科学研究

南水北调中线干线渠道工程技术概述

姚雄，温世亿 程德虎

（南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038）

关键词：南水北调中线　渠道技术　工程建设

1 总干渠总体布置

南水北调中线工程总干渠从河南省淅川县陶岔渠首枢纽开始，渠线大部位于伏牛山、嵩山、太行山山前、京广铁路以西，线路跨长江流域、淮河流域、黄河流域、海河流域，沿线经过河南、河北、北京、天津4省（直辖市），线路总长1432km，其中陶岔至北拒马河渠段线路长1197km，北京段长80km，天津干线长155km；渠线基本走向为从陶岔渠首枢纽起，沿伏牛山南麓前岗垅与平原相间的地带向东北行进，经南阳北跨白河后，于方城垭口东八里沟过江淮分水岭进入淮河流域。在鲁山县过沙河，往北经郑州西穿越黄河；经焦作市东南、新乡西北、安阳西过漳河，进入河北省境内；经邯郸西、邢台西，在石家庄西北过石津干渠和滹沱河，至唐县进入低山丘陵区和北拒马河冲积扇，过北拒马河后进入北京市境内，终点为团城湖。天津干线渠首位于河北省徐水县西黑山村北，从总干渠分水后渠线在高村营穿京广铁路，在霸州市任水穿京九铁路，向东至终点天津市外环河。

中线一期工程总干渠的输水形式研究过全明渠方案、全管涵方案、管涵渠结合方案、明渠结合局部管道方案［1］。经比较，采用明渠与局部管道相结合的输水形式。具体方案为陶岔至北拒马河渠段采用明渠方案，北京段采用PCCP管和暗涵相结合的输水形式、天津干线段采用暗涵输水形式。总干渠主要控制点流量规模为陶岔渠首枢纽设计流量350m³/s，加大流量420m³/s，穿黄河设计流量265m³/s、加大流量320m³/s，北拒马河（进北京）设计流量50m³/s、加大流量60m³/s，天津干线渠首设计流量50m³/s、加大流量60m³/s。总干渠主要控制点设计水位分别为陶岔渠首枢纽（闸下水位）147.38m、黄河南岸118m、黄河北岸108m、北拒马河60.3m、北京团城湖48.57m、天津干线渠首65.27m、天津外环河0m。总干渠水头分配总的原则是以陶岔渠首枢纽和北京团城湖设计水位为控制，将总水头在黄河南北两岸的明渠和建筑物上进行分配，力求总投资最省。总干渠水头分配方案主要根据水头优化计算结果，并与各地方协商调整而得出。总干渠总水头98.81m，黄河以南分配水头29.38m，黄河以北分配水头59.43m，穿黄工程分配水头10m。陶岔至北拒马河段采用明渠输水，总水头87.08m，其中渠道分配水头45.01m，建筑物分配水头42.07m。

在总干渠总体设计中总干渠共分为9个大段，即陶岔至沙河南段、沙河南至黄河南段、穿黄工程段、黄河北至漳河南段、穿漳工程段、漳河北至古运河段、古运河至北拒马河中支段、北拒马河中支至团城湖段、天津干线［2］。

（1）陶岔至沙河南段起点位于陶岔渠首枢纽闸下，桩号0+300，坐标为X=3 616 891.409，Y=472 851.5487；终点位于沙河南岸鲁山县薛寨北，桩号239+042，坐标为X=3 728 507.982，Y=496 005.795。沿线经过河南省南阳市的淅川、邓州、镇平、方城四县市及卧龙、宛城两个城郊区和平顶山市的叶县和鲁山县，线路长238.742km，其中渠道长228.129km，建筑物27座累计长约10.613km。

（2）沙河南至黄河南段起点位于河南省鲁山县薛寨村北，桩号239+042（分桩号SH-0+000），终点为河南省荥阳市新店村东北，与穿黄工程段进口A点相接，桩号474+285（分桩号SH-234+746）。线路途经河南省平顶山市的鲁山、宝丰、郏县3县；许昌市的禹州、长葛2县级市；郑州市的新郑市、中牟县、管城区、金水区、中原区、和荥阳市6个县（市、区），渠线总长235.243km，其中渠道长215.882km，建筑物28座累计长度19.361km。

（3）穿黄工程起自河南省黄河南岸荥阳县王村乡王村化工厂南的A点，桩号474+285（分桩号0+000）；终点为河南省黄河北岸温县马庄东的S点，桩号493+590（分桩号19+305），渠线总长19.305km。其中渠道长13.950km，隧洞段长4.708km，建筑物1座长0.647km。穿黄工程段13.950km，渠道全挖方渠段累计长4.628km，全填方渠段累计长0.802km，半挖半填渠段累计长8.520km。

（4）黄河北至漳河南段起点位于河南省温县北张羌村总干渠穿黄工程出口S点，桩号493+590（分桩号Ⅳ0+000），终点为安阳县施家河村东、豫冀两省交界的漳河交叉建筑物进口，桩号730+664（分桩号AY-40+322）。线路途经河南省焦作市的温县、博爱县、焦作市的4个区、修武县；新乡市的辉县、新乡市北占区、卫辉市；鹤壁市的淇县、鹤壁市；安阳市的汤阴县、安阳市4个区、安阳县。黄河北至漳河南段渠线总长237.074km，其中渠道长220.199km，建筑物42座累计长度16.875km。

（5）穿漳工程段包括两岸连接渠道和穿漳河倒虹吸，起点桩号730+664（分桩号730+640），终点桩号731+746（分桩号731+722）。渠线总长1.082km，其中渠道长0.317km，穿漳河倒虹吸1座长0.765km。

（6）漳河北至古运河段起点位于冀豫交界处的漳河北，桩号731+746（分桩号为0+000），终点至京石应急供水段起点为止，桩号970+293（分桩号为238+547），沿线经过河北省邯郸市的磁县、邯郸市复兴区、邯郸县和永年县等4个县市区；邢台市的沙河市、邢台市西郊、邢台县、内丘县和临城县等5个县市区；石家庄市的高邑、赞皇、元氏、鹿泉、石家庄市西郊5个县（市）。漳河北至古运河南段渠线总长238.547km，其中渠道长224.304km，建筑物29座累计长度14.243km。

（7）古运河至北拒马河中支段起点位于石家庄市西郊田庄村以西古运河暗渠进口前，起点桩号970+293（分桩号0+000），终点至冀、京交界处，终点桩号为1197+668（分桩号227+375）。途径石家庄市西郊、正定、新乐3个县（市）；保定市的曲阳、定州、唐县、顺平、满城、徐水、易县、涞水、涿州等9县市；古运河至北拒马河中支段渠线总长227.375km，其中建筑物31座累计长26.942km，渠道长200.433km。

（8）北拒马河中支至团城湖段起点位于北拒马河中支南，起点桩号1197+668（分桩号BT-0+000），向北穿山前丘陵区、房山城区西北关，从黄管屯南穿京广铁路，至大宁水库副坝下游斜穿永定河，在卢沟桥镇的东侧穿京西编组站等铁路环，然后沿京石高速公路南侧往东，在大井村西穿京石公路，在岳各庄环岛拐弯往北进入西四环快速路下，穿过新开渠、五棵松地铁、永定河引水渠，直至终点团城湖，桩号1277+508（分桩号BT-79+840），全长79.840km，其中明渠段长0.885km，PCCP管段长56.136km，建筑物共8座累计长22.819km。

（9）天津干线选定线路方案西起河北省徐水县西黑山村，分桩号XW-0+000，东至天津市外环河西，桩号XW-155+207，全长155.352km，途经河北省徐水、容城、新城、雄县、固安、霸州、永清、安次和天津市武清、西青、北辰共11个区县。天津干线采用全箱涵无压接有压全自流输水方式。

2 渠道总体设计

总干渠明渠段采用梯形断面，根据沿线各渠段水位、渠底高程跟地面高程的相对关系，将各渠段主要横断面型式（见图1～图3）分为全挖方断面、全填方断面、半挖半填断面三种类型［3］。

根据边坡稳定计算确定渠道边坡系数，一般为2.0～2.5，特殊段3.0～3.5；根据梯形渠道实用经济断面与梯形渠道水力最优断面相对关系，确定满足梯形实用经济断面的宽深比要求的设计水深，渠道设计水深为8.0～3.8m；根据渠道各段流量、纵坡、边坡系数、糙率及设计水深，按明渠均匀流公式计算各个渠段的渠道底宽，渠道底宽一般为7.0～29.0m；根据渠道加大水位或渠外洪水位加上相应的超高确定堤顶或一级马道的高程。

图1 全挖方断面示意图（单位：cm）

图2 全填方断面示意图（单位：cm）

图3 半挖半填断面示意图（单位：cm）

渠道纵坡分别为：陶岔-沙河南段1/25000～1/25500，沙河南-黄河南段1/23000～1/28000，黄河北-漳河南1/20000～1/29000，漳河北-古运河段1/17000～1/30000，古运河-北拒马河段1/16000～1/30000。

渠道全线均采用混凝土衬砌，衬砌范围为过水断面的渠底和边坡，边坡衬砌填方渠段护至堤顶，挖方渠段护至一级马道。衬砌板厚度一般8～10cm，特殊段适当加厚，根据需要在衬砌板下加设复合土工膜防渗。为防止地下水扬压力对衬砌的破坏，渠道衬砌板以下设置了排水措施，分别为：暗管集水，地下水自流外排；集水井集水，地下水抽排；渠坡设暗管集水，逆止式集水箱自流内排。根据渠道的设计冻深和冻胀量计算结果，黄河以南的渠道不需作防冻胀设计，黄河以北的渠道需作防冻胀设计，一般采取置换砂砾料或铺设保温板的保温措施。

总干渠左、右岸均布设运行道路，其中左岸为泥结石路面，右岸为沥青路面。路面布置在左、右岸挖方渠道一级马道和填方渠段堤顶。沥青路面宽4m，采用沥青面层，土渠段路基为20cm厚3∶7灰土，石渠段基层为碎石。泥结碎石路面宽4m，采用15～20cm厚泥结碎石面层，下铺20cm厚稳定土基层。

挖方渠段一级马道以上坡面和填方渠段背水坡面需要进行防护。防护措施为坡面排水与植物护坡相结合的坡面防护。特殊土（湿陷性黄土、膨胀岩土）坡采用现浇混凝土六角框格护砌，格内底部填土，上部填碎石，并种草和灌木等措施护坡。河滩地的渠道外坡采用干砌块石护砌，护砌范围为渠外设计洪水位加一定超高，上部用浆砌石封顶，下部设浆砌石脚槽。

渠外保护带包括截流沟、防护堤、防护林带、保护围栏。截流沟一般按构造设计，采用深1m、底宽1m、边坡1∶1.5的梯形断面。在截流沟穿过道路或河堤时，采用埋设钢筋混凝土涵管。防护堤一般设置标准堤。标准堤断面为堤高1m，堤顶宽1m，边坡1∶1.5。防护林带布置在挖方渠道开口线或填方渠道外坡脚线外侧，每侧宽度一般为8m。截流沟外侧设保护围栏，围栏采用金属网，网高2m。

对于膨胀（岩）土渠段、饱和砂土渠段、湿陷性黄土渠段、煤矿采空区渠段等渠道，需采取有针对性的处理措施。膨胀土（岩）渠段一般采取放缓渠坡和黏性土或水泥改性土换填处理措施，换填厚度根据膨胀土（岩）膨胀等级确定，一般为1.0～2.5m，对于深挖方中膨胀土和强膨胀土渠段还采取了加强渠基排水、坡面梁、抗滑桩等处理措施。饱和砂土段根据不同的条件分别采用强夯法、挤密砂桩法、复合载体夯扩桩法、换土法处理。中、强湿陷性黄土渠段，根据渠底基面的自重应力与附加应力之和与渠基下土的湿陷起始压力的大小关系不同，可采用强夯法进行处理。总干渠由南向北依次通过禹州市煤矿、焦作煤矿、邵明煤矿等矿井区，根据渠道所经采空区不同情况，采取渠道衬砌加强措施或采空区灌浆处理等措施，同时尽量给渠道留出足够的保护宽度及一定的保护煤柱，保证渠道的运行安全。

3 渠道施工进度管理和质量控制

3.1 施工进度管理

中线干线工程采用集中统一管理、分项目实施的进度管理模式。建立以项目法人负总责，南水北调中线干线工程建设管理局（以下简称“中线建管局”）直属的项目建设管理部、委托地方管理的建设管理单位、实行代建制管理的建设管理单位管理，监理人控制，设计、承包人保证的进度管理体系。中线干线工程建设进度计划按照总体进度计划、实施总进度计划、控制性总进度计划和施工总进度计划四级进度管理，四级进度分别由项目法人、项目建设管理单位、监理单位、施工单位分别制定，层层审批，明确目标任务。通过采取有效的进度管理措施，实现了全线总体工期目标。

一是明确目标任务。中线建管局按照总体建设目标要求，制定总体进度计划，并及时组织分级制定年度建设计划，明确各关键节点控制性目标和主要形象进度以及分月目标要求。同时，针对改性土换填、渠道衬砌等关键施工项目进一步细化明确进度目标，指导工程建设。

二是加强进度检查和信息报送。为加强对进度计划执行情况的掌握，定期或不定期组织分级检查及巡查，并加强高填方施工、改性土换填、渠道衬砌等重点项目的跟踪监控。通过建立日报、旬报、月报等信息网络，将工程建设进度情况逐级向上反馈，适时进行进度纠偏及计划调整。

三是充分依靠各级进度协调会商。为推动工程建设进展，建立分片月生产例会和局月进度专题会制度，跟踪检查工程进度计划执行情况，协调解决工程建设中发现的问题。同时，充分依靠国务院南水北调工程建设委员会办公室（以下简称“国务院南水北调办”）建立的月（双周）主任专题办公会、季度协调会制度和省、部级联席会制度，推动重、难点问题的解决。

四是实施督导和督办。国务院南水北调办建立办领导督导机制，采用巡查、飞检等方式，展开现场督导，协调解决影响工程建设和影响通水的重大问题。中线建管局领导实施分片包干制度，关键时期局领导常驻现场督导协调，确保关键节点目标的实现。同时，针对影响进度的关键事项，采用国务院南水北调办督导、中线建管局督办制度，明确各层级责任人和时限目标，定期考核、督办、奖惩，推动问题解决。

五是加强风险预警。为严防意外，确保各项工作节点目标实现，制定了风险预警和责任追究制度，严格控制风险，加强风险预警，规避风险发生。全面排查控制工期的进度风险点，明确节点目标，并深入现场检查督促，尽早发现并解决问题，力争将风险化解在萌芽状态，确保不影响总体工期目标。

六是建立激励约束机制。在开展全线工程建设劳动竞赛的同时，针对改性土换填量大渠段、跨渠桥梁、铁路交叉工程等重点、难点项目开展专项劳动竞赛，充分调动参建单位和施工人员的积极性。对进度目标考核不合格和管理落后的项目，实行约谈和通报制度，约谈参建单位主要负责人，与被约谈单位签订承诺书，明确目标任务和责任。另外，对落后标段实施重点监控管理，定期通报和帮扶，严格执行奖惩措施，扭转了进度落后局面。

3.2 工程质量管理

南水北调中线干线工程质量管理实行项目法人负责、建设管理单位现场管理、监理单位控制、设计和施工单位保证与政府监督相结合的质量管理体系，在依据有关法律法规建立健全常规质量管理体系的同时，采取有力措施全面加强质量管理，实现了工程质量管理目标。

一是建立并完善“三级监控”体系，上下联动整合加力。依照国务院南水北调办的质量管理思路，在坚持常规质量管理做法的基础上，提出了中线建管局、建管单位和现场建管机构“三级监控”思路，明确了各级职责和重点工作任务、方法、机制、措施等，形成了分级负责、责任明确、措施有力、机制创新、上下联动的质量安全监控体系，有效整合了项目法人和建管单位层面的监控力量，理顺了工作关系。

二是组建三支监控队伍，强化项目法人监控力。在工程建设常规期，中线建管局每年开展多次质量大检查，及时发现现场有关问题。在工程建设高峰期，为适应新的质量管理要求，组建了关键工序考核队、质量巡查队、质量检测与技术咨询队三支局属质量监控队伍，作为项目法人质量监控的主要抓手，从原材料及中间产品质量、工序施工质量、质量管理行为、工程实体质量等方面全面加强项目法人监控力度。

三是按月会商，创新质量安全监管工作机制。按月召开质量安全月例会，一月一回头、一月一总结。同时通过月例会一方面对接上级主管部门质量管理工作，另一方面通过与建管单位面对面沟通，更加准确快速地传达上级精神、安排部署重要工作，确保指令传递不衰减，落实执行不走样。

四是深入施工过程，高频检查。关键工序考核队、质量巡查队、质量检测与技术咨询队等三支队伍结合工程建设进展有计划、有侧重地开展考核、巡查和检测工作。检查发现问题后现场第一时间告知参建单位，并跟踪督促整改。

五是差别管理，狠抓要害、要点。组织参建单位对工程关键部位、关键环节、关键工序进行梳理，对于质量监控关键点，派人逐一明确责任人，强化施工过程质量监控，各级质量检查队伍重点检查。

六是责任追究，信用评价，落实高压严格责任。按照国务院南水北调办的总体要求，全面贯彻质量问题责任追究办法和信用管理办法，严格责任追究，加大质量问题查办力度，切实提高各参建单位的质量责任意识。

七是培训服务，巡回指导，提高一线人员业务能力。针对现场大批新上岗的建管人员和流动性大、业务能力不足的监理工程师、施工技术人员，在充分调研的基础上，组织编制了一批施工技术标准和作业指导，按照施工的不同时段和施工重点，沿线巡回现场指导和培训，总计培训各类人员超过上万人次。

八是专人负责，确保质量信息畅通。鉴于工程建设高峰期、关键期建设信息量庞大、统计报送难度大、质量要求高等特点，组织对质量安全信息统计报送工作进行了专项研究，实行专人负责、固定格式、定期“零”报告制度，有效保障了质量安全信息统计报送的及时性、准确性和规范性。

4 主要技术问题研究

4.1 膨胀土（岩）处理关键技术研究

膨胀土（岩）的工程问题是岩土工程和工程地质领域中世界级技术难题之一，南水北调中线工程总干渠明渠渠段涉及膨胀土（岩）地层累计长度约360余km。膨胀土（岩）具有多裂隙性、超固结性、强胀缩性和浸水强度衰减等显著特点，因其特殊的工程特性，极易造成渠坡失稳，对工程的安全运行影响很大，而且其处理难度、处理的工程量和投资也较大，因此，膨胀土（岩）的处理是南水北调中线工程的主要技术问题之一。国家“十一五”科技支撑计划课题“膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究”结合南水北调中线总干渠工程建设需要，首次对膨胀土地段渠道破坏机理和渠道处理关键技术进行了系统而深入的研究，通过广泛调研、地质勘察、室内基本特性试验、模型试验以及数值分析工作，系统研究了膨胀土（岩）的分层、分带特性以及地下水赋存特性，提出了膨胀土（岩）渠坡破坏模式、机理和稳定分析方法，还在南水北调中线一期工程总干渠渠线上选择膨胀土（岩）代表性渠段——南阳膨胀土试验段和新乡潞王坟膨胀岩试验段开展了大型现场试验研究，验证和比较了优选的若干膨胀土（岩）渠坡处理方案的合理性和可行性，并提出具体的优选处理方案。在中线工程膨胀土渠道设计与施工中，仍有一些问题需在“十一五”课题研究成果基础上作进一步研究，处理方案设计及施工技术还有待进一步优化完善。“十二五”国家科技支撑计划项目“南水北调中线工程膨胀土和高填方渠道建设关键技术研究与示范”研究提出了膨胀土开挖边坡稳定性判定标准，为渠道处理设计方案优化完善提供了基础；通过深入研究强膨胀土渠道变形破坏机理提出了加大换填厚度、抗滑桩支挡、快速封闭回填等渠坡处理技术；研究了深挖方膨胀土渠道破坏机理并针对其破坏特点提出了分散型预支护抗滑处理技术；提出了既满足膨胀土处理要求、又满足地下水处理要求的膨胀土防渗排水工程设计与施工方案；通过开展水泥改性土有关机理、改性指标和改性效果等试验研究，提出了水泥改性土现场检测标准、水泥改性土碾压填筑技术要求。相关课题成果不仅为南水北调中线总干渠膨胀土（岩）渠坡处理推荐安全可靠、经济合理的处理措施和方案，还为编制膨胀土（岩）渠坡处理的设计、施工技术要求提供依据，为膨胀土渠道大规模施工积累经验，同时对膨胀土（岩）处理技术的发展和相关理论水平的提高起到了重要推动作用。

为满足总干渠膨胀岩土渠段大面积施工的要求，根据南阳膨胀土和潞王坟膨胀岩试验段现场试验研究成果，结合现行规程、规范和相关技术规定，并参考相关课题研究成果，研究编制了《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求》《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法》《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工监理实施细则》《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩处理施工技术要求》，以及《南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定》，并印发全线涉及膨胀土（岩）渠段处理的设计、施工、监理、建管等单位，为总干渠膨胀岩土渠道工程建设提供了技术保障。

4.2 高地下水位渠段渠道结构优化设计研究

中线总干渠沿线穿越高地下水渠段（即地下水高于渠底高程）约有470km，其中地下水位高于设计水位的渠段约160km。高地下水位影响是总干渠设计面临的重要技术问题之一。由于地下水位对渠道的边坡、衬砌和排水结构设计影响较大，如何把握高地下水位渠段的设计原则、标准和措施，对工程安全、工程量和投资都有很大影响，措施不当会给渠道安全带来隐患或造成投资浪费。通过开展高地下水位渠段渠道结构优化设计研究，收集高地下水位渠段工程地质资料和地下水位分布情况，分析地下水位选取的合理性；收集国内高地下水位渠道工程实例和相关规范资料，分析高地下水对渠道的破坏类型和一般对策措施；收集中线沿线各设计单位初步设计阶段高下水位渠段排水设计成果，包括设计原则、排水措施、衬砌结构设计等，结合南水北调工程的实际情况和国内外工程实例，提出了高地下水位条件下工程处理的设计标准、设计原则和安全控制措施，为总干渠技施设计提供技术依据，并对总干渠高地下水位渠段的工程处理措施提出了优化建议。

4.3 总干渠穿越煤矿采空区问题研究

南水北调中线一期总干渠工程涉及河南禹州、焦作及河北邯郸等大型煤矿采空区，仅河南、河北两省就涉及10多座煤矿。这些地段新老采空区交替并存，地质条件复杂，不确定因素较多，类似工程技术研究成果少，缺乏成熟的技术处理手段和相关经验，工程建设具有挑战性。中线干线工程在禹州新峰山段穿煤矿采空区最为典型和复杂，总干渠穿新峰矿务局二矿采空区、禹州市梁北镇郭村煤矿采空区、梁北镇工贸公司煤矿采空区、梁北镇福利煤矿采空区4个采空区，累计长度3.11km，为保证总干渠安全运行，需对采空区地基进行必要处理。禹州煤矿采空区地质情况极为复杂，采空区处理长度长、范围广，工程难度大，为了准确评价总干渠沿线下伏采空区的稳定性，判断采空区对总干渠渠道及建筑物的影响，在选定的线路通过采空区的渠段布设高精度变形观测网，对穿越采空区渠段进行了连续变形监测。采空区地基处理方案有井下和地面两种充填措施，在禹州采空区设计及处理过程中，进行了现场试验和室内试验等相关方面的研究，结合禹州矿区的实际情况设计采用注浆法对采空区进行加固处理，取得了良好的效果。鉴于国内外也没有水利行业相关规范规程作为确定禹州煤矿采空区注浆处理验收标准的依据，结合禹州采空区变形监测及灌浆处理试验研究成果，并参考其他行业的研究资料，研究编制了《南水北调中线一期工程总干渠禹州长葛段煤矿采空区注浆处理验收标准》。

4.4 总干渠填方渠段沉降问题研究

南水北调中线干线一期工程总干渠主要由全填、半挖半填和全挖土质渠道组成，由于总干渠有众多的跨渠和穿渠建筑物，同时在工程施工阶段划分了较多的施工段，为了满足跨渠道路通行、附近村镇临时跨渠排水、施工临时排水、施工道路通行等的要求，在渠道填筑施工时预留了较多填方缺口，原要求填方沉降期为6个月且经过一个雨季。为确保中线工程总干渠顺利实现总体建设目标和通水目标，保证缺口处填筑质量及衬砌质量，进一步规范总干渠填方渠道缺口沉降期的要求，明确缩短沉降期所采取的工程措施及相关要求，组织开展了填方渠道填筑施工与沉降期相关技术问题研究，提出可有效缩短沉降期的工程措施，结合项目研究成果编制并印发了《南水北调中线一期工程总干渠填方渠道缺口填筑施工技术规定》。

4.5 穿黄南岸渠道高边坡渗控措施及边坡稳定性研究

南水北调中线穿黄工程南岸渠道为深挖方土质边坡，土体为黄土状粉质壤土（渗透系数较小），渠道边坡最大坡高超过50m。地下水位较高，大部分高出渠底近30m左右。在中线穿黄南岸渠道的施工期，因边坡黄土渗透系数较小，由施工需要的深井降水和开挖形成的临空面降水，在较长的时间之后，才能将边坡土体的含水率降至“疏干”状态并使得土体固结。土体在较长的时间内处于含水率不断变化的非饱和状态，而不同饱和度下土体的抗剪强度指标变化也较大，对边坡的稳定性影响也较大，需要分析不同施工方案所采取的降排水措施的边坡渗流状况，及边坡土体不同含水率（饱和度）的抗剪强度指标，进一步分析边坡稳定性，为确定合理的施工开挖和降排水措施提供依据。在施工完建期和运行期，在施工期降水井停止运行之后，边坡土体的含水率可能随着地下水和降雨的补给而增加，需要对运行期不同工况和不同降排水方案进行渗流分析，依据渗流分析的成果，进行边坡稳定分析，据此提出运行期降水方案和支护措施建议。项目在前期工作的基础上，主要分析了前期各设计阶段的试验成果，开展了南岸边坡土体的物理力学参数和渗流参数的现场和室内试验，对土层的渗透参数进行了反演分析，开展了不同施工运行工况、不同降排水措施情况下的渗流计算，进行了非饱和土边坡稳定计算方法和边坡稳定的可靠度的计算方法的研究，开发了相应的计算程序和软件，采用非饱和土力学和可靠度理论对边坡的稳定进行了分析，最后对不同施工和运行阶段的边坡降排水方案进行了优化研究。

4.6 跨渠建筑物桩基与渠坡非协调变形影响及工程措施研究

南水北调中线总干渠跨渠桥梁约1258座，桥梁穿过渠道时多采用简支梁结构形式，支承结构处在两侧渠坡之上，荷载通过柱子传到渠坡上的桩基础上，桩基在一定的深度范围内产生桩土分离、不均匀沉降等非协调变形，可能拉裂基础与渠坡结构层的结合，影响渠坡的防渗效果。项目采用理论分析、物理模拟和数值计算相结合的手段，研究了桩基与渠坡的非协调变形机理，揭示了桩基与渠坡的非协调变形的基本特性和规律，提出了适应跨渠建筑物桩基与渠坡非协调变形的工程技术措施，推荐了桩与渠道结合部位防渗层的构造形式，并验证了其防渗效果。针对可能出现的渗漏情况，建议了相应的应急工程措施。在项目研究成果报告基础上研究编制了《总干渠跨渠建筑物桩基与渠坡的非协调变形特性对渠坡的影响及其防治措施研究成果应用指南》，并印发给设计和建管单位，保证了总干渠跨渠建筑物桩基与渠坡结合部的设计与施工质量。

4.7 邯邢渠段泥砾开挖料填筑利用试验研究

南水北调一期工程总干渠邯邢段广泛分布第四系下更新统（Q₁）及中更新统（Q₂）泥砾层，涉及渠线长度约36km，主要分布在磁县段和临城段，开挖量大，而同时又需要大量开采回填渠堤土料，两者均需占压较多的土地和农田。如使用开挖泥砾渣料回填渠堤，少占土地，既符合国家土地政策，又节约投资和工期，社会和经济效益显著，为此，中线建管局组织开展了邯邢渠段泥砾开挖料填筑利用试验研究，针对磁县段和临城段泥砾料的不同情况，选取典型地段，取样进行试验室物理力学性质试验，以及现场碾压试验、大型直剪试验、渗透及渗透变形试验、级配试验及击实试验等，并建议了泥砾料处理和使用的不同方案。总干渠邢渠段根据试验成果充分利用泥砾开挖料筑堤，保证了工程质量和进度，节省了工程投资和占地。

4.8 高填方碾压施工质量实时监控技术研究

中线工程填方渠道土石方填筑工程量巨大，工程的质量一直受到广泛的关注，一旦出现渗水等质量问题，将直接影响沿线居民的生命财产安全，有效地控制高填方碾压施工质量是确保工程安全的关键。如何对高填方碾压施工过程的质量进行精细化、全天候的实时监控，同时，如何把高填方工程建设过程中的质量监测、安全监测与地质、进度等信息，进行动态高效地集成管理和分析，以辅助工程高质量施工、安全运行与管理决策是工程建设管理需要考虑的重要问题。高填方碾压施工质量实时监控技术及工程应用项目，结合淅川段工程实际，研制开发了淅川段高填方碾压施工质量实时监控系统。系统通过在碾压机械上安装碾压机械施工信息采集仪器，对渠道填筑碾压施工过程进行实时自动监测，以达到监控渠道填筑碾压施工参数的目的。系统自启动运行以来，淅川段高填方碾压施工质量实时监控系统实现了对渠道填筑碾压施工质量进行实时监测和反馈控制，为保证渠道填筑施工过程始终处于受控状态提供了技术支持，实现了业主和监理对工程建设质量的深度参与，精细管理。通过系统的自动化监控，不仅使业主放心工程质量，而且可实现对工程建设质量控制的快速反应；同时，系统的使用有效地提升了工程建设的管理水平，实现工程建设的创新化管理，为打造优质精品工程提供强有力的技术保障。

4.9 高填方渠段洪水影响评价

南水北调中线1432km长的总干渠中，填方高度大于等于6m的渠段超过137.1km，全填方渠段长约70.6km。在现代技术条件下，满足工程设计、施工质量要求，并且在正常运行管理情况下，渠道堤防溃决通常是不会发生的。但是，考虑到不良地质条件、穿堤建筑物等薄弱环节、地震影响和可能存在的施工缺陷等因素，高填方渠段堤防溃决的可能性还是存在的。由于填方渠段多分布在河床漫滩、阶地、古河道及岗垄低洼地带，部分填方渠段附近村庄及人口分布较为集中，渠道一旦失事，将造成重大生命财产损失和社会影响。南水北调中线总干渠高填方渠段洪水影响评价项目利用二维水动力学数学模型等分析工具，重点研究了南水北调工程中线总干渠高填方段发生溃决事件时的洪水淹没情况，包括洪水演进过程及淹没特征参数（洪水淹没范围、最大水深分布、洪水到达时间、洪水流速），在洪水淹没分析的基础上利用电子地图、遥感影像、社会经济统计等资料，基于地理信息系统，对洪水造成的影响进行了评价，为总干渠渠道工程设计、建设、运行和应急管理提供了依据及支持。

4.10 混凝土衬砌裂缝预防控制研究

南水北调中线一期工程总干渠除北京、天津段外，以明渠输水为主，渠道一般采用素混凝土衬砌，属于大面积薄板素混凝土结构，混凝土浇筑在野外露天采用机械化施工，施工环境及地质条件复杂、多变，衬砌混凝土在硬化过程及后期使用中受混凝土特性、切缝时机、养护方法、地基变形以至天气变化等多方面因素的影响，易产生裂缝，为指导大规模衬砌混凝土施工，减少新施工混凝土衬砌板裂缝的发生，对建设期间出现的裂缝提出合适的修补措施，组织开展了渠道混凝土衬砌裂缝预防措施研究，通过收集京石段等已施工渠段及其它典型输水工程的混凝土衬砌发生裂缝的相关资料，分析总结渠道混凝土衬砌裂缝成因，利用室内和现场试验及数值仿真计算，研究了减少产生衬砌裂缝的预防措施及修补技术，并根据项目研究成果研究编制并印发了《南水北调中线干线工程渠道混凝土衬砌施工防裂技术规定》。

4.11 中线工程输水能力与冰害防治技术研究

南水北调中线一期工程采用以明渠为主、局部管涵的方案，单线基本自流向北京、天津、河北、河南供水，总水头差不足100m。为确保中线工程输水稳定性和可靠性，急需对总干渠系统输水过程稳定性和可靠性、总干渠（含建筑物）水面线和超高问题，各控制闸工作时的相互影响，闸前常水位输水模式的实现方式，以及冬季冰期的输水能力和冰害防治等问题开展深入研究。国家“十一五”科技支撑计划课题“中线工程输水能力与冰害防治技术研究”采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的手段深入分析了中线工程的水力特性、运行控制模式和控制算法、冰期输水能力、冰期输水模式及冰害防治技术等关键技术难题。课题利用面向对象和模块化建模思想实现了复杂输水系统的自适应建模，开发了中线工程输水模拟平台；提出闸前常水位和闸前变水位分布式集中控制模式和控制算法，开发了长距离输水渠道控制模型；提出了大型渠道超高设计方法；利用神经网络理论开发了气温稳定转负日期预报模型；开发了中线工程冰期输水模型，研究了中线工程冰期输水能力，提出中线工程冰期运行控制方式和控制算法；采用真冰试验研究了冰盖力学特性，分析了拦冰索的拦冰性能，优化了拦冰索结构型式。

5 结语

南水北调中线干线总干渠明渠渠道总长1100多km²，总干渠渠道线路长、沿线水文地质条件复杂，深挖方、高填方、膨胀土（岩）、高地下水、湿陷性黄土、煤矿采空区等重点、难点建设渠段多，渠道工程建设管理面临诸多挑战，经10余年工程建设，2013年中线主体工程得以完工，2014年12月通水。中线工程在渠道设计、施工和建设管理等方面积累大量技术管理经验和丰富的技术创新成果，通过全线推广应用，保证了中线通水目标，同时，有力促进了国内大型调水工程设计、施工和建设管理技术水平的提高。

参考文献

［1］ 长江勘测规划设计研究院.南水北调中线一期工程可行性研究总报告［R］.武汉：长江勘测设计研究院，2007.

［2］ 长江勘测规划设计研究院.南水北调中线一期工程总干渠充水试验专题设计报告［R］.武汉：长江勘测设计研究院，2014.

［3］ 南水北调中线干线工程建设管理局.南水北调中线一期工程总干渠初步设计明渠土建工程设计技术规定［S］.北京：南水北调中线干线工程建设管理局，2007.