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引江补汉工程设计解码

引江补汉工程设计解码
2022-08-06 15:36:56 来源:新华网湖北

7月7日,南水北调后续工程中线引江补汉工程正式开工建设。作为首个开工的南水北调后续工程重大项目,引江补汉工程有助于提高中线工程供水保证率,加快构建国家水网主骨架和大动脉。

作为引江补汉工程勘测设计牵头单位,长江设计集团自2019年底起,对工程开展了大量勘测工作,就工程规模、总体布局、施工方案、环境影响等进行了大量分析论证。

不久前,新华网通过对这一重大工程项目进行深入采访,对工程背后的勘测设计工作进行了一次深度解码。

连接两江

引江补汉工程输水线路总长194.8公里,可研批复静态总投资582.35亿元,设计施工总工期9年。据测算,工程建成后,中线北调水量可由一期工程规划的多年平均95亿立方米增加至115.1亿立方米,同时,每年可向汉江补水6.1亿立方米,向工程输水沿线的湖北宜昌市、荆门市、荆州市和襄阳市的14个县市区补水3亿立方米。

中国工程院院士、长江设计集团有限公司董事长钮新强介绍,南水北调中线工程通水以来,取得了显著的经济、社会和生态效益。随着京津冀协同发展、雄安新区建设、中原城市群发展的推进,以及华北地区地下水超采综合治理持续深入开展,受水区供水水源结构不尽合理、区域水资源统筹调配能力相对不足的矛盾将进一步凸显。与此同时,受上游来水形势变化及汉江流域用水需求增长的影响,南水北调中线一期工程稳定供水的能力亟待提升。

“连通三峡水库和丹江口水库两大战略水源地,不仅要对长江上游的水源区进行全面摸底,还要考虑工程受水区涉及的京津冀豫地区、关中地区、江汉平原等区域水资源的综合运用。”钮新强在谈及工程引水方案时说。

通过对正常供水、生态调度、应急供水等各类场景的分析和工程规模多方案的模拟分析,工程布局研究了从三峡水库提水至丹江口水库坝上的方案、自流引水至丹江口水库坝下汉江的方案,以及分别提水和自流至丹江口水库坝上和坝下的双线引水方案等三类引水方案。

综合技术、经济、水情等因素,引水方案最终确定从三峡水库通过隧洞自流引水至丹江口水库大坝下游,补充汉江中下游来水,同时,以水量置换增加中线北调水量。

“引江补汉工程实施后,两大水库联合构成我国重要的战略水源地,可连通长江、汉江流域与华北地区,加快构建国家水网主骨架和大动脉,进一步优化我国水资源配置格局。”水利部南水北调工程管理司司长李勇说。

引江补汉工程设计解码

航拍引江补汉工程的取水口龙潭溪。新华网 李征峥摄

正值盛夏,站在湖北宜昌市夷陵区太平溪村2组村民陈绪新的家门口向对面望去,郁郁葱葱的山林下溪流清澈见底。这处位于三峡大坝上游7.5公里的溪沟,便是南水北调中线后续工程——引江补汉工程的取水口龙潭溪。工程建成后,这泓清澈的长江水便会顺着引水隧洞抵达丹江口水库下游的汉江安乐河口,润泽汉江中下游1.4万平方千米土地。

穿越山区最佳线路如何选

引江补汉坝下方案工程区处于我国大巴山系及秦岭山系余脉。在面对山高谷深的地形、断层褶皱发育的地质结构、复杂多变的地质岩性时,全面探测工程区地形地质的“笨”办法是勘察技术人员寻找最佳线路的唯一选择。

“为了全面探测工程区的地质情况,工程的物探线路工作量从400公里到600公里最后达到近800公里,累计总工作量1000公里左右。这个工作量是南水北调中线黄河南线路工作量的3倍。”长江设计集团物探公司综合部主任尹剑说。

钮新强带领团队,开展地质勘察、规模论证、线路比选等工作,综合考虑地形地质、取水条件、社会环境等因素,力求找到最优解决方案。

在野外现场,勘察技术人员们不知新“辟”了多少本不存在的路,只要是人能抵达的测点,技术人员便会排除一切困难开展勘察工作。在后方,规划、水工、施工等多领域专业人员加班加点进行工程规模论证、工程布局研究,将需要重点勘察内容及时告知现场作业人员。前后方并肩作战,

为了找出最佳输水线路,保证工程如期开工,长江设计集团的上千位工程师采用航测、大地电磁、常规钻探、超深水平钻、复合定向钻等传统加高科技手段,对8000多平方千米,相当于1.5个上海市面积大小的工程区进行了全面“体检”。

“因为怕耽误工期,有些在前方的同事连续五个月在野外作业都没回家,后方的同事加班编写报告更是每日‘标配’。”长江设计集团岩土公司副总工程师邓争荣感慨道。

综合考虑工程区地形地质、环境敏感区分布、施工布置条件等因素,结合前期研究成果,坝下自流引水方案从多条比选路线中选择了长度194.3千米的超长深埋输水隧洞——龙安1线作为工程引水路线。

引江补汉工程设计解码

航拍引江补汉工程的出水口安乐河口。新华网 李征峥摄

龙安1线从三峡水库大坝上游约7.5公里的龙潭溪取水,向北经宜昌夷陵区、保康县、谷城县、丹江口市自流至丹江口大坝下游约5公里的安乐河口入汉江,最大限度地避开了极易导致隧洞地质灾害的强岩溶区和规模巨大断裂带。

攻坚克难深 长隧洞如何挖

对于引江补汉工程,钮新强列举了6个“最”:我国在建长度最长的有压引调水隧洞;我国在建洞径最大的长距离引调水隧洞,等效洞径10.2米;我国在建引流量最大的长距离有压引调水隧洞,最大引水流量212立方米每秒;我国在建一次性投入超大直径隧道掘进机施工最多的隧洞;我国在建单洞开挖工程量最大的引调水隧洞;我国在建综合难度最大的长距离引调水隧洞,最大埋深1182米。

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航拍位于黄陵断穹核部的钻孔LAK63。 新华网 李征峥摄

在宜昌市雾渡河镇马卧泥村外的野地里,耸立着一个十几米高的钻孔塔台。这个位于黄陵断穹核部的钻孔LAK63,以其1105米的孔深在中国水利水电行业排名第二。

截至6月中旬,引江补汉工程已累计完成勘探钻孔688个,其中,已完成千米级的特深孔4个,500米以上的超深孔43个。“这些钻孔的地质数据采集将为隧洞的设计和施工提供重要的地质资料。”长江设计集团三峡院副总工程师王吉亮说。

受线路区地形条件限制,隧洞无法采用大量设置施工支洞“长洞短打”的常规钻爆法进行施工。在这种情况下,硬岩隧道掘进机(简称TBM)成为施工的最佳选择。

据了解,工程将使用9台TBM打通128千米隧洞,TBM6施工洞段则是整个工程的工期控制性项目。“面对掘进过程中可能出现的岩爆、软岩大变形、涌水突泥等问题,我们需要重点攻克超大断面TBM选型、功能配置以及掘进中的超前地质预报和超前处理等关键技术难题。”在谈及引江补汉施工建设的技术难点时,长江设计集团副总工程师李蘅说道。

工程建好后,每秒200个流量的长江水流,将从丹江口市三官殿办事处套口桥流出,源源不断地注入坝下的汉江。为充分利用宝贵的水头,引江补汉隧洞全程采用有压输水,200立方米每秒流量级、近百米水头、近200公里洞长,大流量超长有压输水隧洞的水力过渡过程也十分复杂,国内外尚无类似指标的工程应用先例。长江设计集团已在可研阶段创新提出分段减压水力控制方案,正在开展相关技术攻关。

目前,长江设计集团已抽调技术精英组成项目科研团队,围绕工程关键技术,联合国内著名科研机构和设备厂家,采用理论分析、数值模拟和模型试验等多种研究手段,围绕超长有压隧洞水力控制、隧洞水害预测与控制、高地应力围岩灾变机理与防控、TBM选型及配置等关键技术课题开展联合攻关,为深埋长隧洞施工建设及运行安全提供技术支撑。

“工程输水总干线沿线地质条件复杂,施工难度大,是我国调水工程建设极具挑战性的项目之一,工程将促进我国重大基础设施技术创新能力的提升。”钮新强说。(赵梦琪)

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(责任编辑:金鹏)