南水北調：混凝土與水泥制品的大舞臺
近日，記者采訪了中國水泥制品工業(yè)協(xié)會顧問曹生龍等專家和領導。據他們介紹，僅南水北調東線工程第一期工程就需要混凝土及鋼筋混凝土192萬立方米，第二期工程又需要混凝土及鋼筋混凝土130萬立方米，這無疑為建材特別是混凝土和水泥制品行業(yè)提供了一個展現身手的大舞臺。把南水北調工程建設成為經得起歷史檢驗、造福子孫的世界一流工程，建設成為永載史冊的豐碑，這不僅是我國水利建設者的心愿，更是我國建材產業(yè)員工的夢想。
混凝土和水泥制品唱主角
混凝土用量巨大。南水北調工程浩大，僅從已經完成的東線、中線的工程規(guī)劃中就可以看出這項工程的規(guī)模。據有關專家介紹，按照2001年修訂的南水北調東線工程規(guī)劃：東線工程第一期工程需完成土石方開挖1．87億立方米，土方填筑0．33億立方米，混凝土及鋼筋混凝土192萬立方米，砌石262萬立方米。第二期工程需完成土石方開挖1．58億立方米，土方填筑0．46億立方米，混凝土及鋼筋混凝土130萬立方米，砌石172萬立方米。第三期工程需完成土石方開挖2．14億立方米，土方填筑0．25億立方米，混凝土及鋼筋混凝土167萬立方米，砌石211萬立方米。
1994年1月，水利部審查通過了長江水利委員會編制的《南水北調中線工程可行性研究報告》，并上報國家計委建議興建此工程。根據當時的規(guī)劃，中線工程土方開挖6億立方米，石方開挖0．6億立方米，土石方填筑2．3億立方米，混凝土1583萬立方米，襯砌水泥土718萬立方米，鋼筋鋼材70萬噸。
供應南水北調中線水源工程——丹江口水利樞紐大壩加高工程的葛洲壩水泥廠有關負責人介紹說，大壩加高14．6米，僅水泥就需要25萬噸。
據水利部南水北調工程辦公室的有關人員介紹，隨著工程的進行，這些數據還在不斷變化。
建筑新材料、新工藝廣泛應用。南水北調工程開工了，建材業(yè)展示實力的舞臺搭建起來了，新材料、新工藝有了應用的平臺，巨大的市場展現在建材企業(yè)的面前。當然，這也是對建材行業(yè)產品、技術的一次嚴峻考驗。
據曹生龍介紹，地理形勢、資金供給、施工條件等客觀因素，決定了在南水北調輸水渠道中采用不同的輸水方式，也給建材產品提供了不同的機會。但無論是河渠還是埋地管道，水泥制品都成為南水北調工程中當之無愧的主角。
曹生龍介紹，雖然南水北調工程中應用的都是混凝土管道、混凝土砌塊等看似傳統(tǒng)的水泥制品，但這些老產品已經不同以往，不僅舊貌換新顏，而且有些在技術、工藝等方面有了新的突破。
南水北調工程的輸水渠道主要有兩種，一種是河渠，一種為埋地管道。河渠主要采用普通混凝土砌塊鋪砌河床，以新型混凝土砌塊筑成堤壩。新型混凝土砌塊要求具有環(huán)保的特點，能夠利于植物生長，除了能綠化環(huán)境，還有防止水土流失的作用。河渠的工程造價比較低，但占用土地使用面積，而且對水質影響較大，蒸發(fā)滲漏的損失也比較高。
埋地管道是能夠較好地保護耕地、防止水土流失的輸水方式。相比河渠，埋地管道的造價比較高，技術也比較復雜。在我國南水北調工程中，埋地管道有兩種方式，一種是采用預應力鋼筒混凝土管道，另一種是鋼筋混凝土澆筑的箱涵。
采用PCCP管最理想
南水北調工程中首次采用了直徑4000毫米的預應力鋼筒混凝土管道(PCCP)，這也是一種水泥制品。預應力鋼筒混凝土管是一種將高強鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機結合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力學特性的高品質的輸水管材。這種管兼?zhèn)滗摴芎皖A應力混凝土管的優(yōu)點，能承受高覆土，具有接頭密封性好、耐腐蝕、使用壽命長、抗震性能好、安裝方便、運行費用低、防滲性能好等特點。
南水北調中線京石段應急供水工程(北京段)規(guī)劃采用雙排4000毫米直徑預應力鋼筒混凝土管輸水。該項目上接惠南莊泵站，下接大寧調壓池，全長約56．36千米，是南水北調中線北京段總干渠線路最長的大型輸水工程，也是國內首次大規(guī)模使用直徑4000毫米超大口徑PCCP的項目，國內沒有成功的實例可供借鑒，國際上類似直徑采用雙排，而且埋深如此大的工程也不多。加之前期工作時間短、任務重，因此，直徑4000毫米超大口徑PCCP的設計、制造和安裝等方面有許多技術問題需要研究解決，面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，引起國內外的普遍關注。為此，北京市水務局還組織考察組前往韓國UNICON工程公司荷蘭總部及利比亞“大人工河”工程項目部，就PCCP核心技術、工程實施時建廠的設計細節(jié)和PCCP生產、運輸、安裝、調試及建成后維護管理、建設管理等相關技術進行了考察。
2005年年底，北京河山引水管業(yè)有限公司與成都金煒制造有限公司、山東電力管道工程公司、新疆國統(tǒng)管道股份有限公司分別中標南水北調中線京石段應急供水工程(北京段)惠南莊一大寧段的第一、二、三標段。
據國務院南水北調辦公室建設管理司有關人員介紹，這種管長5米，重75噸，為方便運輸，保證管材供應，目前，新疆國統(tǒng)管道股份有限公司和山東電力管道工程公司已經在北京就地建廠。今年5月底，河山管業(yè)已完成管道防腐試驗工作，目前成品管日生產能力已達36~40根；山東電力管廠土建施工完成95％以上，并已完成臨時電源敷設，可以滿足試生產需要；新疆國統(tǒng)管廠技術準備工作就緒。
預應力鋼筒混凝土管道從性能及綜合成本上來講，可以說是南水北調工程最佳的輸水方式。但因為在工程規(guī)劃之初，我國直徑4000毫米預應力鋼筒混凝土管道的生產技術及生產能力等原因，限制了這種管道在南水北調工程中的大規(guī)模應用。
強度大、防滲性好的混凝土澆筑箱涵大顯身手。曹生龍介紹說，由于生產直徑4000毫米的預應力混凝土管道的生產難度大，技術要求高，我國僅有少數管道企業(yè)能夠承擔生產工作，不能滿足整個輸水工程的需要，再加之預應力鋼筒混凝土管道的設備先進，技術門檻高、生產成本高，目前還不能在整個南水北調工程中普及。所以，除河渠、預應力混凝土管道外，南水北調工程還采用了3．6米×3．6米矩形箱涵。箱涵的施工周期相比預應力鋼筒混凝土管施工周期要長，而且因為是矩形結構，相比圓柱結構的預應力混凝土管道，承壓能力弱，耗費材料也大一些。但箱涵工程造價低，不需要大量的資金投入和技術投入，有一定規(guī)模的施工企業(yè)都有能力承擔，對提高就業(yè)率也有很大的幫助。
箱涵為一般的鋼筋混凝土結構，對原材料的要求非常嚴格。曹生龍介紹說，混凝土的腐蝕主要來自于電化學腐蝕、冰凍循環(huán)、鋼筋銹蝕等，為了防腐防滲，設計、施工單位做足了功夫。在預應力鋼筒混凝土管中先是控制原材料的堿含量，接下來是采用陰極保護方案防止鋼筋銹蝕，三是涂刷環(huán)氧瀝青漆?？傊?，能想到的防滲方法他們都用上了，所以，南水北調工程中管道的使用壽命達到80年不成問題。
盾構工藝穿越黃河
盾構是南水北調工程中應用的又一項具有國際先進水平的工藝技術。曹生龍介紹，盾構技術是目前國際上發(fā)達國家較為廣泛采用的地下隧洞全機械化開挖的施工技術。我國水利工程中的隧洞工程很多，已完成的水工隧洞基本上為硬巖隧洞，而用大型盾構機在軟弱地質特別是高水壓軟弱土層中進行隧洞施工，在我國水利工程中還無先例。南水北調中線穿黃隧洞經研究擬采用盾構法施工，這將為地下工程盾構技術提供一次很好的實際應用機會，同時也是一次技術上的挑戰(zhàn)。
用盾構機進行隧洞施工具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理。
南水北調中線主體工程由水源區(qū)工程和輸水工程兩大部分組成。穿黃隧洞工程為輸水工程的一部分。穿黃隧洞規(guī)劃設計為兩條平行隧洞，內徑7米，擬采用泥水加壓式大型盾構機進行盾構法施工。穿黃隧洞為中線的關鍵工程，因此盾構機便成為工程施工的關鍵設備。
盾構機施工主要流程為先挖掘，然后把挖掘出的泥土運送出去，最后用水泥管片修筑成涵洞。盾構法施工，為水泥管片帶來了無限商機。穿黃的箱涵由6片水泥管片組成。水泥管片除了鋼筋、混凝土等原料要符合抗壓、防滲等要求外，尺寸也要非常精確。
西線、支線誰能分到一杯羹
南水北調東線、中線工程規(guī)劃已經基本完成，對于尚未開工的西線及各主干線下分到地方的支線來說，運用哪些施155藝，采用哪些材料，一切皆有可能，建材企業(yè)正力求在其中創(chuàng)造登場的機會。
有關資料顯示，目前西線工程的前期工作處于規(guī)劃階段，計劃2010年以前完成第一期工程的可行性研究、初步設計和招標文件編制，力爭2010年第一期工程開工建設。據悉，西線工程地處青藏高原，海拔3000~5000米，在此高寒地區(qū)建造200米左右的高壩和開鑿埋深數百米，長達100千米以上的長隧洞，同時這里又是我國地質構造最復雜的地區(qū)之一，地震烈度大都在6~7度，局部8~9度，工程技術復雜，施工環(huán)境困難，所以，還須加深前期工作，積極開展科學研究和技術攻關解決這些難點。當然，這些難點的解決也需要建材行業(yè)、企業(yè)的共同努力。
東線和中線工程無疑為西線工程和支線工程的開展打下了良好的基礎。正如曹生龍所說，如果直徑4000毫米的預應力鋼簡混凝土管能夠提前兩年得到認可，生產廠家能夠盡早實現生產，那么，穿越黃河及其他河道的倒虹吸也可用預應力鋼筒混凝土管道頂進工藝施工，效果也許會更好。我們相信，隨著科技進步和新技術、新材料的不斷涌現，這個工程技術更復雜，施工環(huán)境更困難的西線工程也將更加趨于完美。
而支線工程，因為輸水量小，水壓不大，除預應力鋼筒混凝土管道外，其他一些如普通預應力混凝土管道、玻璃鋼管道、塑料管道也能夠滿足施工、使用條件。據北京塑料工業(yè)協(xié)會理事長張玉川介紹，塑料管道的口徑主要在兩米以下，主干線要求的是大口徑管道，所以塑料管道沒有機會，但是在支線，特別是排污工程中，塑料管道韌性好、衛(wèi)生、可回收、施工方便等優(yōu)點就能夠得以發(fā)揮。
建材產品在西線、支線工程中依然會是主力軍。隨著主干線的順利進行，支線工程將相繼被納入日程。因一些原因不能在主干線嶄露頭角的優(yōu)秀建材企業(yè)、建材產品，將從支線中找到自己的位置。
距西線工程的開工還有幾年的時間，這對建材企業(yè)來說，又有了充分的時間用來開發(fā)新產品、新技術。至于最后誰能分到一杯羹?毫無疑問，機會屬于那些科技含量更高、應用效果更好、強度更大、施工更方便、更為環(huán)保的產品。（韓鳳鳳 徐彥泓）
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