長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行集成研究及應(yīng)用

楊啟貴

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”

長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行集成研究及應(yīng)用

楊啟貴

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

長距離調(diào)水工程是實(shí)現(xiàn)國家水資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略舉措，為解決大埋深長距離調(diào)水工程建設(shè)及安全運(yùn)行中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，“長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行集成研究及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)立項(xiàng)批準(zhǔn)。

一、研究目的

國內(nèi)外已建的調(diào)水工程主要以明渠方式輸水，局部輔以隧洞，而以大埋深長隧洞為主要載體的調(diào)水工程較少。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已建的世界上最長的輸水隧洞是芬蘭的P?ij?nne隧洞，單洞長120km，最大埋深130m；國外埋深最大的是非洲lesotho隧洞，單洞長45km，最大埋深1200m。我國在大型調(diào)水工程輸水隧洞建設(shè)方面已取得了舉世矚目的成就，相繼建成了引灤入津、引大入秦、引碧入連、引黃入晉、引洮供水等跨流域調(diào)水工程，未來10年將是我國長距離調(diào)水工程輸水隧洞建設(shè)的高峰期。

長距離調(diào)水工程其顯著特點(diǎn)是引水流量大、線路長，一般由渠道、隧洞、渡槽與閘泵閥等構(gòu)成復(fù)雜的運(yùn)行系統(tǒng)。目前，在建和擬建的長距離輸水隧洞大多要穿越地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜的山嶺地區(qū)，不僅面臨自然環(huán)境惡劣、地震烈度高、地形地質(zhì)條件復(fù)雜等不利因素，且輸水隧洞單洞長、埋深大，在建工程最長單洞已達(dá)283 km，最大埋深2268m。大埋深隧洞難以提前預(yù)報(bào)和規(guī)避不良地質(zhì)體，建設(shè)期經(jīng)常遇到高壓突涌水、軟巖大變形、硬巖巖爆等災(zāi)害，運(yùn)行期還可能面臨高外水荷載、活動(dòng)斷裂的蠕滑及地震等復(fù)雜運(yùn)行條件，所以長距離調(diào)水工程建設(shè)運(yùn)行面臨著復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)難題。

二、總體目標(biāo)

本項(xiàng)目針對大埋深長距離調(diào)水工程建設(shè)及安全運(yùn)行的需求，以滇中引水、引漢濟(jì)渭等典型調(diào)水工程為依托，重點(diǎn)研究大埋深隧洞圍巖大變形和巖爆孕災(zāi)機(jī)理、不同斷層活動(dòng)模式下隧洞—襯砌結(jié)構(gòu)變形破壞規(guī)律、應(yīng)力—滲流耦合作用下圍巖—支護(hù)體系協(xié)同承載機(jī)制，以及強(qiáng)震作用下大型高架渡槽的動(dòng)力響應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問題，揭示復(fù)雜條件下輸水隧洞和高架渡槽的響應(yīng)模式與災(zāi)變機(jī)制，提出大埋深隧洞全壽命設(shè)計(jì)理論。

項(xiàng)目研發(fā)大埋深隧洞圍巖特性的測試技術(shù)、災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)與防控技術(shù)、隧洞穿越活斷層抗斷技術(shù)、高架大型輸水渡槽抗震技術(shù)、閘泵閥關(guān)鍵設(shè)備及智能控制、調(diào)水工程全壽命周期安全監(jiān)控與調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)，突破千米級深埋隧洞地球物理探測及巖體特性測試技術(shù)、高壓突涌水預(yù)測與防治成套技術(shù)、15MPa 超高壓灌漿技術(shù)，并提出隧洞穿越錯(cuò)動(dòng)量達(dá)0.5m 活斷層抗斷結(jié)構(gòu)，8度強(qiáng)震區(qū)大型高架渡槽抗震技術(shù)，220m 揚(yáng)程泵組、DN2000智能閥安全控制成套技術(shù)等，形成大埋深長距離調(diào)水工程建設(shè)及安全運(yùn)行成套技術(shù)裝備，并在典型工程中示范應(yīng)用。

三、研究內(nèi)容

項(xiàng)目結(jié)合國家跨流域調(diào)水工程實(shí)際，立足相關(guān)學(xué)科國際學(xué)術(shù)前沿以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，緊密圍繞長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行需求，主要解決長距離調(diào)水工程的3個(gè)重大科學(xué)問題和5個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，開展10個(gè)方面的研究工作，研究技術(shù)路線見圖1。

（1）重大科學(xué)問題

① 大埋深隧洞開挖圍巖響應(yīng)模式與災(zāi)變機(jī)制；

③ 地震等自然災(zāi)害下輸水建筑物的響應(yīng)特征及災(zāi)變模式。

（2）關(guān)鍵技術(shù)

① 大埋深隧洞災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)與防治成套技術(shù)；

② 隧洞穿越活斷層抗斷技術(shù)；

③ 大跨度高架渡槽抗震技術(shù)；

④ 閘泵閥關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)及智能控制技術(shù)；

⑤ 調(diào)水工程全壽命周期安全監(jiān)控與調(diào)控技術(shù)。

2.3 血清CXCL12、IL-33的相關(guān)性及對AIS患者預(yù)后的評估價(jià)值 Spearman相關(guān)性分析顯示，血清CXCL12與IL-33呈負(fù)相關(guān)(r=-0.688，P<0.05)。根據(jù)ROC曲線進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，血清CXCL12的曲線下面積為0.829(95%可信區(qū)間0.731～0.915)，其截?cái)嘀凳?.32 ng/ml，靈敏度77.39%，特異度73.28%。血清IL-33的曲線下面積為0.782(95%可信區(qū)間0.690～0.873)，其截?cái)嘀凳?8.38 ng/ml，靈敏度83.37%，特異度66.65%。

圖1 長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行集成研究及應(yīng)用研究技術(shù)路線圖

（3）研究內(nèi)容

① 大埋深隧洞巖體工程特性測試技術(shù)與綜合評價(jià)方法；

② 大埋深隧洞圍巖大變形及巖爆預(yù)測與防控技術(shù)；

③ 隧洞穿越活斷層圍巖—襯砌災(zāi)變機(jī)制與抗斷技術(shù)；

④ 大埋深隧洞圍巖—支護(hù)體系協(xié)同承載機(jī)理與全壽命設(shè)計(jì)理論及方法；

⑤ 高壓水害等不良地質(zhì)條件下深埋長隧洞施工災(zāi)害處治和成套技術(shù)研究；

⑥ 大埋深長距離隧洞建設(shè)智能仿真與管理集成技術(shù)；

⑦ 高烈度區(qū)高架大型輸水渡槽抗震及減隔震關(guān)鍵技術(shù)研究；

⑧ 長距離調(diào)水工程閘泵閥系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備與安全運(yùn)行集成研究及應(yīng)用；

⑨ 長距離復(fù)雜調(diào)水工程長效安全運(yùn)行保障技術(shù)與示范；

⑩ 長距離輸水渠隧系統(tǒng)水力特性及安全高效調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究。

四、預(yù)期效益

項(xiàng)目以滇中引水、引漢濟(jì)渭等典型調(diào)水工程為背景，擬解決復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下大埋深隧洞開挖圍巖響應(yīng)規(guī)律與災(zāi)變機(jī)制、圍巖—支護(hù)體系協(xié)同承載機(jī)理、大埋深隧洞全壽命周期的設(shè)計(jì)理論、地震等自然災(zāi)害下輸水建筑物的響應(yīng)特征及災(zāi)變模式等關(guān)鍵科學(xué)問題，可為我國長距離調(diào)水工程建設(shè)與安全運(yùn)行提供重要的理論支撐，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)理論的發(fā)展和突破，具有重要的科學(xué)價(jià)值。

項(xiàng)目針對我國長距離調(diào)水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造以及調(diào)度運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究，形成大埋深長距離調(diào)水工程建設(shè)及安全運(yùn)行成套技術(shù)裝備，并在典型工程中示范應(yīng)用。項(xiàng)目研究成果將有力推動(dòng)長距離調(diào)水及相關(guān)工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為我國長距離調(diào)水工程建設(shè)及安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

項(xiàng)目成果將直接應(yīng)用于滇中引水、引漢濟(jì)渭等典型調(diào)水工程，可減小工程中的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)度，保障工程能夠按時(shí)或提前發(fā)揮效益；可極大提高長距離調(diào)水工程應(yīng)對自然災(zāi)害等突發(fā)事件的防范效率，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供水資源和防洪安全保障；可為長距離輸水工程運(yùn)行調(diào)度提供決策依據(jù)，保障調(diào)水工程運(yùn)行安全，充分發(fā)揮調(diào)水工程效益。同時(shí)，項(xiàng)目研究成果亦可應(yīng)用于其他長距離調(diào)水工程、水力發(fā)電工程、公路和鐵路隧道工程等相關(guān)工程領(lǐng)域，對類似工程具有良好的指導(dǎo)意義。

綜上，項(xiàng)目將為我國長距離調(diào)水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造以及調(diào)度運(yùn)行提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐，推動(dòng)長距離調(diào)水及相關(guān)工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，保障我國水資源宏觀調(diào)控戰(zhàn)略的有效實(shí)施，具有顯著的社會、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益及廣闊的推廣應(yīng)用前景。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.109

楊啟貴（1964—），男，長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司總工程師，教授級高工，中國工程勘測設(shè)計(jì)大師，主要從事巖土工程設(shè)計(jì)研究，E-mail：yangqigui@cjwsjy.com.cn。