辽宁省水利厅副厅长于本洋发言
我省正在建设的大伙房水库输水工程是一项重要的区域水资源优化配置工程，是解决辽宁中部抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦6城市及南部大连市水资源短缺问题的战略性工程，更是一项惠及千万人口的民生工程。这项工程的建设，将对辽宁老工业基地的振兴乃至全省经济社会的发展和“五点一线”沿海经济带的开发建设具有十分重要的意义。
一、工程概况及主要特点
大伙房水库输水工程包括从辽宁东部浑江向大伙房水库调水的一期工程和从大伙房水库向受水城市输水的二期工程。一期工程主体为连续长85.32公里的输水隧洞，开挖洞径8米，成洞洞径7.16米，引水口位于桓仁县凤鸣水库库区，出水口位于新宾县木奇镇境内的苏子河。隧洞开挖采用3台全断面岩石掘进机（简称TBM）掘进为主、钻爆法为辅的联合施工方案。设计引水流量70立方米每秒，多年平均调水量17.86亿立方米。二期工程是将调入大伙房水库的水通过260.8公里的隧洞和管道输送到辽宁中部抚顺、沈阳等6个城市。二期工程分两步实施，先期建设一步工程，以后根据用水增长情况，再适时建设二步工程。二期一步工程供水规模11.97亿立方米，主要项目包括取水首部、29.1公里输水隧洞及连接段、231.7公里输水管道、6座配水站、1座加压站和8座稳压塔。为解决大连市缺水问题，在二期工程鞍山加压泵站设接口，每年向大连市供水3亿立方米。
大伙房水库输水一、二期工程分别于2003年6月和2006年7月正式开工建设。截止2007年底，一期工程累计完成主洞开挖78.67公里，占主洞总长的92％，已有12处开挖面实现了高精度贯通。3台TBM中，TBM2和TBM3标段的TBM施工已经结束，设备已经拆卸。累计完成永久砼衬砌33.3公里，占需要衬砌长度的40%左右。二期工程取水首部闸门段、滤网段及收缩段主体砼浇筑完成。累计完成主洞开挖19.6公里，占主洞总长的76.8%，完成管道铺设141.7公里，占管道总长的40.2%。整个工程总投资103亿元，计划2009年下半年建成通水。
大伙房水库输水工程是辽宁省有史以来最大的水资源配置工程。该项工程的主要特点：
一是工程规模大，战线长。一期工程隧洞长达85.32公里，洞径8米，是目前世界上最长的隧洞，属超大规模隧洞工程。采用TBM施工，最大部件达40吨，运输和洞内组装、转场都是难题。二期工程PCCP管最大直径3.2米，国内具有生产能力和安装经验的企业很少。输水管线穿越铁路7处，高速公路7处，国省干道20处，河流22处，包括其他渠系、光缆、电缆、输油和给排水管道等交叉建筑物共200多项，施工难度很大。
二是技术复杂，没有可资借鉴的经验。一期工程使用3台TBM，在国内是第一次，我们从未使用过；3台TBM设计单机掘进长度接近20公里，目前世界上还没有过；TBM掘进段采用连续皮带机出渣，最长距离达到14公里，通风、供电、排水等系统运行安全问题十分突出，国内还没有TBM施工规范。TBM掘进段隧洞衬砌采用模筑砼，国内尚属首次。二期一步工程输水距离长达260.8公里，是目前国内管道输水距离最长、输水量最大、供水方式最复杂的供水工程。整个工程兼有水力工程和给排水工程的双重特点，系统运行工况和输水水动力学特性十分复杂。管道铺设、防腐等国内也没有统一的技术标准。隧洞衬砌采用后张法无粘结预应力砼技术，国内可借鉴的经验很少。
三是地质情况复杂多变。一期工程85.32公里的连续输水隧洞穿越50余座山峰、50多条河谷，最大埋深630米，最小埋深60米，穿越大小断层29条，其中较大断层5条，河谷洞段总长约10公里。围岩主要有大理岩、石英砂岩以及混合岩等，围岩稳定问题，特别是渗水、淋水、涌水及塌方问题十分突出。二期工程25.5公里隧洞埋深浅，岩石破碎，40%为比较破碎的Ⅳ—Ⅴ类围岩，多为水田地段，上层滞水丰富，地下水位高，地质和水文条件复杂多变。管线段穿越高速公路、铁路、河流、地下光缆、管线等交叉建筑物200多项。整个工程线路长近500公里，不仅建设期管理难度大，将来建成后的管理工作也十分复杂。
大伙房水库输水工程的这些特点，是普通水利工程建设无法比拟的，如何化解和攻克技术上的难题及施工中的风险，以确保工程建设顺利实施，我厅自工程筹建开始，就把科技工作摆在头等位置，成立了技术委员会，制订了工程创优规划，把科研攻关和技术支撑贯穿到工程建设全过程。
二、科技工作开展情况
面对大伙房水库输水工程在辽宁经济社会发展中的重要作用及工程建设的技术复杂性，我们确立了建设国家级优质工程、环保工程、良性运行工程的三大目标，力争做到规划合理、设计科学、管理现代、高标准、高质量。为了实现三大建设目标，并确保工程安全顺利实施，我们始终坚持以科技为先导，抓住关键技术问题开展科学研究和设计优化，先后确定了20余项科研攻关课题，累计投入科研经费2300万元。通过努力，取得了一系列突破性的成果，不但化解了工程建设中的诸多难题和风险，而且提高了工程的科技含量，并在TBM应用等方面取得了创新和突破。我们的主要做法有以下几点。
1、采取走出去、请进来的办法，深入咨询研讨，寻求最佳解决方案。大伙房水库输水工程不同于通常的水利工程，其超大规模的特点及技术上的复杂性，决定了工程建设中将会出现许多隧洞和管道施工行业前所未有的问题。为了避免决策失误，在一、二期工程前期工作阶段，我们安排工程技术人员多人次赴国内外同类工程工地考察学习。同时，召开 TBM技术研讨会、水力过渡过程咨询会等，邀请国内一流专家进行咨询。水利部科技委先后两次组织专家组到该工程现场进行专题调研，我们把这作为向专家咨询的良好机会，把工程建设中遇到的一些难题向专家组汇报，专家组对此提出了非常好的咨询意见和工作建议，对工程的顺利进行起到了重要的促进作用。通过走出去、请进来，使我们受益匪浅，先后对工程主要方案进行了优化：一期工程先后将原设计的16条施工支洞优化为14条；将TBM结构形式由双护盾改为开敞式；将原设计的管片衬砌结构改为模筑砼和喷锚衬砌结构；将施工工序复杂的仰拱改为简单的轨枕结构。二期工程增设了取水首部旋转滤网；隧洞出口增设一座双向稳压塔；管线由同槽埋设变更为分槽埋设；结合施工道路规划，增设一条永久巡线检修道路。实践证明，这些优化设计不但增强了工程建设的安全性，节省了工程投资，而且有利于工程质量控制，加快了施工进度。
为提高TBM的操作和管理水平，促进TBM稳定掘进，我们聘请了美国专家麦克?高林作为独立技术顾问，现场检查指导TBM运行。并组织有关人员两次参加世界隧洞大会，学习和了解隧洞施工新技术，并在大会上交流。自开工以来，3台TBM月平均掘进进尺达到496米。TBM3还创造了日进尺63.5米、月进尺1111米的全国最高记录。
2、广泛开展技术合作，系统解决关键技术问题。为解决一期工程主要施工难题，我们与中铁西南院合作，进行了“TBM突破不良地质地段的地质超前预报及施工预案研究”，“全环内通式衬砌台车与TBM联合作业的优化与研究”，“高性能喷射混凝土和单层衬砌技术的试验研究”，“特长隧洞突发性地质灾害的安全施工技术研究”，“特长水工隧洞TBM施工监测技术研究”，“TBM施工出渣通风供电等技术的研究与应用”6项关键技术研究。针对水力过渡过程和输水水动力学研究是二期工程的技术核心、难点和重点，事关整个系统的运行安全，与河海大学、大连理工大学、北京航天航空大学3所高校合作进行分析计算。在此基础上，又组织了3次大型技术研讨会，对水力过渡过程计算的边界条件和成果进行了充分的论证。经过联合攻关，全面完成了全系统水力过渡过程计算，有效地配置了整个输配水体系，为水力控制设备选型、招投标和仿真系统建设、运行调度等奠定了科学基础。鉴于无粘结预应力混凝土环锚衬砌技术在国内应用较少，与华北水电学院联合进行课题研究，通过试验，观测收集孔道摩擦系数、偏转器摩擦系数、钢绞线和混凝土应力应变等数据，优化了设计和施工方案。与沈阳化工学院联合进行新型中埋式橡胶止水带研发，替代原设计采用的常规橡胶止水带和紫铜止水带联合止水方案。经检测，新型止水带的使用寿命、止水效果、综合造价、便于施工等主要性能指标超过国家相关规范标准，现已在工程中应用。
3、积极进行科研试验和实践，满足工程建设需要。为确保一期工程85.32公里输水隧洞15个贯通面实现高精度贯通，开展了“超长隧洞贯通精度控制”课题的研究和实践。在设计单位完成地面施工控制网布设的基础上，委托国家基础地理信息中心和武汉测绘科技大学进行了两次复测，确保主支洞开挖的测点布置和引设位置准确。施工中坚持“施工单位实施、监理单位校验、建设单位复核”的三级测量控制管理体系，并把人工测量与TBM激光导向系统相结合。目前，已有12处实现高精度贯通。针对地质条件复杂的实际情况，为保证人员和设备安全，认真开展了地质超前预报的研究和实践。广泛采用国内外最先进的超前预报手段，将TSP—203用于TBM段的地质超前预报，综合运用HSP水平声波剖面法、CSAMT可控源音频大地电磁法、TEM瞬变电磁法、BEAM隧洞掘进电法超前监视等先进探测仪器和手段，有效地预防和减少了突发性地质灾害。为提高混凝土衬砌的内在质量和外观效果，进行了改变混凝土配比的试验，在混凝土拌合物中掺加CSA抗裂防水剂及粉煤灰。经过实践，混凝土自身抗裂、防水性能显著增强，边顶拱基本无裂缝及滴、渗水现象，永久衬砌质量得到进一步提高。
二期工程围绕管线安全积极开展科研试验工作。排气阀是长距离输水管道安全运行重要控制设备之一，国内外排气阀的工作原理不尽相同，技术参数差别较大。为保证本工程的安全运行，根据工程运行工况，自行设计出排气阀功能测试试验台，对水气相间、进气、排气、起球压力等参数进行分析测试，为科学合理地布设排气阀及其功能进行组合和改进提供依据。鉴于目前国内外对PCCP防腐蚀及阴极保护争论较多，在每个标段做1公里长的阴极保护试验段，通过现场测试和分析，对本工程环境下PCCP管外防腐和阴极保护的必要性进行界定，指导全线PCCP管段阴极保护的施工和参数调整。此外还开展了无粘结预应力混凝土衬砌技术和预应力暗涵技术、取水头部高边坡稳定、超前地质预报技术、安全监测及自动化系统、软土地基的PCCP管道沉降及回填等方面课题的试验与研究。
4、坚持科技创新，努力提高工程建设的科技水平。为了鼓励参建各方重视和加强科技工作，促进工程建设水平的提高，我们向所有参建单位提出了争创国家级优秀设计金奖、国家优质工程金质奖和国家科技进步一等奖的目标，组织编制了创优规划和实施纲要。成立了以水利厅厅长为组长的“争创国家科技进步奖指导小组”，根据国家科技进步奖评选条件和要求，将几年来工程开展的各专业课题进行整合，力争通过科技创新和工程建设实践，实现创优目标。几年来，重点围绕一期工程特长隧洞贯通精度控制，TBM洞内组装拆卸，超过10公里的连续皮带机出渣、通风，TBM应对复杂地质段的通过技术，超前地质预报的准确性，隧洞内长距离运输砼的质量控制等等，二期工程水力过渡过程和输水水动力学问题、长距离PCCP管的防腐和阴极保护、适应不同工况的空气阀性能要求、稳压塔的结构型式、浅埋有压水工隧洞后张法无粘结预应力混凝土衬砌、软土地基的PCCP管道沉降标准及回填标准、水锤防护设计和管道漏失诊断方法、预应力暗涵施工缝止水材料及水压试验等一系列技术问题进行探索和研究。同时注意做好科研成果的总结，大伙房水库输水工程许多技术指标居国内乃至国际前列，不仅有利于提高工程建设水平，营造科研攻关氛围，而且对今后国内外类似工程建设将起到借鉴和指导意义。
三、科研工作取得的主要成果
大伙房水库输水一、二工程技术十分复杂。我们始终坚持依靠科技进步，坚持科技创新，不断提高工程建设的科技含量，决心用最先进的理念打造这个世界级的工程。自工程建设以来，已陆续有多项科研成果通过省级鉴定，并在工程实施中得到应用，取得很大成效。
1、TBM应用取得重大创新和突破。2006年10月，水利部科技委对大伙房水库输水工程TBM应用情况进行了专题调研。专家认为，大伙房水库输水工程在设计优化和技术创新方面作了大量的工作,技术经济效益显著。TBM施工在国内首次采用了变频电机驱动刀盘、19"大直径滚刀、20kv电压洞内供电、TBM洞内组装和转场等技术，主要技术指标包括单机独头掘进控制长度、月平均进尺、通风设计、长距离连续皮带机出渣等方面居于全国领先水平,与国际先进水平保持同步。
2、经济和社会效益显著。一期工程初步设计中共设置弃渣场17处，弃渣总量为828万立方米，永久占地面积为2634.00亩。为减少水土流失和占用耕地，实现工程建设与环境保护同步，造福一方百姓，我们提出了《大伙房水库输水工程弃渣场生态环境保护措施及综合利用的研究与应用》课题，并在实践中积极推广应用。优化并利用弃渣做施工骨料节省永久占地1131亩，临时占地3490亩，两项合计节省投资6000多万元。经测算，整个工程完工后共利用弃渣260万余立方米，共修路近10公里，修河堤13.5公里。可为当地交通和水利部门节约修路、修河堤资金3900万元。
3、化解了施工风险。TBM具有掘进速度快、效率高的特点，但对地质条件适应性差。考虑隧洞前20公里不良地质段和六河富水地段可能导致TBM无法通过，将原设计4台TBM改为3台。2005年5月19日，7＃洞14+026掌子面出现开工以来最大规模的涌水，涌水量最高峰时达每小时2000立方米，洞室完全被水淹没。如果不是将该段由原设计的TBM施工改为钻爆法，后果不堪设想。
4、填补了国内有关技术的空白。现有国内隧洞贯通规范中，隧洞长度最长为8公里，精度满足10公分误差即可。本工程10#和11#支洞控制段贯通长度13.8公里，横向误差100毫米，纵向误差为零，竖向误差30毫米。为今后修订有关规范提供了依据。
通过《特长隧洞TSP203地质预报技术研究》课题实践，成功地将常规的TSP超前预报手段辅以HSP、BEAM等方法用于TBM地质预报，预报不良地质位置、规模的精度一般可达85%—90%以上。
为解决开敞式TBM开挖、衬砌不能同时施工的难题，经过3年努力，完成了“全环内通式衬砌台车与TBM联合作业的优化与研究”科研课题。2007年底，与TBM配套的全环内通式衬砌台车正式在TBM3标段进行试运行。该课题填补了国内TBM综合施工方法的空白,台车现已申报国家专利。
此外，我们还编制了管槽开挖、管周回填等施工技术手册，独自开发的“水利工程科技档案管理系统”获国家版权局批准的原始取得计算机软件著作权。在此基础上，已有10项科研成果获得不同层次的科技进步奖。
尽管我们围绕大伙房水库输水工程建设开展了一些科技工作，但与工程的地位与要求还有很大差距，任务十分艰巨。为此，我们将在今后工程的建设与管理中，继续坚持科技创新，加强技术支撑，不断提高工程建设与管理的科技含量，并要在质量与投资、运行与管理等方面加大研究力度，通过我们的艰苦努力，把大伙房水库输水工程建设成为一个国家级的优质工程、环保工程、良性运行工程，为辽宁的经济社会发展提供水利保障，为人民造福。
来源：中国水利网站 ２００８年４月１日
