摘要：南水北調中線(xiàn)工程是一項跨流域、跨城市的超大型調水工程。2002年12月，務(wù)院批復《南水北調總體規劃》，南水北調中線(xiàn)工程由規劃階段轉入實(shí)施階段，明確中線(xiàn)一期工程年均調水規模為95億m3。為確保實(shí)現務(wù)院提出的南水北調一期工程2010年達到京津的目標，水利部2003年南水北調前期工作會(huì )議確定了2003年中線(xiàn)一期工程前期工作重點(diǎn)和年內開(kāi)工項目，河北省石家莊市北段被列為先批開(kāi)工項目之一。項目建成后，可為北京在2008年前采用其他應急調水方式創(chuàng )造門(mén)檻。介紹了南水北調中線(xiàn)河北省北段的設計概況。

關(guān)鍵詞：南水北調工程建筑設計與布局

1前言

南水北調中線(xiàn)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(cháng)1267公里，其中河北省境內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(cháng)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(gè)市縣。干渠長(cháng)227.15公里，其中運河長(cháng)200.06公里，建筑物總長(cháng)度27.09公里；各類(lèi)建筑314棟。

2水文氣象學(xué)

南水北調中線(xiàn)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(gè)斜水區相交。該地區地理位置為東經(jīng)114 25 ' ~ 115 47 '，北緯38 06 ' ~ 39 30 '，一般為南北向狹長(cháng)地帶，西側為太行山迎風(fēng)區，東側為山前平原或斜坡區。該地區為暖溫帶半濕潤地區，受季風(fēng)控制，四季分明，冬夏較長(cháng)，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)。西側太行山淺山區是華北地區暴雨多發(fā)區，特別是保定段西側大清河淺山區是暴雨中心和暴雨高值區。由于華北地區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(guò)大運河流向平原地區。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(huì )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?？偟膩?lái)說(shuō)，輸水干渠經(jīng)過(guò)的區域地勢西高東低，南部為平緩地區，北部為丘陵地區，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(cháng)213.606公里，占

渠段地下水有三種類(lèi)型：孔隙水、裂隙水和巖溶裂隙水?？紫端x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、深部白云巖和灰巖中，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)現象有沖溝、潰壩、巖石深度等。但都是小規模，對項目沒(méi)有影響。 #p#分頁(yè)標題#e#

4渠道總平面布置

南水北調中線(xiàn)總干渠為一級工程，干渠及其穿越建筑物主體結構為一級建筑，二級結構為三級建筑。河道防洪標準設計為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年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核。開(kāi)始和結束時(shí)的設計流量分別為170m2/s和50m3/s。起點(diǎn)和終點(diǎn)的設計水位分別為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，根據地形門(mén)檻不同分為全挖、全填、半挖、半填三種施工方式，長(cháng)度分別為82km、14km、102km。在整個(gè)開(kāi)挖的渠段中，在與安全超高相對應的高程處設置一條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(gè)路堤的外側斜坡上，每隔6米在坡頂以下設置一條馬道，在路堤的坡腳設置截洪排水溝和林帶。半填半挖渠道與全填渠道斷面相同。

渠道設計水深為6.0-3.8m，土質(zhì)渠道斷面坡度系數為2.0-3.0，石質(zhì)渠道斷面坡度系數為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(mǎn)填、煤礦區等特殊渠道段，在混凝土襯砌板下鋪設二布一膜復合土工膜，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(yíng)養護公路位于一級公路或右側堤頂，按四級公路設計。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(shí)改為渠外繞行。

6管理設計

6.1監控系統

>監控系統包括閘門(mén)監控、圖像監控和管理信息3個(gè)子系統。閘門(mén)監控采用分布式開(kāi)放型多計算機分層樹(shù)形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，即設置調度叫主層、分控中心層、現地閘站控制層和管理處監視層。其中調度中心層、分控中心層和現地閘站控制層3層參與調水控制，管理處監視層只起監視作用。

6．2圖像監控系統

圖像監控系統用于監測總干渠沿線(xiàn)各建筑物運行狀態(tài)，通過(guò)監視屏幕直觀(guān)了解現場(chǎng)情況。該系統采用分層分布開(kāi)放式結構，設立圖像監控中心和控制性建筑物圖像監控站。

6．3管理信息系統

將總干渠各控制性建筑物閘站及管理站內的閘門(mén)監控系統、安全監控系統聯(lián)接成局域網(wǎng)，實(shí)現資源共享、數據共享、功能互補、綜合管理及優(yōu)化調度，建立管理信息系統。

6．4安全監測系統

為監視渠道與各主要建筑物的運行狀況或安全運行程度，并進(jìn)行預報，建立總干渠安全監測系統，按行政區劃分，組線(xiàn)分層分布式監測結構。監測渠道與建筑物水位、表面變形、滲流壓力、土壓力和鋼筋應力等與水工建筑物安全密切相關(guān)的參量。#p#分頁(yè)標題#e#

6．5通信系統

為滿(mǎn)足工程全線(xiàn)自動(dòng)監控、安全監測、調度通信的要求，沿總干渠全線(xiàn)建立一個(gè)高速率、高質(zhì)量大容量、寬頻帶的數據及語(yǔ)音綜合通信系統。通信系統與監控系統、調度管理系統的層次劃分相結合，設有通信分中心、信息交換中心、通信用戶(hù)終端。通信系統共設置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消防設計

本著(zhù)貫徹“預防為主，防消結合”和確保重點(diǎn)，兼顧一般的原則，對引起火災的主要部位及電氣設備、電纜和閘門(mén)液壓設備以及生產(chǎn)控制管理中心等作為消防重點(diǎn)部位。

消防范圍包括建筑物中的閘門(mén)啟閉機室、水泵站和干式變壓器室（場(chǎng)）、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(lèi)電氣設備場(chǎng)所采用防火墻作局部分隔，設置安全出口及防火門(mén)，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(chǎng)所、部位設置消防報警系統；結合正常通風(fēng)需要設置消防排煙設施。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(chǎng)區建筑物設置生產(chǎn)、生活、消防合一的供水系統。

7施工組織設計

在總干渠沿線(xiàn)的右側分布有京廣鐵路、107道及京深高速公路等3條運輸大動(dòng)脈，并形成了以石家莊、保定為中心，輻射到所轄區、縣等地方的公路交通網(wǎng)。充分利用原有公路，個(gè)別路段在原有基礎上加寬改造，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(mén)及泵站工程，一般不需要進(jìn)行施工導流；河道倒虹吸、渠道倒虹吸、涵洞和渡槽等，均需要進(jìn)行施工導流。導流建筑物級別為4級，導流建筑物洪水重現期按10-20年選用。采用枯水期為導流時(shí)段。施工導流方式采用分期圍堰束窄河床導流或全斷面圍堰明渠導流兩種方式。

總干渠的主要工程量：土石方開(kāi)挖8621萬(wàn)m3，土石方回填3632萬(wàn)m3，石方開(kāi)挖1176萬(wàn)m3，混凝土澆筑370萬(wàn)m3、砌石107萬(wàn)m3、大型混凝土預制構件安裝，以及機電、金屬結構安裝等施工項目。土方開(kāi)挖采用挖掘機配合自卸汽車(chē)將土運至棄土區或根據土方平衡規劃將土方運至其他填筑區；土方回填采用振動(dòng)碾和打夯機輔助壓實(shí)。部分濕陷性黃土渠段采用強夯加密法進(jìn)行處理。石方開(kāi)挖采用潛孔鉆、手風(fēng)鉆鉆孔，梯段爆破方式開(kāi)挖，周邊進(jìn)行預裂爆破。隧洞開(kāi)挖采用鉆爆方式，臺階法施工?；炷翝仓捎眉邪韬?，3m3混凝土罐車(chē)水平運輸，混凝土泵入倉?；炷令A制構件較大件重90t，采用160t汽車(chē)起重機吊裝就位。機電、金屬結構安裝場(chǎng)地開(kāi)闊，安裝方便。#p#分頁(yè)標題#e#

針對不同的自然條件和施工特點(diǎn)，為統籌安排施工布置、土石方挖填平衡、施工進(jìn)度，均衡施工強度、建筑材料供應和勞動(dòng)力、施工機械設備配置等，各段采用集中與分散相結合的施工布置方式，以段內大型建筑物為中心，設置機械修配廠(chǎng)、綜合加工廠(chǎng)、汽車(chē)保養站和施工倉庫、兼顧其它建筑物施工需要。

8結語(yǔ)

南水北調中線(xiàn)工程條件優(yōu)點(diǎn)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(xiàn)以自流輸入水為主。沿線(xiàn)大中城市包括北京市在內均位于輸水總干渠東側，都可就近自流供水，并可通過(guò)天津干渠向天津自流供水，運行成本低。建設南水北調中線(xiàn)工程，將會(huì )給京津冀華北平原地區提供優(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(guò)水資源的優(yōu)化配置，使城市和工業(yè)不再繼續擠占農業(yè)用水，在平、豐水年可將原來(lái)擠占的農業(yè)供水還給農業(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中線(xiàn)一期工程的組成部分之一，承擔著(zhù)南水北調中線(xiàn)一期工程所承擔的基本供水任務(wù)，承擔著(zhù)南水北調中線(xiàn)一期工程所承擔的基本供水任務(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。還擔負著(zhù)向北京市應急供水的特殊任務(wù)，確保北京市的城市供水安全。

5建筑物設計

總干渠共布設各類(lèi)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(cháng)9597m，共7座。其中洞身段長(cháng)8626m。除西市隧洞為單洞室布置外，其余均為雙洞室結構。洞身斷面為無(wú)壓馬蹄形和無(wú)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(lèi)圍巖采用錨噴支護加局部減糙襯砌，IV、V類(lèi)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(cháng)3216m，其中槽身段長(cháng)1980m。漕河渡槽采用梁、拱兩種結構，其余均為板梁式結構。桁架拱結構單跨跨度為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。渡槽下部結構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(cháng)450m，其中槽身段長(cháng)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構，孔徑、孔數和洞身長(cháng)度分別為4.2m×4.2m×24孔×28.9m和4.4m×4.0m×18孔×16.6m。#p#分頁(yè)標題#e#

（3）12座渠道倒虹吸總長(cháng)12923m，其中管身段長(cháng)7274m。倒虹吸管身段采用多孔矩形箱涵結構，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，管頂埋深在河道設計沖刷線(xiàn)以下0.5m。對一般河道，管頂行洪口門(mén)采用導流堤形式與河道連接；對大型寬淺河道，為適應沿灘地段總干渠左堤橫向水流比較大、流速高的特點(diǎn)，該處口門(mén)采用梨形裹頭進(jìn)行連接，口門(mén)另一側采用圓形裹頭形式防護和連接。

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

（5）2座排洪涵洞總長(cháng)202.1m，采用6孔兩聯(lián)和9孔三聯(lián)的箱涵結構，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)的箱涵結構，單孔尺寸為4.0m×4.0m。

5．3左岸排水建筑物

設置左岸排水建筑物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，側墻高1.3-4.9m，單跨長(cháng)度為10-26m，槽身總長(cháng)30-100m。槽身結構采用多側墻矩形槽和多縱梁矩形槽兩種形式，部分主梁采用預應力混凝土結構。下部結構采用重力墩，荷載較小者采用排架支承結構。

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

5．4渠渠交叉建筑物

設置渠渠交叉建筑物34座，其中灌渠渡槽14座，槽身段為簡(jiǎn)支結構，跨數2-7跨，跨度10.5-20.6m。上部結構采用矩形槽或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。支承結構采用肋拱、排架柱或重力墩結構。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。肋拱結構為單跨，跨度分別為54m、75.8m，矢高為11.25m和15.12m?；A采用鋼筋混凝土擴大基礎，結構尺寸為5.64m×2.6m×0.5m～3.2m×2.0m×0.5m。

5．5控制工程

設置控制工程33座，其中節制閘12座，一般布置在渡槽或隧洞的進(jìn)口，或倒虹吸的出口。退水閘7座，結合大型河渠交叉建筑物布置。閘室長(cháng)度為11.5-17.5m，孔數為1-2孔。單孔寬度為3-7m。分水閘閘室長(cháng)度為10-13m，孔數為1-2孔。單孔寬度為1.5-5.5m；分水泵站規模大于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為3-7臺。

5．6公路、鐵路交叉建筑物

設置公路橋118座，公路橋上部梁體結構以裝配式預應力混凝土T形梁、I型組合梁結構為主，單橋橋長(cháng)在50-150m之間，單孔跨徑分別采用20m、25m、30m、35m、40m。行車(chē)道寬以?xún)簟?和凈—4.5為主，少數為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?；A型式采用階梯狀擴大基礎和鉆孔灌注樁基礎。鉆孔灌注樁基礎多采用一柱一樁，樁基斷面采用圓形，直徑為100-200cm。#p#分頁(yè)標題#e#

3座鐵路橋墩，橋長(cháng)分別為74.2m、73.12m、98.2m，均為3孔。橋梁上部結構為預應力混凝土簡(jiǎn)支梁。下部墩樁為鋼筋混凝土圓形橋墩，基礎采用擴大基礎，兩端設置耳墻式橋臺。

5．7金屬結構

干渠上涉及金屬結構設備的各類(lèi)建筑物共計60座。工作閘門(mén)均采用平面鋼閘門(mén)，閘門(mén)高度大于5m的檢修閘門(mén)均采用疊梁鋼閘門(mén)，閘門(mén)高度小于5m的檢修閘門(mén)均采用平面鋼閘門(mén)或鑄鐵閘門(mén)。工作閘門(mén)啟閉機均采用液壓式啟閉機，檢修閘門(mén)啟閉機均采用移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆或手、電兩用螺桿式啟閉機。金屬結構設備共計門(mén)（柵）槽228孔，閘門(mén)159扇，欄污柵11扇，啟閉機142臺。閘門(mén)、埋件和啟閉設備等重約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(shí)結冰對鋼閘門(mén)形成危害，節制閘、退水閘、分水閘及應急供水閘的工作閘門(mén)前均設置鋼閘門(mén)防冰凍系統。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產(chǎn)生擾動(dòng)，從而防止水面結冰。

5．9供配電系統

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