产生弱～中等渗漏。（4）黄土状壤土、壤土、泥砾渗透系数k为R×10-5～R×10-6cm/s，具极微～弱透水性，易产生微渗漏。根据渠坡、渠底不同透水性岩土层的分布及地下水位与渠底和渠道水位的关系，分析认为形成中等以上渗漏的渠道共6段，总长9.792km。其中土岩体结构类型渠道1段，长1.73km；土体结构类型渠道2段，长2.326km；填土结构类型渠道3段，长5.736km。
2.3U型渡槽预应力配筋设计及优化研究
通过精细数值仿真研究和分析比较，提出U型渡槽槽身纵向预应力钢筋以“碗底”布置为主，腰部和顶部布置为辅，“碗底”与腰部逐渐过渡的“纵向分区”布置模式；环向预应力钢筋圆心略低于槽身内壁圆心，形成槽身上部直段环向预应力筋靠近外壁，槽身下部圆弧段预应力钢筋与内壁面距离由腰部向底部渐变加大的“环向非同心”布置模式。在该布置模式下，可通过调整纵向分区锚索数量和环向非同心度，达到槽身结构应力条件最优的目的。
2.4铺设土工膜技术要点
在渠坡土工膜铺设时连接缝的方向应注意，不能有顺水流方向的纵向缝，应当设置垂直于水流方向的横向缝。渠道土工膜在铺设还应当错缝连接，不可以进行“十”字缝，只能“T”字缝连接，在纵横缝接头处应当错开100cm以上的距离，在接缝处应当预留50~80cm长度进行搭接，坡肩处的土工膜设置长度的预留也应当满足设计要求。垂直于水流方向的横向连接缝铺设过程中，应使上游土工膜压载于下游土工膜之上，坡脚纵向连接缝应保证渠底土工膜压载于渠坡土工膜之上。渠道土工膜铺设应松弛适度，确保土工膜与保温板贴紧，不出现褶皱、悬空等缺陷，齿槽部位铺设后应采取临时支撑措施固定牢固。渠道土工膜铺设过程中，应为作业人员配备软底鞋，严禁作业人员穿硬底鞋或带钉鞋进行土工膜铺设作业。应在铺设好的复合土工膜部位设置警示标志，并由专人看管现场，严禁踩踏破坏土工膜，严禁在铺设好的土工膜上进行可能导致土工膜损坏的其他施工作业或不当作业行为。土工膜铺设完后可在现场设置移动式行走梯，方便施工人员行走、作业。土工膜铺设施工现场严禁烟火，严禁电气焊作业。土工膜铺设过程中，宜采用砂袋压重、其他软性重物压重或包裹埋压保护，防止大风对已铺设土工膜造成破坏。在进行渠道衬砌混凝土浇筑作业时，支立和固定衬砌模板的方法需根据现场情况确定，不得破坏已经铺设好的复合土工膜，使土工膜的防渗作用失效。
结语
南水北调中线渠道工程关键技术的研发，解决了渠道工程设计技术难题，缩短了关键工期，保证了工程顺利建设和按期通水，取得了显著的经济、社会和生态效益。截至2019年9月底，南水北调中线工程已不间断安全供水1700余天，从陶岔渠首调水入渠水量已超过268亿m3，从根本上改变了受水区供水格局，成为受水区的重要水源，直接受益人口超过1亿人。北京城区南水占到自来水供水量的73%，密云水库蓄水量突破25亿m3，增强了北京市的水资源储备，提高了首都供水保障程度。天津14个区居民全部喝上南水，南水北调已成为天津供水的“生命线”。南水北上后，北京、天津等受水区用南水北调水置换当地地下水水源，已压减地下水开采量逾8亿m3。北京市城市河湖水质明显改善，遏制了多年来地下水水位下降趋势。根据2019年6月底的监测数据，北京市平原地区地下水位与2015年同期相比上升3.16m。
参考文献
［1］刘丽佳，苏安双，张滨.季节冻土区几种典型分散土边坡冻害防护技术研究［J］.黑龙江水利科技，2017（4）.
［2］顾辉，南水北调中线工程渠道防冻胀设计中的几个问题［A］.南水北调中线河北段工程设计与实践论文集［C］.2006.