你看不到的北京城地下输水环廊

演讲者：蒋奇

推荐单位：北京水力发电工程学会

构建国际首例

“特大城市输水环路”

南水北调中线工程，每年引10亿立方米长江水入京城，终于使得北京的水资源得到缓解。但长途跋涉的珍贵的江水怎么用好，怎么用得科学，是北京水利规划设计者面临的新课题。

要知道，南水北调进京之前，北京市城区的水厂主要通过京密引水渠由北向南输送密云水库的水，其他区县由分散的管网开采地下水。南水进京后，与京密引水渠在颐和园旁的团城湖调节池对接，形成了一条“树状”的供水动脉。北京的供水形成了由南水、本地地表水、地下水组成的三大主力水源。如果止步于此，仅仅解决了北京城区西、北部分地区的水源的问题，如何将南水的覆盖范围加大，如何让三大水源串联，互为备用，解决水厂单一水源、供水保证率低的问题，保证任何工况下不断水，保证首都水资源安全，是我们面临的重大难题。

在北京的地图上画一个“圈”，将北京供水格局由“树状”变“环状”，可将三大水源和众多水厂联通起来，辐射北京各个方向，更加灵活地调配水资源。为了实现这个格局，设计者利用南水入京建成的西四环下输水干线，紧邻北五环路和东五环路建设了外径6米，内径4.6米，长44.7千米的東干渠工程，形成全长107千米的地下封闭输水环路。

整个环路的调度运行包括五大类和37种工况，沿线数十个闸、阀设备都要统筹考虑运行参数，可谓牵一发动全身。为了科学可靠地完成设计，我们通过建立数学模型，进行水力分析及输水方案优化研究，根据不同工况制定了相应的调度指令，编写了调度手册，建立了水动力模型和管理系统。

环路供水的优点可概括为“闭合相通、双向输水、互为备用、调度灵活”。闭合相通，使北京市真正实现了外来水、地表水、地下水的三水联调。双向输水，替代了传统树状输水管线为了检修建设双线的要求，节省了大量的建设投资。互为备用，使三种水源在应急工况下切换更为便利，可实现跨区域调水。调度灵活，任何一个局部位置发生事故，可以通过两侧的检修阀关闭进行检修，不影响环路上的水厂运行。

创新的隧洞结构设计

和防水检测方法

东干渠长度44.7千米跟北京三环路一圈长度相当，基本把一半北五环和整个东五环的地面、地下构筑物都穿了一遍。隧洞设计流量20.6立方米3/秒，灌满水立方标准游泳池仅需1分半钟;内水压高于地面6～16米，如果管道结构出现问题，东五环地区可能就变海了。因此，如何实现大型压力输水隧洞施工安全和运行安全是项目研究面临的另一重大难题。

针对北京东部的地质情况和施工条件，我们研发了盾构隧洞灌浆式预应力复合衬砌结构和全维度立体防水及预应力注浆挤密技术，提高了压力输水隧洞承载能力和防渗能力。研制了新型隧洞接缝防水检验设备，实现静水压试验一次成功，渗漏量仅为规范允许渗漏量的21%。

新型全维度输水隧洞防水技术的研发，就像给隧洞穿了了一层“雨衣”，但这层雨衣确是与混凝土结构完全贴合的，它使得单一的平面防水变成了径向、轴向、环向全维度的立体防水效果，大大提高了结构整体的防水性能，解决了复合衬砌层间窜水的问题，保障了结构耐久性，降低了事故检修排查的难度，提高了工程经济性。

为了减少东干渠施工过程对地下水的影响，保护周围建筑物安全，我们研发了新型的地下连续墙刚性接头，提出以地下连续墙、止水旋喷桩组成侧向防水，联合基坑封底的综合措施，形成基坑全封闭防水技术，保证了工程施工安全，实现施工不抽水，减少抽排地下水2.5亿立方米。为了加快盾构机进出洞的施工进度，采用了玻璃纤维筋，盾构掘进时可以直接切削地下连续墙结构，简化了施工工艺、加快了进度、降低了风险。

东干渠工程的修建，创造了特大城市环路供水格局，与常规双线输水方案相比，工程投资节省约1/3。工程2015年7月正式通水，城市70%的生活用水均通过环路输送，城市供水保证率得到提高。工程的建设提前为北京城市副中心提供了日供水60万立方米的水源保障，对北京市地下水保护及恢复起到了重要作用。