1、前言

　　南水北調(diào)中線工程南起湖北省丹江口水庫，北至北京市頤和園的團(tuán)城湖，輸水總干渠全長1267km，其中河北省渠段由冀豫交界處的漳河北始至冀京邊界處的北拒馬河中支南止，渠長462.36km.河北省北段工程自石家莊古運河樞紐至北拒馬河中支南，途徑石家莊市保定市11個市縣，干渠長227.15km，其中渠道長200.06km，建筑物總長27.09km；各類建筑物314座。

　　2、水文氣象

　　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山丘陵或山前平螈北行，沿途與子牙河和大清河系的92條大小河流及26片坡水區(qū)交叉。所經(jīng)區(qū)域地理位置為東經(jīng)114°25‘～115°47’，北緯38°06‘～39°30’，大體為南北向狹長地帶，西側(cè)為太行山迎風(fēng)山區(qū)，東側(cè)為山前平原或坡水區(qū)。所在地區(qū)屬暖溫帶半濕潤地區(qū)，受季風(fēng)控制，四季分明，歷年冬夏季較長，春秋季較短。渠段沿線同期氣溫南北差異不大，多年平均氣溫為13.0～11.7℃。多年平均降雨量沿線變化規(guī)律不明顯，變化范圍為468～552mm，多年平均水面蒸發(fā)量為1512～1928mm.沿線冬春季盛行西北風(fēng)，夏季多東南風(fēng)，最大風(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)為華北地區(qū)暴雨多發(fā)區(qū)，尤以保定段西側(cè)的大清河淺山區(qū)是暴雨中心和暴雨高值區(qū)。由于華北地區(qū)降雨及徑流年內(nèi)分配不均勻和水庫攔蓄作用，與總干渠交叉的絕大部分河道常年斷流，汛期暴雨洪水集中，大小河流洪水相繼穿越總干渠流向平原地區(qū)，部分渠段因特殊地形及河道發(fā)育特點，常發(fā)生河道主槽游蕩和相鄰河流洪水漫溢串流。

　　3、工程地質(zhì)

　　干渠位于太行山東麓與華北平原的接壤地帶。輸水總干渠所經(jīng)范圍內(nèi)地形總體上呈西高東低之勢，南部處于平緩區(qū)，北部處于丘陵區(qū)，地形最高點地面高程450.0m，地形最低點地面高程45.0m，相對高差400m.地表多被第四系地層覆蓋，長213.606km，占北段渠段總長的94.7%；基巖段長度11.904km，占5.3%.基巖的地層巖性主要有太古界阜平群片麻巖；上元古界薊縣系霧迷山組、鐵嶺組；青白口系下馬嶺組、景兒峪組；古生界寒武系饅頭組、毛莊組、徐莊組、張夏組；奧陶系冶里組、亮甲山組、馬家溝組；石炭系本溪組等部分碳酸巖、碎悄巖、粘土巖。第四系松散地層中更新統(tǒng)中下段以泥礫為主，上更新統(tǒng)以黃土狀壤土及碎石土為主，全新統(tǒng)主要為粘性土、碎石土及砂性土。丘陵區(qū)局部出露燕山期巖漿巖。

　　渠段地下水有孔隙水、裂隙水、巖溶裂隙水3種類型�？紫端�賦存于第四系松散巖層，大型河流的河床地下水一般埋深2-10m，一、二級階地及部分傾斜平原渠段地下水埋深10m以下。裂隙水、巖深裂隙水賦存于砂巖、礫巖及可深的白云巖、灰?guī)r中，一般埋深較大，地下水位總體呈逐年下降的趨勢。主要物理地質(zhì)現(xiàn)象有沖溝、壩塌、巖深等，但規(guī)模均較小，對工程無影響。

　　4、渠道總體布置

　　南水北調(diào)中線工程總于渠為I等工程，渠道及其交叉建筑物的主要構(gòu)筑物為1級建筑物，次要構(gòu)筑物為3級建筑物。渠道防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計，100年一遇洪水校核；流域面積大于20km²的河道，其交叉建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計，300年一遇洪水校核；坡水區(qū)和流域面積小于20km²的河溝，建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計，100年一遇洪水校核。始末端設(shè)計流量分別為170m²/s和50m³/s.起止點設(shè)計水位分別為76.407m和60.300m.渠道縱坡大部分在1/25000-1/20000之間。

　　渠道橫斷為梯形斷面，按不同地形條件，分全挖、全填、半挖半填3種構(gòu)筑方式，其長度分別為82km、14km、和102km.全挖方渠段，在安全超高所相應(yīng)的高程處設(shè)5m寬的一級馬道，以上每增高6m增設(shè)一級馬道，上口外設(shè)林帶、左側(cè)防洪堤和截洪排水溝。全填方渠段堤頂高程與堤寬的確定與全挖方渠段一級馬道相同，在填方較高地段，兩堤外坡自堤頂以下每6m設(shè)置一條馬道，堤腳處設(shè)置截洪排洪溝和林帶。半填半挖渠道同全填方渠段。

　　渠道設(shè)計水深6.0-3.8m，邊坡系數(shù)土渠段2.0-3.0、石渠段0.7-1.5，底寬24-7m，綜合糙率0.015.渠道采用全斷面混凝土襯砌，在強(qiáng)滲漏、全填方、及煤礦區(qū)等特殊渠段，在混凝土襯砌板下鋪設(shè)二布一膜復(fù)合土工膜加強(qiáng)防滲。渠道在有凍脹渠段采用聚苯乙烯泡沫保溫板或置換砂礫料防凍脹。

　　干渠運行維護(hù)道路設(shè)于右側(cè)的一級馬道或堤頂，按四級公路設(shè)計，瀝青混凝土路面凈寬3.5m，在穿越大型河流、鐵路、隧洞等建筑物處，改為渠外繞行。

　　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(hù)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(kuò)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.

　�。�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(jìn)行連接，口門另一側(cè)采用圓形裹頭形式防護(hù)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，最大斷面尺寸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(kuò)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(jìn)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(jī)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(kuò)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.

　　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(kuò)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(jī)均采用液壓式啟閉機(jī)，檢修閘門啟閉機(jī)均采用移動式電動葫蘆或手、電兩用螺桿式啟閉機(jī)。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(jī)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(fù)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(fù)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)站之間彼此獨立供電；當(dāng)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.

　　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(jī)分層樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(bǔ)、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(jìn)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。

　　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(jī)室、水泵站和變壓器室（場）、柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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國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(dá)到3級道路標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(jìn)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(jìn)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(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)安裝等施工項目。土方開挖采用挖掘機(jī)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(jī)輔助壓實。部分濕陷性黃土渠段采用強(qiáng)夯加密法進(jìn)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(jìn)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�；炷�土預(yù)制構(gòu)件最大件重90t，采用160t汽車起重機(jī)吊裝就位。機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)安裝場地開闊，安裝方便。

　　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(jìn)度，均衡施工強(qiáng)度、建筑材料供應(yīng)和勞動力、施工機(jī)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(jī)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，為國民經(jīng)濟(jì)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(fù)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。