科学研究
南水北调中线干线大型渡槽工程技术概述
温世亿
南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038
（1975-），江西南康人，高级工程师，工学博士，主要研究方向为水工结构工程、岩土工程、混凝土工程及技术管理。
姚雄，李舜才
南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038
钟慧荣
南水北调工程设计管理中心，北京 100038
南水北调中线工程是一项特大型长距离跨流域调水工程，总干渠从丹江口水库陶岔渠首引水，跨越长江流域、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），穿过大小河流705条，输水总干渠总长约1432km，渠首设计流量350m3/s，加大流量420m3/s［1］。总干渠跨越大型河流共布置输水渡槽27座。南水北调中线工程输水流量大、输水保证率要求高，使得输水渡槽具有跨度大、流量大、体型大、自重大、荷载大、结构复杂等特点，是技术最复杂、工程建设管理难度最大的项目之一。通过渡槽设计技术规定统一设计原则、科研项目攻克技术难题，创新性的采用造槽机、架槽机施工方法、严格规范施工过程中的各个细节等一系列措施，解决了南水北调中线工程渡槽设计难点多、施工难度大的问题。郑光俊、吕国梁、张传健等众多南水北调工程建设者对单个渡槽的设计、施工、技术攻关都进行了不同程度的研究和经验总结，但鲜见建管方面的论文［2-19］，故很有必要对南水北调中线干线工程大型渡槽建设管理从设计、建管、施工等方面进行系统总结。
1 渡槽分类与设计
南水北调中线总干渠布置大型输水渡槽27座（渡槽技术特征参数详见附表）。按槽身是
否档水划分，梁式渡槽18座、涵洞式渡槽9座。按上部结构型式划分，矩形渡槽24座、U型槽2座、梯形渡槽1座。按跨度划分，40m跨渡槽6座、30m跨渡槽13座、30m以下渡槽8座。
渡槽工程轴线位置的选择主要考虑以下因素：①尽量避让现有村庄和重要建筑物并与总干渠渠道平顺衔接；② 建筑物与河道交角不宜过小，避免增加建筑物长度和工程投资；③ 交叉断面处的天然河道主槽应水流集中，河势稳定；④交叉位置应方便施工导流和施工场地的布置。为检修方便和提高运行的可靠性，槽身宜选择多槽方案，对于输水流量较大且地质条件较复杂的渡槽，可采用基础与槽身多线布置方式。对束窄河道的渡槽，应拟定不同槽长方案推求有关频率洪水对应的河道洪水位，通过对当地防洪排涝的影响和工程投资对比分析论证后，确定渡槽长度。一般20年一遇洪水时，渡槽上游洪水位壅高值控制在0.3m以内，同时应满足当地河流的防洪标准。渡槽跨度应结合地质条件、水文条件、行洪要求和渡槽本身的特性及施工技术水平综合考虑，经经济技术比较后确定。在安全可靠、有利施工的前提下，结构尺寸应通过多方案比选和结构应力分析，经充分论证、优化后最终确定。方案比选侧重于不同跨度、不同结构型式的比较，梁式渡槽因受力整体性较好，受力明确，裂缝容易控制，水密性好，施工方便，造价相对较低等特点，是中线工程大型输水渡槽主要采用的一种结构型式。
南水北调中线干线主要大型渡槽如下。
1.1 湍河梁式渡槽
湍河渡槽位于河南省邓州市小王营与冀寨之间，设计流量350m3、加大流量420m3。主要建筑物包括进口明渠段113.3m、进口渐变段41m、进口闸室段26m、进口连接段20m、槽身段720m、出口连接段20m、出口闸室段15m、出口渐变段55m、出口明渠段19.70m，总长1 030m。跨径布置为18×40m，槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U型结构，槽身按双向预应力设计。3槽槽身水平布置总宽37.30m，槽身高度8.23m，两端简支，槽身下部为内半径4.50m的半圆形，半圆上部接2.73m高直立边墙。
1.2 澧河梁式渡槽
澧河渡槽位于河南省平顶山市叶县常村乡坡里与店刘之间的澧河上，设计流量320m3、加大流量380m3。主要建筑物包括退水闸段114m、进口渐变段45m、进口节制闸室26m、进口过渡段20m、槽身段540m、出口过渡段20m、出口检修闸室段15m、出口渐变段70m、出口明渠段10m，总长860m。跨径布置为30m+12×40m+30m，上部结构为预应力箱型简支梁，按双线双槽布置，槽身按三向预应力设计。渡槽单槽净宽10.0m，渡槽单槽顶部全宽11.6m，底部全宽11.7m，双线渡槽全宽顶宽26.6m，底宽26.7m。
1.3 沙河渡槽
沙河渡槽位于河南省鲁山县薛寨村北，总长为11.9381km，其中明渠长2.8881km，建筑物长9.050km。设计流量320m3、加大流量380m3。主要建筑物包括沙河梁式渡槽、沙河-大郎河箱基渡槽、大郎河梁式渡槽、大郎河-鲁山坡箱基渡槽、鲁山坡落地槽。
1.3.1 沙河梁式渡槽
沙河梁式渡槽长1 675m，由进口渐变段50m、节制闸室段25m、闸渡连接段81m、槽身段1 410m及出口连接段109m组成。槽身纵向为简支梁型式，跨径30m，共47跨。槽身采用三向预应力钢筋U型槽结构型式，双联4槽，单槽直径8m，直段高3.4m，U槽净高7.4m，4槽各自独立，每2槽支承于一个下部槽墩上。
1.3.2 沙河-大郎河箱基渡槽
沙河-大郎河箱基渡槽长3 560m，每20m一节，共178节。槽身采用矩形双槽布置形式，槽身净宽2×12.5m，槽身侧墙净高7.8m。下部支承结构为箱形涵洞，洞身长与上部槽身对应，单联长15.4m，顺槽向每3孔一联，相应每节槽身长20m，涵洞孔宽5.5～5.8m。
1.3.3 大郎河梁式渡槽
大郎河梁式渡槽长490m，由进口连接段90m、槽身段300m及出口连接段100m组成。大郎河梁式渡槽。槽身结构型式与沙河梁式渡槽相同，共4槽，单槽直径8m，直段高3.8m，U槽净高7.8m，其余尺寸同沙河梁式渡槽；槽身纵向为简支梁型式，跨径30m，共10跨。
1.3.4 大郎河-鲁山坡箱基渡槽
大郎河-鲁山坡箱基渡槽长1 820m，箱基渡槽每20m一节，共91节。槽身采用矩形双槽布置形式，槽身净宽2×12.5m，槽身侧墙净高7.8m，槽身底板兼作涵洞顶板。下部支承结构为箱形涵洞，洞身长与上部槽身对应，单联长15.4m，顺槽向每3孔一联，相应每节槽身长20m，涵洞孔宽5.5～5.8m。
1.3.5 鲁山坡落地槽
鲁山坡落地槽全长1 530m，由进口连接段145m，落地槽槽身段长1 335m，出口渐变段50m组成。落地槽槽身为矩形断面，单槽，净宽22.2m，侧墙高8.1m。
1.4 双洎河梁式渡槽
双洎河渡槽位于新郑市西北约5 km、王刘庄村北，设计流量305m3/s，加大流量365m3/s。主要建筑物包括进口渐变段45m、进口连接段20m、进口节制闸段25m、进口闸渡连接段35m、槽身段600m、出口闸渡连接段20m、出口检修闸段15m、出口渐变段50m，总长810m。槽身跨径30m，共20跨，采用预应力混凝土矩形槽结构型式为双联布置，每联两槽，共4槽，单槽净宽7m，总净宽28m。
1.5 青兰梁式渡槽
青兰渡槽位于河北省邯郸市西南西环路与南环路连接处外侧，设计流量235m3/s，加大流量265m3/s。主要建筑物包括进口渠道连接段20m、渡槽段63m和出口渠道连接段20m，渡槽及其进出口渠道在平面上均呈斜向布置，工程轴线总长115.11m。渡槽槽身为分离式扶壁梯形渡槽，共分3跨，跨度布置为19m+25m+19m，其中平板支撑结构总长63m，宽52.5m，采用双向预应力连续梁结构，挡水结构采用普通钢筋混凝土结构，上部挡水结构与下部平板承载结构分期浇筑，槽身过水断面与两端渠道相同。挡水结构过水断面底宽22.5m，侧墙高度7.55m，渠坡坡比为1∶2.25，侧墙与底板为分离式结构。
2 建设管理
2.1 技术支撑
技术支撑包括科学研究和标准制定两个内容。
2.1.1 科学研究
为保证南水北调中线总干渠渡槽设计质量和施工质量，开展“十一五”国家科技支撑计划课题“大流量预应力渡槽设计和施工技术研究”、U型渡槽模型试验及抗裂设计研究、南水北调中线一期工程湍河渡槽1∶1仿真试验研究、大跨度薄壁U型渡槽造槽机在混凝土浇筑过程中的内外模变形问题的研究、大型预应力U型预制槽1∶1原形试验和预应力张拉试验研究项目。通过科学研究项目为南水北调中线大型渡槽的设计和施工提供了科技支撑，解决了渡槽设计和施工中遭遇的一系列难题。
2.1.2 标准制定
（1）梁式渡槽设计技术规定。总干渠梁式渡槽是指在校核洪水位情况下，渡槽梁底与校核洪水位的高差能满足相应的净空要求，槽身不作挡水的结构物。为统一南水北调中线一期工程输水总干渠梁式渡槽的设计标准和技术要求，做到安全适用、技术先进、经济合理、运行方便，结合南水北调中线一期工程设计工作的特点，组织制定了《南水北调中线一期工程总干渠初步设计梁式渡槽土建工程设计技术规定》，主要内容包括：设计标准，对设计基本资料的要求，以及渡槽总布置、水力设计与河床冲刷防护设计、渡槽上部与下部结构设计、进出口渐变段、连接段和进出口控制建筑物设计等。
（2）涵洞式渡槽设计技术规定。涵洞式渡槽是指当总干渠渠底低于交叉河流的设计或校核洪水位时，总干渠用渡槽方式过河，渡槽槽身挡水，槽下为河流过水涵洞的结构型式。为统一南水北调中线一期工程输水总干渠涵洞式渡槽的设计标准和技术要求，做到安全适用、技术先进、经济合理、运用方便，结合南水北调中线一期工程设计工作的特点，制定了《南水北调中线一期工程总干渠初步设计涵洞式渡槽土建工程设计技术规定》，主要内容包括：设计标准、对设计基本资料的要求，以及工程布置、水力设计、河床冲刷防护设计、槽身结构设计、下部结构设计、进出口渐变段、连接段，以及进出口控制建筑物设计等。
（3）预应力设计、施工和管理技术指南。为规范预应力设计、施工和管理工作，提高施工质量，确保预应力结构安全，组织编制了《南水北调中线干线工程预应力设计、施工和管理技术指南》，包括预应力控制值设计、预应力筋设计、预应力张拉程序设计、施工期应力验算、预应力监测设计等施工期预应力设计内容，材料与设备、预应力筋制作、预应力筋安装、预应力筋张拉、灌浆与封锚等预应力施工要求，试验、监测和验收要求，建管和监理管理重点。
2.2 质量管理
为确保工程质量，在国务院南水北调办质量飞检、站点监督、专项稽查及有奖举报“三查一举”的质量监管模式下，中线建管局成立了质量巡查队，工序考核队，质量检测与咨询队三支专业队伍，建立质量月例会制度、质量关键点派驻制度。通过建立质量管理体制，完善质量管理体系，对工作人员进行理论培训，加强现场技术交底，制定详细的质量保证措施，落实责任人，强化现场的质量安全责任，严把原材料进场关及工序质量检验关，严格混凝土浇筑前的验收工作、严格开仓检查制度、加强现场盯仓等一系列质量管理措施，对南水北调工程参建单位质量管理行为有效规范，确保工程质量总体受控。
2.3 进度管理
为保证渡槽施工进度，中线建管局在施工合同的基础上，通过制定进度管理办法、进度奖惩办法，要求施工单位尽快按投标承诺的技术力量、物资和设备到位，细化施工方案、强化施工组织，完善施工工艺、注重工序衔接、提高施工效率，严格执行进度计划、紧盯节点目标、开展劳动竞赛，要求参建单位负责人常驻工地，建立进度分析预警制度和生产例会制度，及时协调解决重大技术问题、征迁遗留问题和民扰问题等制约或影响进度的问题，狠抓工程质量，定期组织进度考核检查，强力推进工程建设，确保渡槽施工满足南水北调中线工程建设目标要求。
2.4 投资控制
从开工建设开始，严格投资控制，中线建管局通过建立各种合同管理制度，开展合同培训及合同专项整治活动，规范各方合同管理，准确计量工程量，及时结算工程进度款，严肃变更索赔处理程序等合同管理措施、保证工程资金安全。投资控制效果明显，未出现合同违规问题，未发生合同纠纷。
3 渡槽施工
南水北调中线工程渡槽施工全线的控制性项目，其中沙河渡槽、湍河渡槽的施工极具挑战性，分别采用了架槽机和造槽机施工，其它渡槽多采用满堂支架现浇施工。
3.1 造槽机（也称移动模架）施工
施工方案：造槽机施工源自于桥梁工程施工方法中的造桥机施工，其原理是利用槽墩安装主支腿（各主支腿支在墩顶上，要求对槽墩无偏心），主梁系统由主支腿支撑，在主梁系统上安装外模及模架，架构一个可以纵向移动的渡槽制造平台，混凝土浇筑后、脱模时底模先下落，再横向分离移动模架，使其能够通过槽墩，纵向前移过孔到达下一孔渡槽施工槽位，横向合拢移动模架再次形成施工平台，继续渡槽施工，循环作业至渡槽施工完成。
主要施工程序（每槽混凝土分两次浇筑）：造槽机系统就位→线形调整→第一次钢筋绑扎与安装→架立预应力钢筋波纹管→渡槽混凝土第一次浇注→养护→第二次钢筋绑扎与安装→内模支立、安装顶拉杆→渡槽混凝土第二次浇注→养护→脱离内模和侧模→预应力钢筋张拉→脱离底模→造槽机系统过孔→下一孔作业循环。
施工周期：造槽机系统移动一次可以施工一孔渡槽，每孔渡槽施工需要30d。
施工优点：造槽机施工的作业面基本集中在渡槽墩台的顶部，对地基等要求不高，可适应河流、软土地基等复杂环境条件下的渡槽施工；造槽机结构合理，受力明确，安全可靠，浇筑的渡槽整体性能好，施工中易调整模板，有利于确保渡槽结构尺寸；采用自动化操控，无其它辅助机械，机械化程度高，施工不受天气影响；标准化作业，工序可控，施工周期快，质量好。
3.2 架槽机施工
施工方案：架槽机施工是指在预制场地整体预制渡槽，采用大型起吊及运输设备将预制好的渡槽运送至施工槽位进行安装。渡槽槽身在预制场内的预制台座上集中预制，台座采用钢筋混凝土结构，以承担预应力张拉后的槽身重量。槽身运输一般采用接力式，即预制好的槽身由生产区（预制场内）的龙门吊运送到渡槽槽墩附近，平行于渡槽轴线，然后由安装区的龙门吊将槽身横移至设计位置安装。槽身预制模板要求较高，一般由专业厂家加工生产，模板有外模和内模组成。混凝土养护采用蒸汽养护，以缩短工期，减少台座和模板数量，蒸汽养护在养护棚内进行。
主要施工程序：渡槽下部结构施工→地基处理→制槽、存槽台座施工→提槽机安装→吊装已绑扎好的整体式钢筋入胎膜→浇筑槽身→养护渡槽→预应力钢筋张拉→吊至存槽台座→提槽机架设1～2号两跨渡槽→安装架槽机和运槽台车→依次架设第3跨及以后渡槽。
施工周期：每月基本可预制10榀槽身，架设13榀槽身。
施工优点：渡槽槽身在预制场地采用生产效率高、质量有保证，架槽机架设槽片速度快、工期有保证，对于大型渡槽的施工可节省投资。
3.3 满堂式脚手架现浇施工
施工方案：主要是采用扣件式钢脚手架（或采取碗扣式脚手架）作为渡槽的现浇支架，支架上设置模板，混凝土用输送泵输送或吊罐入仓的施工方法。混凝土浇筑分两次进行，先浇渡槽底板，再浇筑侧墙。下部底板部分必须一次浇筑完，上部侧墙可各自分开来浇，但单个墙身必须一次浇筑完成。满堂式脚手架现浇施工对场地要求较高。
主要施工程序：支架场地处理→架立支架→预压支架→立模板→钢筋绑扎、预埋管架立→混凝土浇筑→养护→边墙及顶肋钢筋绑扎→立模板→混凝土浇筑→ 养护→ 预应力钢筋张拉→拆除模板和支架。
施工周期：现浇混凝土作业基本上100d左右完成一跨渡槽，周转循环。
施工优点：施工方法传统，工艺简单成熟，应用广泛；材料周转快，重复利用率高；可分段作业，工作面多而自由，赶工灵活。
4 渡槽充水试验
为全面检验南水北调中线干线输水渡槽槽身结构安全、实体混凝土质量和槽身止水安装质量，验证设计，确保顺利实现南水北调中线工程通水目标，对所有输水渡槽（包括闸室及渐变段）组织开展了充水试验。充水试验主要开展了结构挠度、垂直位移监测、水平位移监测、开合度监测、应力应变监测、人工巡视检查等。渡槽安全监测成果分析表明所有输水渡槽槽身结构是安全的，槽身实体混凝土质量满足要求，槽身止水安装合格。
5 结语
南水北调中线工程自2003年12月30日开工建设，历经全体建设者10多年的辛勤劳动，2013年底主体工程完工。南水北调中线干线渡槽流量大、体型大、荷载大。建设过程中通过组织实施“十一五”国家科技支撑计划课题“大流量预应力渡槽设计和施工技术研究”等系列科研项目、攻克了渡槽设计和施工中的技术难题，制定设计技术规定以统一设计标准和技术要求，制定预应力设计、施工和管理技术指南、规范预应力施工，确保预应力结构安全。结合南水北调中线渡槽工程特点，创新的采用造槽机、架槽机施工方法，建立完善的质量管理体系、体制，采取了一系列进度管理措施，严格的投资控制手段，确保了渡槽工程质量、进度、投资控制满足目标要求，并通过充水试验对渡槽质量进行了全面检验，其设计、管理及施工经验可供其它大型渡槽工程建设借鉴。
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：长江勘测规划设计研究院，2008.
［2］郑光俊，吕国梁，张传健，等.南水北调中线湍河渡槽设计与施工研究［J］.人民长江，2014，45（6）：27-34.
［3］郑光俊，张传健，吕国梁，等.南水北调中线青兰高速交叉渡槽结构设计研究［J］.人民长江，2014，45（6）：38-42.
［4］李蘅，胡田清，郭鸿俊.南水北调中线湍河渡槽汛期施工水力学分析［J］.人民长江，2014，45（6）：50-59.
［5］简兴昌，梁仁强，杨谢芸.南水北调中线湍河渡槽槽身施工方案研究［J］.人民长江，2014，45（6）：92-98.
［6］张丹微，刘胜峰.矩形槽移动模架在双洎河渡槽施工中的应用［J］.水利建设与管理，2014（2）：18-21.
［7］朱清帅，马永征，王玉岭，等.浅谈湍河渡槽结构形式比选［J］.南水北调与水利科技，2014，12（2）：157-170.
［8］孟庆荣，路明旭.南水北调沙河U型渡槽混凝土浇筑施工技术研究［J］.西北水电，2013（5）：45-48.
［9］董必钦.南水北调中线工程大型渡槽重大技术装备研发应用及前景分析［J］.中国水利，2013（20）：66-68
［10］胡少伟，游日.南水北调大型渡槽结构抗震安全性研究［J］.防灾减灾工程学报，2011，31（5）：496-500.
［11］王彩玲.沙河箱基渡槽结构设计研究［J］.中国农村水利水电，2011（5）：130-132.
［12］王潘绣，赵海涛.大型U型渡槽正常运行寒潮期仿真分析［J］.水电能源科学，2010，28（7）：92-94.
［13］翟渊军，朱太山，冯光伟.南水北调中线沙河渡槽关键技术研究与应用［J］.人民长江，2013，44（16）：1-6.
［14］张玉明，张高伟，刘国龙，等.南水北调沙河渡槽预应力结构设计与配筋优化［J］.人民长江，2013，44（16）：9-11.
［15］冯光伟，贾少燕，赵廷华，等.大型薄壁预应力U型槽原型充水试验分析［J］.人民长江，2013，44（16）：36-38.
［16］程德虎，赵海涛，冯光伟，等.南水北调沙河U型槽环向预应力筋测力系统研究［J］.人民长江，2013，44（16）：55-58.
［17］胡艳军.双洎河特大型现浇混凝土渡槽施工技术［J］.森林工程，2013，29（5）：103-105.
［18］曹先振.大型预应力渡槽孔道摩阻损失测定方法及工程实践［J］.中国科技纵横，2013（7）：95-97.
［19］孟庆宇，陶李.南水北调中线干线工程某施工标渡槽灌注桩变更争议［J］.南水北调与水利科技，2014，12（01）：73-74，138.