摘要：南水北調(diào)中線工程是一項跨流域、跨城市的超大型調(diào)水工程。2002年12月，務(wù)院批復(fù)《南水北調(diào)總體規(guī)劃》，南水北調(diào)中線工程由規(guī)劃階段轉(zhuǎn)入實施階段，明確中線一期工程年均調(diào)水規(guī)模為95億m3。為確保實現(xiàn)務(wù)院提出的南水北調(diào)一期工程2010年達到京津的目標，水利部2003年南水北調(diào)前期工作會議確定了2003年中線一期工程前期工作重點和年內(nèi)開工項目，河北省石家莊市北段被列為先批開工項目之一。項目建成后，可為北京在2008年前采用其他應(yīng)急調(diào)水方式創(chuàng)造門檻。介紹了南水北調(diào)中線河北省北段的設(shè)計概況。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)工程建筑設(shè)計與布局

1前言

南水北調(diào)中線工程南起湖北丹江口水庫，北至北京頤和園團城湖。輸水總干渠全長1267公里，其中河北省境內(nèi)渠段起于河北與河南交界處的漳河，止于河北與北京交界的北拒馬河中支，渠長462.36公里，河北省北段自石家莊古運河樞紐至北拒馬河中支，途經(jīng)石家莊市保定市11個市縣。干渠長227.15公里，其中運河長200.06公里，建筑物總長度27.09公里；各類建筑314棟。

2水文氣象學(xué)

南水北調(diào)中線總干渠沿太行山東麓與京廣鐵路之間的淺丘或山前向北延伸，沿途與子牙河、大清河系的92條大小河流和26個斜水區(qū)相交。該地區(qū)地理位置為東經(jīng)114 25 ' ~ 115 47 '，北緯38 06 ' ~ 39 30 '，一般為南北向狹長地帶，西側(cè)為太行山迎風(fēng)區(qū)，東側(cè)為山前平原或斜坡區(qū)。該地區(qū)為暖溫帶半濕潤地區(qū)，受季風(fēng)控制，四季分明，冬夏較長，春秋較短。沿運河斷面同期南北差異不大，多年平均氣溫13.0 ~ 11.7。年平均降雨量468 ~ 552mm ~ 552mm不等，年平均蒸發(fā)量1512 ~ 1928mm ~ 1928mm，冬春季盛行西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，較大風(fēng)速16 ~ 18m/s，風(fēng)向為北風(fēng)或西北風(fēng)。西側(cè)太行山淺山區(qū)是華北地區(qū)暴雨多發(fā)區(qū)，特別是保定段西側(cè)大清河淺山區(qū)是暴雨中心和暴雨高值區(qū)。由于華北地區(qū)全年降雨徑流分布不均，加上水庫蓄水，穿越干渠的河流常年大部分斷流，暴雨洪水集中在汛期。大大小小的河流的洪水一條接一條地通過大運河流向平原地區(qū)。由于特殊的地形和河流發(fā)育特征，在一些運河斷面上，往往會發(fā)生主河道的游蕩和相鄰河流的洪水。

3工程地質(zhì)

干渠位于太行山東麓與華北平原的交界地帶。總的來說，輸水干渠經(jīng)過的區(qū)域地勢西高東低，南部為平緩地區(qū)，北部為丘陵地區(qū)，較高地面標高為450.0米，較低地面標高為45.0米，相對高差為400米。地表大部分被第四系覆蓋，長213.606公里，占

渠段地下水有三種類型：孔隙水、裂隙水和巖溶裂隙水。孔隙水賦存于第四系松散巖層中，大型河流河床地下水埋深一般為2-10m，一、二級階地及部分傾斜平原渠段地下水埋深在10m以下。裂隙水和深部巖石裂隙水產(chǎn)于砂巖、礫巖、深部白云巖和灰?guī)r中，一般埋藏較深，地下水位一般呈逐年下降趨勢。主要的物理地質(zhì)現(xiàn)象有沖溝、潰壩、巖石深度等。但都是小規(guī)模，對項目沒有影響。 #p#分頁標題#e#

4渠道總平面布置

南水北調(diào)中線總干渠為一級工程，干渠及其穿越建筑物主體結(jié)構(gòu)為一級建筑，二級結(jié)構(gòu)為三級建筑。河道防洪標準設(shè)計為50年一遇洪水，100年一遇洪水。流域面積大于20km2的河流穿越建筑物防洪標準按百年一遇洪水設(shè)計，每300年一遇洪水校核。流域面積小于20km2的斜坡水域和河流建筑物防洪標準按50年一遇洪水設(shè)計，100年一遇洪水校核。開始和結(jié)束時的設(shè)計流量分別為170m2/s和50m3/s。起點和終點的設(shè)計水位分別為76.407米和60.300米。渠道縱坡大多在1/25000-1/20000之間。

渠道斷面為梯形，根據(jù)地形門檻不同分為全挖、全填、半挖、半填三種施工方式，長度分別為82km、14km、102km。在整個開挖的渠段中，在與安全超高相對應(yīng)的高程處設(shè)置一條5m寬的一級馬道，每隔6m以上增加一條一級馬道，其上口外有林帶、左防洪堤和截洪排水溝。全填渠道斷面的壩頂高程和寬度的確定與全挖渠道斷面的一級馬道相同。在高填方路段，在兩個路堤的外側(cè)斜坡上，每隔6米在坡頂以下設(shè)置一條馬道，在路堤的坡腳設(shè)置截洪排水溝和林帶。半填半挖渠道與全填渠道斷面相同。

渠道設(shè)計水深為6.0-3.8m，土質(zhì)渠道斷面坡度系數(shù)為2.0-3.0，石質(zhì)渠道斷面坡度系數(shù)為0.7-1.5，底部寬度為24-7m，綜合糙率為0.015。這條運河全斷面混凝土襯砌。在強滲漏、滿填、煤礦區(qū)等特殊渠道段，在混凝土襯砌板下鋪設(shè)二布一膜復(fù)合土工膜，加強防滲。在有凍脹的渠道段，采用聚苯乙烯泡沫保溫板或替代礫石材料防止凍脹。

干渠運營養(yǎng)護公路位于一級公路或右側(cè)堤頂，按四級公路設(shè)計。瀝青混凝土路面凈寬3.5m，穿越大型河流、鐵路、隧道等建筑物時改為渠外繞行。

6管理設(shè)計

6.1監(jiān)控系統(tǒng)

>監(jiān)控系統(tǒng)包括閘門監(jiān)控、圖像監(jiān)控和管理信息3個子系統(tǒng)。閘門監(jiān)控采用分布式開放型多計算機分層樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，即設(shè)置調(diào)度叫主層、分控中心層、現(xiàn)地閘站控制層和管理處監(jiān)視層。其中調(diào)度中心層、分控中心層和現(xiàn)地閘站控制層3層參與調(diào)水控制，管理處監(jiān)視層只起監(jiān)視作用。

6．2圖像監(jiān)控系統(tǒng)

圖像監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測總干渠沿線各建筑物運行狀態(tài)，通過監(jiān)視屏幕直觀了解現(xiàn)場情況。該系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，設(shè)立圖像監(jiān)控中心和控制性建筑物圖像監(jiān)控站。

6．3管理信息系統(tǒng)

將總干渠各控制性建筑物閘站及管理站內(nèi)的閘門監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接成局域網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享、功能互補、綜合管理及優(yōu)化調(diào)度，建立管理信息系統(tǒng)。

6．4安全監(jiān)測系統(tǒng)

為監(jiān)視渠道與各主要建筑物的運行狀況或安全運行程度，并進行預(yù)報，建立總干渠安全監(jiān)測系統(tǒng)，按行政區(qū)劃分，組線分層分布式監(jiān)測結(jié)構(gòu)。監(jiān)測渠道與建筑物水位、表面變形、滲流壓力、土壓力和鋼筋應(yīng)力等與水工建筑物安全密切相關(guān)的參量。#p#分頁標題#e#

6．5通信系統(tǒng)

為滿足工程全線自動監(jiān)控、安全監(jiān)測、調(diào)度通信的要求，沿總干渠全線建立一個高速率、高質(zhì)量大容量、寬頻帶的數(shù)據(jù)及語音綜合通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)的層次劃分相結(jié)合，設(shè)有通信分中心、信息交換中心、通信用戶終端。通信系統(tǒng)共設(shè)置3層，即省通信分中心、管理處信息交換中心、閘站（泵站）及管理站的通信終端。

6.6消防設(shè)計

本著貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”和確保重點，兼顧一般的原則，對引起火災(zāi)的主要部位及電氣設(shè)備、電纜和閘門液壓設(shè)備以及生產(chǎn)控制管理中心等作為消防重點部位。

消防范圍包括建筑物中的閘門啟閉機室、水泵站和干式變壓器室（場）、柴油發(fā)電機房、高低壓配電裝置室、控制室、集控室、通信室等附屬等建筑物，以及管理分局和管理處、管理站等。對丙類電氣設(shè)備場所采用防火墻作局部分隔，設(shè)置安全出口及防火門，配備手提式滅火器等滅火器材；啟閉機室、配電裝置室、控制室、集控室等重要場所、部位設(shè)置消防報警系統(tǒng)；結(jié)合正常通風(fēng)需要設(shè)置消防排煙設(shè)施。電纜全部采用不燃電纜和阻燃電纜，并采取防火隔板、防火涂料、防火墻、防火堵料等防火措施，并配置手提滅火器等滅火器材。廠區(qū)建筑物設(shè)置生產(chǎn)、生活、消防合一的供水系統(tǒng)。

7施工組織設(shè)計

在總干渠沿線的右側(cè)分布有京廣鐵路、107道及京深高速公路等3條運輸大動脈，并形成了以石家莊、保定為中心，輻射到所轄區(qū)、縣等地方的公路交通網(wǎng)。充分利用原有公路，個別路段在原有基礎(chǔ)上加寬改造，使其達到3級道路標準。

隧洞工程、公路交叉工程、鐵路交叉工程、渠渠交叉工程、左岸排水工程、分水口門及泵站工程，一般不需要進行施工導(dǎo)流；河道倒虹吸、渠道倒虹吸、涵洞和渡槽等，均需要進行施工導(dǎo)流。導(dǎo)流建筑物級別為4級，導(dǎo)流建筑物洪水重現(xiàn)期按10-20年選用。采用枯水期為導(dǎo)流時段。施工導(dǎo)流方式采用分期圍堰束窄河床導(dǎo)流或全斷面圍堰明渠導(dǎo)流兩種方式。

總干渠的主要工程量：土石方開挖8621萬m3，土石方回填3632萬m3，石方開挖1176萬m3，混凝土澆筑370萬m3、砌石107萬m3、大型混凝土預(yù)制構(gòu)件安裝，以及機電、金屬結(jié)構(gòu)安裝等施工項目。土方開挖采用挖掘機配合自卸汽車將土運至棄土區(qū)或根據(jù)土方平衡規(guī)劃將土方運至其他填筑區(qū)；土方回填采用振動碾和打夯機輔助壓實。部分濕陷性黃土渠段采用強夯加密法進行處理。石方開挖采用潛孔鉆、手風(fēng)鉆鉆孔，梯段爆破方式開挖，周邊進行預(yù)裂爆破。隧洞開挖采用鉆爆方式，臺階法施工。混凝土澆筑采用集中拌和，3m3混凝土罐車水平運輸，混凝土泵入倉。混凝土預(yù)制構(gòu)件較大件重90t，采用160t汽車起重機吊裝就位。機電、金屬結(jié)構(gòu)安裝場地開闊，安裝方便。#p#分頁標題#e#

針對不同的自然條件和施工特點，為統(tǒng)籌安排施工布置、土石方挖填平衡、施工進度，均衡施工強度、建筑材料供應(yīng)和勞動力、施工機械設(shè)備配置等，各段采用集中與分散相結(jié)合的施工布置方式，以段內(nèi)大型建筑物為中心，設(shè)置機械修配廠、綜合加工廠、汽車保養(yǎng)站和施工倉庫、兼顧其它建筑物施工需要。

8結(jié)語

南水北調(diào)中線工程條件優(yōu)點越，輸水總干渠布置在黃淮海平原西部，地勢西南高、東北低，全線以自流輸入水為主。沿線大中城市包括北京市在內(nèi)均位于輸水總干渠東側(cè)，都可就近自流供水，并可通過天津干渠向天津自流供水，運行成本低。建設(shè)南水北調(diào)中線工程，將會給京津冀華北平原地區(qū)提供優(yōu)質(zhì)水源，有效改善供水條件，提高生活質(zhì)量，為民經(jīng)濟發(fā)展注入新的活力。并通過水資源的優(yōu)化配置，使城市和工業(yè)不再繼續(xù)擠占農(nóng)業(yè)用水，在平、豐水年可將原來擠占的農(nóng)業(yè)供水還給農(nóng)業(yè)，并可有效地控制地下水超采，改善日益惡化的生態(tài)環(huán)境。

河北省北段工程作為南水北調(diào)中線一期工程的組成部分之一，承擔(dān)著南水北調(diào)中線一期工程所承擔(dān)的基本供水任務(wù)，承擔(dān)著南水北調(diào)中線一期工程所承擔(dān)的基本供水任務(wù)，向北京市、天津市年輸水10.52億m3和8.63m3；向河北省石家莊、保定、廊坊、等城市供水。還擔(dān)負著向北京市應(yīng)急供水的特殊任務(wù)，確保北京市的城市供水安全。

5建筑物設(shè)計

總干渠共布設(shè)各類建筑物314座。其中隧洞工程7座；大型河渠交叉建筑物23座；左岸排水建筑物96座；渠渠交叉建筑物34座；路渠交叉建筑物121處，控制工程33處。

5．1隧洞

隧洞總長9597m，共7座。其中洞身段長8626m。除西市隧洞為單洞室布置外，其余均為雙洞室結(jié)構(gòu)。洞身斷面為無壓馬蹄形和無壓圓拱直墻形。單洞底寬為6.6-7.8m，洞高為6.77-8.62m。洞身段II、III類圍巖采用錨噴支護加局部減糙襯砌，IV、V類圍巖和破碎帶采用鋼筋混凝土全斷面襯砌。

5．2河渠交叉建筑物

總干渠共有河渠交叉建筑物23座，按照交叉位置的地形條件及河、渠底高程與水位關(guān)系確定交叉工程的穿越方式分為：梁（拱）式渡槽4座；涵洞式渡槽2座；渠道倒虹吸12座；暗渠2座；排洪涵洞2座；河倒虹吸1座。

（1）4座梁（拱）式渡槽總長3216m，其中槽身段長1980m。漕河渡槽采用梁、拱兩種結(jié)構(gòu)，其余均為板梁式結(jié)構(gòu)。桁架拱結(jié)構(gòu)單跨跨度為60m，板梁式20-25m。槽身采用矩形斷面多槽布置。放水河渡漕為4槽，其余均為雙槽。單槽底寬5.8-10m，墻高4.7-5.0m。渡槽下部結(jié)構(gòu)采用擴基墩臺或樁基墩臺，樁徑1.2-2.0m。

（2）2座涵洞式渡槽總長450m，其中槽身段長202m。上部槽身采用雙槽矩形斷面，尺寸分別為11.5m×4.7m和6.5m×4.6m。下部為行洪涵洞，采用多孔矩形箱涵結(jié)構(gòu)，孔徑、孔數(shù)和洞身長度分別為4.2m×4.2m×24孔×28.9m和4.4m×4.0m×18孔×16.6m。#p#分頁標題#e#

（3）12座渠道倒虹吸總長12923m，其中管身段長7274m。倒虹吸管身段采用多孔矩形箱涵結(jié)構(gòu)，界河倒虹吸為2孔兩聯(lián)，其余為3孔一聯(lián)布置。單孔寬為4.0-6.0m，高為4.1-6.6m。所有倒虹吸均采用深埋方案，管頂埋深在河道設(shè)計沖刷線以下0.5m。對一般河道，管頂行洪口門采用導(dǎo)流堤形式與河道連接；對大型寬淺河道，為適應(yīng)沿灘地段總干渠左堤橫向水流比較大、流速高的特點，該處口門采用梨形裹頭進行連接，口門另一側(cè)采用圓形裹頭形式防護和連接。

（4）2座暗渠總長785m，采用3孔一聯(lián)矩形箱涵結(jié)構(gòu)，單孔寬6.6m，高6.8m。

（5）2座排洪涵洞總長202.1m，采用6孔兩聯(lián)和9孔三聯(lián)的箱涵結(jié)構(gòu)，單孔尺寸3.9m×3.9m和3.8m×4.5m。

（6）1座河倒虹吸為箱型倒虹吸，管身段為76m，采用6孔兩聯(lián)的箱涵結(jié)構(gòu)，單孔尺寸為4.0m×4.0m。

5．3左岸排水建筑物

設(shè)置左岸排水建筑物96座，其中排水渡槽26座，上部槽身為矩形斷面，1-6孔，單孔寬3.5-13m，側(cè)墻高1.3-4.9m，單跨長度為10-26m，槽身總長30-100m。槽身結(jié)構(gòu)采用多側(cè)墻矩形槽和多縱梁矩形槽兩種形式，部分主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)采用重力墩，荷載較小者采用排架支承結(jié)構(gòu)。

排水倒虹吸及排水涵洞70座，管身為鋼筋混凝土單聯(lián)箱形結(jié)構(gòu)，孔數(shù)1-4孔，較大斷面尺寸4.6m×4.6m。管身長75-155m，每節(jié)長度10-20m。

5．4渠渠交叉建筑物

設(shè)置渠渠交叉建筑物34座，其中灌渠渡槽14座，槽身段為簡支結(jié)構(gòu)，跨數(shù)2-7跨，跨度10.5-20.6m。上部結(jié)構(gòu)采用矩形槽或U形槽兩種型式。矩形槽斷面為3.3m×2m～1.15m×0.79m，U形槽斷面為2.3m×2m～1.3m×0.9m。支承結(jié)構(gòu)采用肋拱、排架柱或重力墩結(jié)構(gòu)。排架柱高度為3.5-19.6m，重力墩高度為7.28-8.88m，邊墩采用漿砌石重力墩。肋拱結(jié)構(gòu)為單跨，跨度分別為54m、75.8m，矢高為11.25m和15.12m。基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)尺寸為5.64m×2.6m×0.5m～3.2m×2.0m×0.5m。

5．5控制工程

設(shè)置控制工程33座，其中節(jié)制閘12座，一般布置在渡槽或隧洞的進口，或倒虹吸的出口。退水閘7座，結(jié)合大型河渠交叉建筑物布置。閘室長度為11.5-17.5m，孔數(shù)為1-2孔。單孔寬度為3-7m。分水閘閘室長度為10-13m，孔數(shù)為1-2孔。單孔寬度為1.5-5.5m；分水泵站規(guī)模大于4m3/s的選用雙吸離心泵，小于2m3/s的選用潛水泵，每臺泵站的裝機臺數(shù)為3-7臺。

5．6公路、鐵路交叉建筑物

設(shè)置公路橋118座，公路橋上部梁體結(jié)構(gòu)以裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁、I型組合梁結(jié)構(gòu)為主，單橋橋長在50-150m之間，單孔跨徑分別采用20m、25m、30m、35m、40m。行車道寬以凈—7和凈—4.5為主，少數(shù)為2×凈—11.5和2×凈—9.75。橋面凈寬為4.5m的公路橋采用單柱式墩，橋面寬度較大的采用四柱式墩。柱體直徑為100-180cm。基礎(chǔ)型式采用階梯狀擴大基礎(chǔ)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)多采用一柱一樁，樁基斷面采用圓形，直徑為100-200cm。#p#分頁標題#e#

3座鐵路橋墩，橋長分別為74.2m、73.12m、98.2m，均為3孔。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。下部墩樁為鋼筋混凝土圓形橋墩，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)，兩端設(shè)置耳墻式橋臺。

5．7金屬結(jié)構(gòu)

干渠上涉及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的各類建筑物共計60座。工作閘門均采用平面鋼閘門，閘門高度大于5m的檢修閘門均采用疊梁鋼閘門，閘門高度小于5m的檢修閘門均采用平面鋼閘門或鑄鐵閘門。工作閘門啟閉機均采用液壓式啟閉機，檢修閘門啟閉機均采用移動式電動葫蘆或手、電兩用螺桿式啟閉機。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備共計門（柵）槽228孔，閘門159扇，欄污柵11扇，啟閉機142臺。閘門、埋件和啟閉設(shè)備等重約2921t，防腐面積約51200m2。

5．8檢修排水與閘水防冰凍

為避免冬季運行時結(jié)冰對鋼閘門形成危害，節(jié)制閘、退水閘、分水閘及應(yīng)急供水閘的工作閘門前均設(shè)置鋼閘門防冰凍系統(tǒng)。防冰凍措施采用壓力水射流法，即利用潛水泵產(chǎn)生由下而上的射流，使水面在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生擾動，從而防止水面結(jié)冰。

5．9供配電系統(tǒng)

工程負荷點多、線路長、要求供電可靠性高，供電系統(tǒng)利用3個35kV中心開關(guān)站，由此引出2回35kV線路向干渠的上下游兩側(cè)輻射，在干渠的負荷點設(shè)置降壓變電站供電。降壓變電站35kV采用典型的“π”型雙電源接線或“T”型接線。中心開關(guān)站供電末端的降壓變電站母線上設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)。正常運行時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于“斷開”位置，各中心開關(guān)站之間彼此先立供電；當35kV輸電線發(fā)生故障或某中心開關(guān)站失去系統(tǒng)電源時，可通過切除故障線路或故障點、閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)等一系列操作實現(xiàn)相鄰兩中心開關(guān)站之間的互為備用。35kV專網(wǎng)架空線路由中心開關(guān)站向總干渠上下游兩側(cè)輻射，沿右岸布置，位于干渠堤外2m。