高科技破解天津水資源難題

南水北調中線一期天津干線工程施工現場

應用大摻量磨細礦渣混凝土技術的試驗段箱涵

快速止水檢測設備檢測實驗現場

模板臺車已普遍用于水務工程建設中

　　中國網·濱海高新訊 曾經雨量豐沛，九河匯聚的天津，在城市飛速發展的快車道上，也曾出現嚴重的水源危機，經歷引水、保水、節水的不懈努力，一直致力于營造人與自然和諧共生的宜居環境。引灤入津、引黃濟津、南水北調……其間的一戰一役，無不閃耀著水務人的汗水、心血和智慧的結晶，而這其中，發揮重要作用的，是高科技技術、工藝及現代化檢測手段的廣泛運用。

　　創新1

　　引入“保水堰”水工建筑結構型式、分段低壓階梯輸水

　　好處：減少了工程量，省掉了建設加壓泵站或機械消能設備的投資，工程運行也減少了成本。

　　評價：被國務院南水北調辦公室和水利工程科研復核單位認定為具有“創新性”的布置和設計。

　　創新2

　　大摻量磨細礦渣混凝土技術應用

　　好處：解決堿骨料反應和地下水位偏高存在有害離子腐蝕的問題。可節約總投資近０.７億元，有效降低工程造價，同時還可以減少水泥用量，減少二氧化碳排放，為工程帶來了顯著的生態效益、社會效益和經濟效益。

　　評價：在水利工程上具有創新性的科研成果。

　　創新3

　　混凝土輸水箱涵變形縫止水檢測技術

　　好處：提高檢測速度，檢測結果可靠，已運用于南水北調天津干線工程建設中。

　　評價：獲得了實用新型專利證書，發明專利進入公示階段。

　　南水北調　

　　三大創新破解技術難題

　　2006年6月，南水北調本市市內配套工程開工建設。2008年11月，投資約85億元、全長155公里的南水北調中線一期天津干線工程開工建設。南水北調工程是繼引灤入津后第二條攸關天津發展未來和民生幸福的“生命線”。工程建成后，將為天津增加生活、工業供水8.6億立方米，緩解本市水資源危機，大大改善天津的生態環境和投資環境，為本市社會經濟發展提供強有力的物質保障。

　　由于時間緊迫、責任重大，對工程的質量和進度都有非常嚴格的要求。為了保障這一民心工程的順利實施，從工程用料到制造工藝，從檢測方法到檢測標準，南水北調工程建設者們真正做到了夜以繼日，精益求精，務求把這項利國利民的工程打造成百年精品。針對工程關鍵技術問題，市水務局、市南水北調辦公室開展了大量卓有成效的科學研究和技術創新，高科技含量新用料、新工藝、新標準的應用成為建設過程中強有力的技術保障。

　　設計首創：

　　分段低壓階梯輸水出效益

　　天津干線自西向東155公里長的線路有60米的高程落差可供利用，但沿線屬于西陡東緩的特殊地形，又要滿足輸水流量從每秒0立方米到每秒60立方米的較大水流變化，工程的布置和設計難度很大。如果采取明渠輸水方案，大部分水能將在西部很短的地形較陡處被消耗掉，而在東部很長的地形較緩的地區只能通過建設加壓泵站方式輸水，加大了工程運行成本和管理難度。而如果全部采用高壓管道輸水，則需要增加機械消能設備，人為消耗大量水能。如果按照常規的工程布置方式，有可能影響到水能的充分利用，同時也增加了工程的運行風險和運行成本。針對以上兩種工程布置和設計上的不足，工程設計單位和人員與有關科研單位聯合攻關，創造性地引入了“保水堰”這一水工建筑結構型式，巧妙地解決了上述問題，并把工程布置方式相應地調整為上段較陡處采用無壓箱涵方式，以充分利用豐富的自然高程落差。在下段地形平緩處采用低壓箱涵，并分段階梯式布置“保水堰”，在沿線退水建筑物的協同下，能夠實現流量和水位的自然過度和調整。這一巧妙的工程布置和設計不僅減少了工程量，省掉了建設加壓泵站或機械消能設備的投資，工程運行也降低了成本，變得更為安全方便。這項重要的技術創新和突破在國內還是首創，被國務院南水北調辦公室和水利工程科研復核單位認定為具有“創新性”的布置和設計。

　　工藝創新：

　　率先解決混凝土“癌癥”

　　在建筑領域，有一項被稱為混凝土“癌癥”的堿骨料反應。通俗地講，它是指混凝土原材料沙石中的特殊成分受到外界堿性物質和水分刺激，會發生化學反應生成一種膨脹物質，受到混凝土結構的束縛，產生力而導致混凝土開裂、變酥。由于堿集料反應一般是在混凝土成型后的若干年后逐漸發生，一旦發生將不可逆轉，不但造成混凝土耐久性下降，嚴重時還會使混凝土喪失使用價值。這種反應在京津地區開采的沙石中普遍存在。同時，天津地下水位偏高，且含有大量有害離子，特殊的水文地質環境對混凝土的腐蝕很大，會造成混凝土疏松、剝落，進而引起內部受力鋼筋的銹蝕，破壞輸水箱涵結構，最終導致工程功能的喪失。天津干線工程主要結構型式為地下鋼筋混凝土箱涵型式，總混凝土施工量達到480萬立方米，工程量巨大，混凝土的質量和耐久性直接決定工程的質量。

　　“我們經過研究實驗，最終從四五種方案里確定了通過大摻量磨細礦渣混凝土技術應用，可以同時解決堿骨料反應和地下水位偏高存在有害離子腐蝕的問題。”在介紹這項被國務院南水北調專家委員會的審查專家評定為“在水利工程上具有創新性的科研成果”時，市南水北調工程質量檢測中心負責人程慶臣語帶輕松。然而，僅粉煤灰與磨細礦渣是單摻還是雙摻，雙摻情況下不同的配比，對混凝土的力學性能、抗裂防滲、抗凍抗侵蝕性能等都會產生至關重要的影響。看起來簡單的結論背后，是科研人員歷時３年，上千次的對比試驗，不可計數的數據分析配比工作。新混凝土配合比、與之配套的施工方法，以及相應的施工技術指南已在天津干線工程施工中廣泛應用，它的應用，可節約總投資近０.７億元，有效降低工程造價，同時還可以減少水泥用量，減少二氧化碳排放，為工程帶來了顯著的生態效益、社會效益和經濟效益。

　　檢測方式：

　　首創技術解決歷史難題

　　南水北調天津段工程中應用的另一項全新的技術是南水北調工程混凝土輸水箱涵變形縫止水檢測技術的開發應用。

　　箱涵工程是南水北調天津段工程中非常重要的組成部分，數以萬計的箱涵變形縫止水效果是影響工程質量的主要因素之一。一方面，如果止水效果不好，箱涵的封閉性降低，會造成輸水水質、水量損失，同時影響周圍環境。一旦年久老化發生泄露，必須全線停水逐段檢修排查，且維修難度大、效果不佳；另一方面，箱涵變形縫止水效果的檢測已成為水利工程建設中亟待破解的難題，變形縫止水效果的檢測速度也影響施工進度。天津市水利科學研究院副院長李廣智向記者介紹，以往只能采取把箱涵兩端砌死后注水打壓的方式檢測變形縫止水效果，以４米×４米的箱涵為例，一公里的箱涵就需要注水超過１６０００立方米，整個工程檢測下來，會耗費大量寶貴的水源，時間、人力等操作成本也過于龐大。正因如此，一直以來大多數工程對箱涵變形縫止水效果檢測只能停留在材料把關和成型后外觀表狀檢測層面。

　　要把南水北調建成百年優質精品工程，任何一個環節都不容閃失，為了攻克這項檢測難關，天津市南水北調辦公室委托水科院開始研制切實有效便于操作的變形縫止水快速檢測設備。

　　從立項到完成，不足一年的時間，項目主要負責人、南水北調工程質量檢測中心站站長程慶臣已經數不清到底經歷了多少次試驗，多少次反復。最初的方案是通過和箱涵等寬等高的框架結構嵌入箱涵內部，利用橡膠帶閉合封住變形縫，通過注水觀察壓力變化來檢測出是否有泄漏，這樣的檢測效果雖然不錯，但也暴露出人力、物力成本過高的問題，而且箱涵結構類型稍微變化，就需要重新制作與之適應的框架。經過數以千計的打壓試驗，一個數據一個數據地反復比對，一次一次壓力判斷曲線的斟酌修正，甚至每一個連接管用料和承壓能力的微小數據都要經過近似嚴苛的確認測量，納入考慮范圍，常常因為一個零件的一個砂眼，就要排查整整一天……所有的心血付出換來的，是從４米×４米和箱涵等大的框架，到不足１立方米的測壓設施，最終定格為一臺只手就可拎起的數控測壓機：利用在兩道止水帶中間打壓測量瞬間壓力的原理，僅憑這樣一個手提箱大小的儀器，瞬間即可通過參數對比判斷出箱涵間止水帶是否存在滲漏隱患。經試驗室檢測和現場實際驗證，這項技術可大大提高檢測速度，檢測結果可靠，已運用于南水北調天津干線工程建設中，并獲得了實用新型專利證書，發明專利進入公示階段。

　　高科技的介入為水利工程建設插上了有力的翅膀。市水務局聯手有關部門還根據我市南水北調工程實際情況開展了王慶坨水庫防咸化研究、預應力鋼筒混凝土管道輸水阻力試驗研究等一系列科研，部分成果已應用于工程建設，為提高建設水平和投資效益提供了技術保障。“確保長江水早日、高效、保質保量地引入津門，不讓任何一滴寶貴的水資源流失，就是南水北調人的責任。”

　　其實不僅在南水北調天津干線工程，記者調查發現，新技術、新工藝在水利工程中的廣泛應用，早已潛移默化地發揮著越來越重要的作用。

　　2002年2月開始實施的引灤入津水源保護工程是當年改善城鄉人民生活20件實事之一。工程以于橋水庫綜合治理、州河暗渠修筑、現有輸水明渠整治和工程管理信息系統建設為重點，是對引灤入津工程的大幅度改造和完善，對確保城市供水安全發揮著“護衛隊”的作用。在它的建設過程中，到處都閃耀著新技術的閃光。

　　引進泵送混凝土工藝。引灤入津水源保護工程中的暗渠深埋在10米深的地下，采用漿斗車或吊車運送混凝土，需大面積土方開挖，工作面大，效率低。運用泵送混凝土澆筑后，利用泵的壓力將混凝土沿管道直接送到澆筑點，可以隨時展開水平和垂直運輸，日澆筑量實現了從300立方米到2100立方米的突破，極大地降低了施工難度和勞動強度。

　　自主開發模板臺車施工工藝。暗渠是鋼筋和混凝土的構筑物。傳統混凝土模板支護是散搭散拆，由于工期緊張，施工流水作業，模板周轉必須高效率。工程技術人員積極探索，成功研制出模板臺車，即把若干模板組裝在一起，整組模板一起安裝拆卸，不僅縮短了支模時間，也節省了大量人力，大大提高了效率。臺車采用鋼管作為橫豎鋼楞，形成牢固的桁架結構，保證了模板的嚴密拼接和平整穩定，使混凝土澆筑的光潔度、平整度大為提高。

　　大膽采用直螺紋套筒鋼筋連接技術。傳統的鋼筋焊接工藝，效率低耗電大，整個工程用鋼筋成千上萬噸，如果采用焊接工藝，會給工程沿線的電力供應造成巨大壓力。引灤入津水源保護工程中運用了套筒連接工藝，不僅使效率大幅度提高，同時也節約了大量能源。由于鋼筋套絲加工量很大，委托外單位加工需用幾十萬元。工程技術人員開動腦筋，僅花5000元就成功試制了四臺套絲機，滿足了施工的需要。

　　全面改進模板拉桿工藝。工程建設初期，連接混凝土模板的拉桿兩端用金屬錐形帽加以固定，安裝用力不均，容易導致固定點混凝土表面凸起，影響外觀，且拆除不便。隨著工程的逐步展開，工程技術人員嘗試將金屬帽改進為橡膠帽。經過實踐，發現橡膠帽與模板間受力均勻，不僅成品外觀良好，而且拆除方面重復利用率高，使每套拉桿的成本由原來的25元降到5元，一個標段就節省25萬元。

　　引灤入津

　　科技護航水源保護

　　□引進泵送混凝土工藝

　　□自主開發模板臺車施工工藝

　　□大膽采用直螺紋套筒鋼筋連接技術

　　□全面改進模板拉桿工藝

　　節水新技術省出城市未來

　　走進薊縣東施古鎮嘴巴莊村的有機蔬菜園區,一排不足手腕粗細的輸水管通過連接地壟的一條條細管把灌溉水滴灌入土,一畦畦碧綠的蔬菜在濕度適宜的空氣中“舒展身軀”，呼吸順暢，長勢均勻。記者看到，盡管棚內溫暖如春,卻沒有見到升騰的霧氣。園區引進的滴灌技術可通過變頻控制器根據水壓變化自動調整滴灌頻率和水量，不僅比傳統灌溉方式節水70%，還可以避免大水漫灌帶來的土地板結、棚溫下降、結霧等問題，不僅節水、省工，而且增產增收效果明顯。如今這里的蔬菜大棚每棚年用水量從原來的10噸減為3噸，生產出的綠色蔬菜株數更均勻，營養價值更高，產量更大，銷路更好，每棚每年可實現凈收益4萬元左右，嘴巴莊村也成了本市最大的有機蔬菜園區。

　　類似這樣節水不誤發展的好方法在本市正越來越多地涌現出來。

　　許多公共設施和場所，如醫院、學校的公共浴室用水量很大，浪費嚴重。為此，本市在３６所高校中率先推廣使用了智能型節水控制系統，旨在通過售水控制用水以解決高校等集體公寓、浴室用水管理難的問題。從實際使用效果測算，平均節水效率達到49.5%以上，帶來直接經濟效益2287萬元。這個系統分為管理系統和給水裝置兩個部分。管理系統負責用戶登記注冊、水量記錄、用水統計、時間或次數設定、超限額處理、查詢等中心管理工作，同時可對用戶身份進行甄別、顯示、報警。給水裝置通過讀取IC卡中的信息來控制閥門的開和關，控制器上設有顯示屏，顯示用戶剩余水量等信息。通過這種方法可實現先購水、后用水、多用多收、無費自動關閉并停止供水的科學管理方式。項目獲得了天津市科技進步三等獎。

　　隨著城市生態環境建設發展，具有凈化空氣、調節氣溫、保持水土、涵養水源、防風固沙等功能的草坪綠地面積逐步擴大。但同時，處在天津市的鹽堿地，種植草坪需更換土壤，草坪生長需水量大，維護管理成本較高。為了解決這一難題，市水利局和天津科技大學共同攻關，通過對聚氨酯發泡材料等多種試驗配方的研究，開發了不同配比的由復合材料組成的耐旱草坪基質，吸水性強，質地輕，對肥料、水分具有緩釋作用，耐旱時間達55天，比15天需澆灌一次水的一般草坪增加耐旱能力達40天，可節水60％至70%。這種節水耐旱草坪成本較低，每平方米為20元至24元不等；生長周期長，使用壽命可達5年至10年；操作便捷，適用性強，可直接鋪設在鹽堿地上，不必更換新土；可以工廠化大規模生產，生產效率高，經濟效益顯著。節水耐旱草坪的研制成功，能夠大大減少城市綠化用水量，節約寶貴的水資源，有利于城市生態建設。

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