彩神ll

QZB潛水軸流泵網站歡迎您!
全國銷售熱線:400-8456-958 7×24小時電話:186-9810-8318

德能泵業

行業動態

鮮為人知的南水北調工程的幾項關鍵技術

  • 作者:admin
  • 發布時間:2020-01-13 17:01
  • 點擊:

1.東線工程《南水北調泵站工程水泵采購、監造、安裝、驗收指導意見》產生背景
水泵模型的同臺測試和編制《指導意見》這兩件事實際上是前后相承、上下順接的一件事,前者解決的是國內各單位分別研制的水泵模型鑒定,后者解決的是在前者鑒定基礎上如何選用優秀模型的指標規定。
說起《南水北調泵站工程水泵采購、監造、安裝、驗收指導意見》(以下簡稱《指導意見》)的出臺過程,必然會想起江蘇省水利廳沈日邁和陳茂滿兩位原總工程師。2003年9月5日,兩位老總聯名寫了一封信給張基堯主任,反映水泵界長期存在著模型泵葉輪鑒定不規范、盜版現象嚴重、工程選用模型泵試驗不嚴格等問題,建議進行南水北調水泵模型集中統一測試,以解決水泵選型和制造上的不規范問題。9月6日張基堯主任將來信批給水利部南水北調規劃設計管理局總工程師高安澤和我兩人,為此我還特地去了一趟南京,當面聽取了兩位總工的具體意見。
水利部南水北調規劃設計管理局于2003年9月至12月對江蘇省江水北調工程泵站的運行情況進行了調研,認為有必要集中國內各行業水力模型進行水泵模型同臺測試,并在測試成果基礎上編制型譜資料供東線泵站設計選型。為此,水利部成立了領導小組、專家小組和現場監督組,我擔任專家組組長,國家質量監督檢驗檢疫總局專家擔任現場監督組組長。這次同臺測試主要針對軸流式與混流式模型水泵水力模型。中水北方勘測設計研究院水力試驗所承擔南水北調低揚程水泵選型測試研究。
另外一方面,作為國務院南水北調辦要考慮的是,模型測試完成后如何使用測試成果的問題,即為保證南水北調工程水泵機組長期穩定、高效運行,對于南水北調工程如何選用水泵模型必須要制定相應的技術規定,約束設計單位進行設計選型和全過程建設。于是,我在參與水利部水泵模型同臺測試專家組工作的同時,又在南水北調辦管理范圍內組織專家討論制定《指導意見》。
我負責總體牽頭,具體組織工作由國務院南水北調辦建管司馬黔處長等負責安排,江蘇省水利廳沈日邁、陳茂滿兩位原總工,江蘇大學關醒凡教授和揚州大學的嚴登豐教授等專家在《指導意見》編制過程中起到相當大的作用。經設計、研究和制造廠家反復研究,于2005年3月完成《指導意見》的報批稿。
《指導意見》主要適用于南水北調東線泵站工程,提出保證水泵產品質量和性能水平的有關技術指標要求,包括水泵采購、水泵監造、水泵安裝和水泵驗收全過程技術要求。這些技術要求對于南水北調東線泵站建設發揮了很大的作用,也受到相關設計、制造和安裝單位歡迎。
2018年,專家委委托中水北方勘測設計研究院水力試驗所選擇山東鄧樓泵站開展軸流泵站效率、機組運行穩定性示范研究與評價工作。試驗研究認為:東線一期工程前期水泵模型的同臺測試和《指導意見》出臺,大幅提升了我國在低揚程大流量水泵設計、應用水平,一批高效率、空化性能優秀的水泵模型脫穎而出,同時在進出水流道形式設計方面,水泵模型與流道匹配研究領域亦獲得長足進步。
現在回頭看,水泵模型的同臺測試和編制《指導意見》這兩件事實際上是前后相承、上下順接的一件事,前者解決的是國內各單位分別研制的水泵模型鑒定,后者解決的是在前者鑒定基礎上如何選用優秀模型的指標規定。
2.中線長距離輸水線路高精度施工測量控制網建設
南水北調中線一期工程干線首級施工控制網不但在南水北調中線一期工程建設中發揮了重要作用,也是南水北調中線一期工程竣工驗收的依據,目前還在南水北調中線一期工程建設運行期繼續發揮作用。
2003年,我開始參加國務院南水北調辦籌備工作,記憶中是2月28日上午9時左右,在水利部辦公大樓五樓會議室召開了國務院南水北調領導小組辦公室籌備組第一次會議,水利部張基堯副部長提出,要我首先抓緊考慮南水北調一期工程有哪些關鍵技術問題。
當時我考慮的第一個問題是中線工程如何保證自流供輸水問題。國務院批準的總體規劃明確中線主要采取自流輸水方式,根據這個總體規劃原則,長江勘測設計院提出了《南水北調中線工程總干渠線路水頭分配優化研究》報告。其中,陶岔渠首設計水位為147.38米,北京團城湖設計水位為48.57米。報告對于這98.8米水頭按渠段和建筑物全線進行了嚴格分配,各干渠渠段和建筑物均根據被分配的水頭進行水力設計。
那么如何保障這一設計原則的實現呢?我根據自己的工程設計經驗提出,需要在中線1432公里長的總干渠全線建立統一的、滿足精度要求的工程測量控制網,而且這一測量控制網應在工程開工前抓緊實施。當時中線工程建設、施工單位均未明確,設計單位有六家,國務院南水北調辦籌建組應當首先抓緊這項目工作。
2003年11月18日,張基堯副部長找我去當面詢問南水北調中線測控網建議的具體情況,我主要說明四方面內容,他明確要我要抓緊此項工作。接下來的工作是布置長江勘測設計研究院統一編制南水北調中線一期工程施工控制網設計報告,并進行審查。2004年1月,國務院南水北調辦正式向國家發改委提交了《南水北調中線一期工程施工控制網測量立項報告》。
報告提出:“南水北調中線一期工程不僅路線長,建筑物多,而且縱向高程的坡比小,一般為1/25000,部分地區達到1/30000,這就需要建立相應精度的、統一的平面和高程基準,才能滿足南水北調中線一期工程的順利實施和總干渠的正常運行。要按照《水利水電施工測量規范》(SL 52-93)的要求,總干渠全線、及相應建筑物亦需建立相應的平面和高程施工控制網。”不久,該報告先于其他設計單元工程經國家批準實施,根據批準的工程費用,國務院南水北調辦布置中線建管局統一組織招標和建設,長江空間信息技術工程公司承擔南水北調中線工程測量中心的有關工作,中水北方勘測設計研究有限責任公司承擔工程監理工作。
2005年4月9日至11日,在武漢市召開了“南水北調中線一期工程干線首級施工控制網測量工程”總體驗收會,對實施過程和成果進行了質詢,經充分討論,形成如下驗收意見:
(1)項目實施單位采取了以B級GPS網為骨架,統一布設干線C級GPS網,該方案既保持了GPS網的整體精度,又實現了在1954年北京坐標系下分區間的最佳連接。
(2)在實施中,采用1度帶投影平面坐標系,減小了投影變形;開發了GPS短邊混合網平差、長距離水準測量日月引力改正等軟件,保證了成果的精度。(3)控制網選點合理,標石埋設穩固,外部整飾美觀;儀器設備檢驗項目齊全,技術狀態良好,各項技術指標滿足規范要求。(4)數據處理方法正確,資料齊全,整飾美觀,成果滿足規范和工程建設的要求。(5)監理單位對項目實施全過程的質量、進度、工程量進行了嚴格的監督和檢查,確保了該項目按質、按量、按時完成。監理依據《測繪產品質量評定標準》,綜合評定該項目質量為優級。
綜合以上情況,專家組認為該項目質量等級可核定為優級。
正如提出建設控制網建議時所說,南水北調中線一期工程干線首級施工控制網,不但在南水北調中線一期工程建設中發揮了重要作用,也是南水北調中線一期工程竣工驗收的依據,目前還在南水北調中線一期工程建設運行期繼續發揮作用。
3.東線工程平原水庫防滲設計方案的重大變化 
東線工程通水運行實踐結果表明,當初決策將大屯水庫的垂直防滲設計改為水平防滲設計是完全正確的。通過膜下氣脹機理和對策措施研究,南水北調東線工程還為我國平原水庫防滲設計的科技創新做出了重大貢獻。  
東線一期工程需要在膠東輸水干線新建東湖、雙王城兩個平原水庫,在黃河以北新建大屯平原水庫,以滿足供水目標要求。  
大屯水庫設計庫容5256萬立方米,調節庫容4499萬立方米。東湖水庫設計總庫容5549萬立方米,調節庫容4871萬立方米。雙王城水庫設計總庫容6150萬立方米,調節庫容5321萬立方米。三座平原水庫總占地超過3萬畝。建設平原水庫實際上是一種犧牲土地資源換取水資源的不得已而為之的手段,因此設計平原水庫重點研究的問題,一是如何節約用地,二是如何防滲,保證平原水庫蓄水安全。 
三座平原水庫的防滲方式,在項目建議書和可行性研究階段一直以垂直防滲為主進行設計,并經相關單位審查批準。根據設計提供資料,東湖水庫是地勘工作量較多的一個平原水庫,其第六層被認定是相對隔水層。雙王城水庫第九層被認為是相對隔水層。大屯水庫第十五層被認為是相對隔水層,但該層厚薄不一,且缺失嚴重;另外該層的滲透系數也較大,它的上下兩層的滲透系數最大達13.6米日。  
出于對南水北調東線平原水庫防滲采用垂直防滲設計的擔心,征求相關領導意見后,專家委于2006年6月26日在京召開了關于東線工程平原水庫設計幾個技術問題的咨詢會。會議由我主持,邀請了顧淦臣、曹楚生、林昭、高安澤、蔣國澄、王正宏等一批工程界的老專家參加會議。會上形成的咨詢意見稱:“采用垂直防滲方案時應該有一個比較明顯的相對隔水層。目前看到的大屯水庫和雙王城水庫相對隔水層缺失太多,難以使人放心。大屯水庫地質情況復雜,垂直防滲深度較大,而高噴和振動切槽之間的結合部位難以結合好,專家傾向于采用水平防滲方式。對于雙王城水庫到底是采用垂直防滲還是水平防滲,應在補充地勘資料的基礎上進一步論證。”  
參加會議的山東省水利水電勘測設計院人員發言認為,三個水庫規模超大,水庫的選址地下水位偏高,局部封閉之后會產生薄弱點排氣,引發土工膜下氣爆,因此對如此大面積的采用水平防滲他們持謹慎態度。這次會議結合國內外技術發展趨勢,討論了平原水庫設計水深的選擇、垂直防滲和水平防滲技術、復合土工膜在水平防滲中的應用等問題,但設計單位對于在大型平原水庫中采用水平防滲設計還是疑慮重重。 
會后的一個晚上,山東省勘測設計院院長劉長余打來電話交流。這次談話最大收獲是雙方都承認,技術上可以研究分析并采取措施解決平原水庫大規模鋪膜可能引發的氣爆問題。1987至1989年我在日本東京工業大學訪問時,研究課題是《不飽和浸透流和地基變形耦合數值解析法》,我向劉院長建議,可以通過采用基于多孔介質力學的非飽和土固結理論來研究土工膜下氣場的大小及分布規律,研究膜下氣壓消減措施,從理論上指導工程實際。電話中我向劉院長推薦河海大學有兩位教授可具體承擔這方面研究,建議由山東院委托研究的同時,我可向有關領導匯報爭取專家委支持該項目進行平行研究。劉院長接受了這一建議。  
接下來的工作基本分三部分進行:河海大學巖土工程研究所殷宗澤教授等開展了《平原水庫防滲土工膜下氣壓問題研究》;河海大學水電學院劉斯宏教授等開展了《非飽和土滲流與變形耦合彈塑性三維有限元分析及在大型平原水庫中的應用研究》;山東省水利水電勘測設計院根據研究結果開展了現場試驗,在初設階段將大屯水庫原來采用的垂直防滲設計改為大面積鋪設土工膜的水平防滲設計。2010年國務院南水北調辦公室投資計劃司,以國調辦[2010]96號文正式批準初步設計,2010年11月正式開工建設。  
大屯水庫鋪膜總面積500萬平方米,是目前國內鋪膜面積最大的工程。為保證大規模鋪膜質量,山東干線公司于大規模施工開始前,在濟南召開了《大屯水庫復合土工膜鋪膜施工技術指南》(草稿)的技術咨詢會。在會上,我提供了《泰安蓄能電站上水庫土工膜防滲技術研究》等有關資料。會后他們在此基礎上修改完善了《大屯水庫復合土工膜鋪膜施工技術指南》(試行),并以此為教材培訓人員和現場施工技術交底,庫盤和斜墻鋪膜于2012年10月全部完成。  
2017年5月15日至20日,專家委檢查了東線一期山東段工程運行管理情況。采用水平防滲設計的大屯水庫運行正常,通水三年多來,水庫圍壩工程各滲壓觀測斷面數據變化平穩,圍壩外截滲溝無明顯滲水現象,下游壩坡亦未發現滲水出逸點;壩體及建筑物變形穩定,無不均勻現象發生。但東湖水庫因采用垂直防滲,目前滲漏量較大,只能采取低水位運行。專家檢查后建議要進一步查清東湖水庫滲漏量偏大原因,抓緊研究處理方案。目前,東湖水庫正結合濟南市東部城區水源需求,實施擴容增效工程設計,設計方案中已將原設計垂直防滲結構改為水平防滲結構。  
通水以來運行實踐表明,當初決策將大屯水庫的垂直防滲設計改為水平防滲設計是完全正確的;通過膜下氣脹機理和對策措施研究,南水北調東線工程還為我國平原水庫防滲設計的科技創新作出了重大貢獻。
4.中線工程穿黃隧洞盾構施工全過程跟蹤咨詢
中線穿黃工程盾構施工是一項具有相當技術難度的單項工程,盾構施工中主要的技術挑戰有:深地下連續墻施工技術、大型深豎井施工技術、盾構始發技術、盾構管片制作安裝技術、盾構加壓進倉檢查與刀具(盤)維修有關技術、盾構機刀盤修復及刀具改造技術和盾構機到達和二次始發技術等。
穿黃隧洞長4.25公里,采用雙線平行布置,兩洞相距28米。隧洞內徑7米,開挖直徑超過9.2米,深埋于黃河河床下23~35米深。這是我國第一次采用大直徑隧洞穿越黃河,也是我國水利界第一次采用泥水平衡盾構機在軟土地基中進行水工隧洞的掘進施工。
中線穿黃工程自2005年9月份開工以來遭遇到眾多技術問題。從2006年至2010年,4年盾構施工過程中,專家委邀請了全國盾構施工方面有名的盾構設計、施工專家參加專題咨詢,所提出的技術措施大都應用到了工程的設計和施工當中,對工程的順利實施起到了重要的保障作用。
我作為國務院南水北調辦總工程師參加的第一次咨詢會,是2005年11月份在鄭州召開的穿黃工程豎井地連墻及自凝灰漿墻施工方案專題討論會。這次會議最大成果是統一了兩家施工單位的施工方法,要求兩家都采用“銑削法”施工,還對如何解決成槽時的塌孔問題、地連墻厚度調整、墻槽段連接方式、自凝灰漿墻的施工工藝、高壓旋噴加固等有關問題和施工進度進行咨詢,這次會議為南水北調中線穿黃隧洞施工首戰順利進行提供了正確的技術決策意見。
2007年11月,專家委召開了中線一期穿黃工程盾構施工技術咨詢會,對施工現場問題進行了首次技術咨詢。此時盾構機已于2007年7月8日始發,首次拼裝完成的10環混凝土管片明顯出現了K塊與同環或鄰環的B塊之間有錯臺和局部破損現象,不得已又暫停施工。本次咨詢會議的專家組長由潘家錚院士擔任,副組長由上海隧道總公司盾構施工老專家王振信擔任,同時還邀請了國內隧道界設計施工的知名專家到場。專家討論同意中線穿黃工程建管部提出的暫停第一套模具使用,并按改造后的第二套模具生產新管片的方案。
同時,對于已生產暫未使用的1500環管片,在滿足隧道砌環基本質量要求的前提下,建議進行適當改造后使用。專家討論還認為,引起K塊產生錯臺和擠裂邊角混凝土的原因之一是彈性密封止水墊防水設計標準過高,無論是第二套模具設計還是現有1500環管片修改,均應適當降低現有彈性密封止水墊防水設計標準,并相應調整彈性密封止水墊設計形式,以避免彈性密封止水墊過厚給拼裝K塊帶來的困難,減少襯砌出盾尾時K塊發生的錯臺現象。同時還建議對彈性密封止水墊槽深度做適當的調整。
2008年是穿黃盾構施工高峰年,也是專家委對穿黃工程多次現場跟蹤咨詢的一年。這一年,先后召開了南水北調中線穿黃工程Ⅱ-B(A)標盾構加壓進倉檢查與刀具(盤)維修有關技術問題咨詢會、穿黃工程盾構機刀盤修復及刀具改造技術咨詢會、自密實混凝土設計、施工技術研討會和穿黃隧洞無粘結預應力襯砌地面試驗工作技術咨詢會。
2008年7月21日起,盾構機的前閘門油管隨泥漿排出后,陸續又出現了走臺板踏步、滾刀刀圈、鏟刀耐磨塊、螺栓等部件隨泥漿排出現象。根據排出物初步判斷,滾刀、邊緣鏟刀已有部分損壞,前閘門、碎石機、走臺板等需要維修。同時由于邊緣鏟刀磨損嚴重,磨損部位一致,估計刀盤外緣輔臂有可能已產生局部磨損變形等情況。前兩次會議是針對盾構加壓進倉檢查與刀具(盤)維修有關技術問題進行的。這兩次咨詢中,以總參老專家錢七虎院士為首的知名專家提出了很多好建議,使中線穿黃盾構機施工維修中避免了許多安全隱患,受到施工單位的一致好評。
2009年穿黃工程盾構施工進展順利,11月IIA標盾構已掘進約3300米,距南岸豎井150米左右。保證盾構安全、準確地進入南岸豎井預留洞口,并順利進行二次始發是穿黃盾構施工面臨的關鍵問題。根據國內外已有同類工程的經驗教訓,盾構機到達和始發階段一旦出現事故,有可能產生嚴重后果,故應精細制定施工技術方案和發生意外情況的應急處理預案,在認真重視風險、做好充分準備的情況下進行盾構機到達及二次始發的工程施工。
專家委針對《穿黃工程盾構機到達和二次始發方案》進行了技術咨詢。本次咨詢請上海地鐵總公司王振信教授任專家組長、同濟大學孫鈞院士擔任專家副組長,對施工單位提出的穿黃工程盾構機到達和二次始發方案提出9點意見,對于穿黃盾構施工壁后注漿提出2點意見。尤其是作為到達和二次始發洞口段的防護措施,施工單位在地連墻外部到達洞口和始發洞口處各布設一道C10的素混凝土墻,墻體厚度均為0.8米。專家分析地連墻拆除后素混凝土墻的受力狀態,它實際是一塊擱在直徑9.4米圓形洞口上的弧形蓋板,缺少可靠支撐,不能承受由水土壓力引起的彎矩,建議有關單位對該結構的承載能力進行復核并改進,這是事關安全的大問題。這次會議同樣受到建設和施工單位好評。
2010年專家委在總參老專家錢七虎院士建議和指導下,結合南水北調中線穿黃工程和南京長江隧道工程盾構開艙及維修施工實例,系統總結了“預先加固-常壓開艙”和“泥膜-氣壓支護帶壓開艙”兩種不同開艙維修方式的技術難點和解決方法并形成研究報告。專題研究報告從保障盾構開挖面穩定性出發,通過分析計算和具體保障措施,提出了兩種保障開挖面穩定的措施。這項盾構開艙維護技術的研究成果不但對盾構工程技術總結有重要意義,而且對推動我國盾構開艙技術的進一步發展有指導作用。
南水北調中線穿黃工程盾構施工是一項具有相當技術難度的單項工程,盾構施工中主要的技術挑戰有:深地下連續墻施工技術、大型深豎井施工技術、盾構始發技術、盾構管片制作安裝技術、盾構加壓進倉檢查與刀具(盤)維修有關技術、盾構機刀盤修復及刀具改造技術和盾構機到達和二次始發技術等。在現場技術力量攻關和及時開展科研試驗專項研究基礎上,專家委動員全國盾構設計、施工專家力量及時進行技術咨詢,起到了重要作用。

熱門產品