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南水北调东线江苏段工程科技创新工作简介

2016年06月08日 浏览次数: 字体:[ ] 视力保护色:

  南水北调东线一期江苏段工程自2002年12月底开工建设,至2013年5月已全部完成工程试运行和通水验收,具备全线试通水条件。十多年来,我省紧密围绕建设“一流工程,精品工程”的目标,针对南水北调江苏境内工程建设重点、难点问题,组织开展了一系列重大技术攻关和专题研究,取得多项创新性成果,并成功应用于工程实践,有效地解决了工程建设难点问题,提高了工程质量效益和技术水平,特别是通过泵站工程关键技术研究攻关,使得我省境内南水北调泵站工程性能指标达到国际领先水平,有力推动了行业技术进步。

  一、工程概况

  南水北调东线一期工程是在江苏省江水北调工程基础上扩大规模并向北延伸,从长江下游扬州江都三江营附近干流取水,利用京杭大运河作为输水干线,新辟运西输水线,逐级提水北送,向黄淮海平原东部地区和山东半岛补给AG8。输水干线总长1156千米,全线共建设13个梯级泵站,总扬程65米。其中江苏省境内为9个梯级,抽江规模由现有的400m3/s扩大为500 m3/s,多年平均抽江水量达89亿m3,入南四湖200 m3/s,实现向山东半岛和黄河以北各调水50 m3/s。东线一期江苏段调水工程采用运河线和运西线双线输水布局,输水干线跨越距离404公里,双线输水线路长约1000公里,主要建设内容包括扩建、改造运河线调水工程,新辟、完善三阳河、金宝航道、徐洪河线调水工程,共需新建、改造18座大型泵站,同时实施里下河AG8调整,洪泽湖、南四湖蓄水位抬高影响处理等项目,工程总投资约122亿元。

  二、面临的技术难点和问题

  东线江苏段工程需建设数量众多的大型泵站工程,河道疏浚整治工程量大,工程建设战线长,施工条件复杂,且实行新的建管体制和运营机制,工程建设和管理运行亟待研究攻关的技术难点多。

  一是大型泵站工程数量多,东线一期江苏段工程需新建14座、改造4座大型泵站工程,均为低扬程、大流量,其中5座为大型贯流泵站,国内缺乏成熟的技术和设备,同时工程年运行时间达5000小时以上,对泵站安全可靠运行和优化调度技术要求高,降低调水成本和工程水费对提高泵站运行效率要求迫切。

  二是东线江苏境内工程河道疏浚整治工程量大,疏浚淤泥堆场征地占用大量土地资源,由于我国传统的绞吸式等疏浚方式,淤泥含水率高,自然固结时间达3~5年以上,淤泥堆场难以利用和快速复耕,不仅造成土地资源浪费,而且大大增加工程投资。因此,提高淤泥堆场利用效率、加快淤泥堆场快速循环使用,对于实现土地资源节约化利用具有重要意义。

  三是泵站工程结构复杂,尺寸变化大,由于泵送混凝土的干缩和温度影响往往造成结构薄弱环节产生裂缝。同时,泵站混凝土选用及配合比情况复杂多样,质量控制难度大。加强混凝土配合比优化和施工技术研究,对保证混凝土施工质量具有重要指导作用。

  四是工程沿线地质情况复杂,睢宁二站等工程地处郯庐断裂带,结构设计抗震要求高,浏老涧二站等工程范围内存在膨胀土地基,工程施工难度大。

  五是东线一期江苏段工程是在江苏省江水北调工程的基础上扩大规模、向北延伸,穿越扬州、淮安、宿迁、徐州等历史文化名城,沿线经济发达,水文化底蕴深厚,如何将南水北调工程功能与环境保护、生态景观和文化历史有机结合,实现水与自然、水与社会和谐,是建设者面临的重要课题。

  六南水北调工程实行以项目法人为主导的建设管理体制和“准市场”运营机制,江苏AG8公司作为项目法人如何统筹工程建设与运营管理,适应新的体制机制要求,创新建设管理模式,构建高效有力的项目管理体系,对于保障工程顺利建设和良性运行至关重要。

  三、主要技术创新成果

  自2002年12月南水北调东线江苏段工程开工以来,针对工程建设和运行管理面临的技术难点和问题,以实现“工程优质、技术先进、资源节约、管理高效”的建设目标为出发点,立足泵站高效安全运行、混凝土质量控制、土地资源节约和工程综合效益发挥,先后组织开展重大技术攻关和专题研究40余项,其中“大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化”等10余项研究得到 “十一五”国家科技支撑计划、国务院南水北调办和水利部科技创新项目计划立项支持,在低扬程大流量泵站关键技术、混凝土施工质量控制、河道疏浚淤泥堆场综合处理、泵站工程自动化技术、建筑与环境规划设计等方面取得多项创新性成果,先后获得省、部级科技进步奖6项,多项技术获得发明及实用新型专利授权,其中“大型水泵液压调节关键技术研究与应用”成果获2010年江苏省科技技术一等奖,“大型灯泡贯流泵关键技术研究与应用”成果获2011年水利部大禹科学技术一等奖,“南水北调工程大型高效泵装置优化水力设计理论与应用”获2012年度江苏省科技进步一等奖,使我省南水北调泵站工程综合性能指标达到国际领先水平。

  (一)推动低扬程大流量泵站关键技术进步

  一是大型贯流泵关键技取得突破。贯流泵具有流道顺直、水力损失小、装置效率高等优点,是低扬程泵站泵型的最佳选择。东线江苏段工程有5座泵站采用贯流泵。由于我国贯流泵相关技术研究起步晚,东线工程先期开工的大型贯流泵站技术和设备采购主要依赖进口,工程建设和运行维护成本高。在“十一五”国家科技支撑计划等支持下,结合我省南水北调相关泵站工程建设,自主研发了高性能的3套大型贯流泵装置、4副水泵叶轮模型,研制了2种新型大型灯泡贯流泵装置结构和竖井贯流泵装置结构型式。同时,综合考虑大型贯流泵装置水力设计、机组结构、泵站结构之间的相互影响,提出了泵站结构抗振优化设计方法和安全评价,实现了大型贯流泵站高效稳定运行。相关成果在我省南水北调金湖、泗洪、邳州站等工程建设中成功应用,节省设备投资达9000万元以上,相关技术已授权国内多家水泵企业生产,在其它重点水利工程建设中推广。经鉴定,贯流泵装置性能指标达国际领先水平,并获2011年度水利部大禹科学技术一等奖。二是进一步完善高效泵装置优化设计方法。围绕南水北调江苏段大型泵站效率提高,针对传统近、出水流道一维设计理论存在问题,组织开展泵装置内、外特性研究,以三维湍流理论为基础,完善复杂工况下泵装置优化设计理论和方法,建立了泵站流道水力设计准则,广泛开展南水北调泵站进、出水流道优化设计,使泵装置效率提高5%-10%。同时,研究开发了环保型组合式叶片调节系统,使得泵站始终在高效区可靠运行,并解决了传统调节机构漏油污染水体的问题,更加节能、环保。研究成果已在江苏南水北调和国内大型泵站建设中广泛应用,经水利部鉴定,相关研究成果达到国际领先、国际先进水平,并分别获2010、2012年度江苏省科学技术一等奖。三是加强泵站优化调度及自动化技术研究。为实现南水北调江苏段泵站(群)系统节能高效运行,运用复杂大系统理论方法开展东线江苏段梯级泵站(群)优化运行研究,针对变频调速和叶片角度调节方式,系统提出泵站及泵站(群)优化调度模型,并考虑潮汐与峰谷电价组合影响,开展泵站经济运行研究。同时,为规范泵站自动化系统建设技术要求,统一开发平台和接口,为工程调度运行管理系统开发和建设创造条件,结合江苏段相关大型泵站自动化监控系统建设,研究提出《南水北调泵站工程自动化系统技术规程》,并经国务院南水北调批准印发,作为南水北调工程专用技术标准。有关研究成果获得2012年江苏省水利科技进步二等奖。

  (二)促进河湖疏浚整治土地利用节约化技术发展

   南水北调东线江苏段工程需永久、临时征地约4万亩,特别是河道疏浚淤泥堆场占地面积大、淤泥含水量高、自然固结时间长,堆场占地难以快速复耕和循环使用。为节约土地资源,提高堆场占土利用效率,结合南水北调江苏段相关河道疏浚整治工程组织开展了疏浚淤泥堆场综合处置技术研究。揭示了淤泥自然沉积规律和泥水分离机理,研发了透气真空抽水装置,提出了淤泥堆场优化设计技术,形成淤泥堆场底部排水、顶部排水及平面格栅排水三种快速泥水分离技术,以及透气真空和改进传统真空快速固结技术,总结提出泥水分离和快速固结技术施工工艺,其中4项技术成果获得国家发明专利授权。研究成果已成功应用于南水北调金宝航道整治工程N1排泥场设计优化及综合处理,减少占地面积20~30%,缩短占地时间一半以上,并在淮河治理荆山湖工程等工程建设中推广应用。该项技术必将对河道疏浚和航道整治工程排泥场设计带来重大影响,有效促进土地资源的节约化利用,经济和社会效益将非常巨大。

  (三)加强泵站工程质量控制技术研究与应用

  一是开展混凝土温控防裂技术研究。泵站工程结构复杂,尺寸变化大,由于干缩和温度影响,施工期底板或上部流道结构混凝土极易开裂,特别是近年来泵送混凝土广泛应用,防裂问题变得更加棘手和突出。近年来,结合南水北调宝应站、淮安四站、淮阴三站等工程建设,开展了泵站混凝土温控防裂及施工反馈应用研究,提出由合理表面保温和内部降温为主,具有创新特色且经济可靠的防裂方法与措施。研究成果的应用有效控制了混凝土浪费,提高了工程质量,并获得2008年水利部大禹科学技术三等奖;二是强化泵站混凝土配合比研究与应用。泵站混凝土选用情况复杂,配合比多样,质量难以控制等问题,根据南水北调工程江苏境内泵站混凝土技术要求,通过现场调研,从保证混凝土抗裂性及耐久性,结合淮阴三站工等程施工,积极组织开展泵站工程砼配合比优化研究,提出了优化的混凝土配制准则,并对泵站混凝土原材料及施工质量提出了明确要求,在此基础上,研究制定了《南水北调东线泵站混凝土施工专用技术文件》,研究成果对保证南水北调工程泵站混凝土施工质量具有很好的指导作用。三是加强特殊地质条件泵站工程结构安全研究。针对刘老涧二站等工程范围内膨胀土地问题,开展了膨胀土改良技术研究与工程应用研究,提出外掺石灰、水泥等改善膨胀土力学特性的措施和工艺,并成功应用于工程施工,有效控制了膨胀土渗水导致强度破坏风险;针对睢宁二站、邳州站等工程地处郯庐断裂带,区域地质构造稳定性差的情况,开展了高地震烈度区泵站结构动力分析研究,强化结构抗震设计,并提出水泥土围束发抗地基抗液化和防渗措施。相关成果在工程设计及工程建设中得到应用,保证了泵站工程结构安全。

  (四)积极开展南水北调东线江苏段工程建筑与环境规划设计研究与实践

  南水北调工程是一项具有重大历史意义的水资源调配工程,工程浩大,战线长,涉及范围广,与沿线地区经济、社会、历史、文化、生态、环境紧密相关。东线江苏段工程以京杭运河、金宝航道、徐洪河为输水干线,穿越扬州、淮安、宿迁、徐州等历史文化,既是南水北调东线源头工程,又赋予古老运河新的活力和使命,更是沿线城镇新的名片。

  为充分发挥南水北调东线工程的综合作用,将工程功能与环境保护、生态景观和文化历史有机结合,实现水与自然、水与社会和谐,组织开展了南水北调东线工程江苏段建筑与环境保护发展研究,提出了构筑"运河文化线路、水利遗产廊道、景观游憩廊道、城镇经济廊道"的总体思路,据此研究编制《南水北调江苏段工程建筑与环境总体规划》及《设计导则》,提出跨学科综合集成的南水北调工程建筑与环境规划设计方法,提升了大型水利基础设施规划设计理念,建立了东线江苏段工程建筑与环境规划设计指导与控制标准。成果在我省南水北调工程建设中普遍推广应用,有效提升南水北调工程的综合功能与总体形象。相关成果获2012年江苏省科学技术三等奖。      

  (五)着力开展项目管理体制机制创新

  南水北调东线江苏段工程开工以来,为适应南水北调工程新的建管体制和运营机制,我省着力加强项目管理体系构建,创新建管模式,并组织开展了南水北调东线一期江苏境内工程单元控制管理、设计变更管理、工程项目管理预算及价差、先期完成项目运行维护管理等专题研究,相关研究成果在工程建设及运行管理中得到成功应用,较好地实现了工程建设进度、投资、质量、安全的有效控制和完建工程的高效管理。

  一是创新工程建设管理机制。在建立健全项目法人制的同时,本着降低成本、高效管理的原则,AG8充分利用江苏水利的行业优势,针对不同工程项目特点,分别采取了直接建设、联合建设和委托代建等多种建设管理模式,组建现场管理单位,作为项目法人的派出机构,具体承担工程建设现场管理工作。同时,明确职责分工,强化对资金、质量、进度和安全的有效控制。二创新前期工作管理。为了提高设计质量,优化工程设计,适应新体制机制的要求,建立设计单位、技术咨询机构、项目法人三级质量控制措施,组建南水北调工程专家组,实行设计进度和质量跟踪管理。建立完善招标设计、施工图设计和设计变更管理审查审批机制,鼓励优化设计,严格控制工程投资和重大设计变更。三是创新项目控制管理体系。在工程建设过程中,以合同管理为主线,研究开发包括投资、进度、质量、安全、征地拆迁为基础的信息管理系统,强化对建设过程的动态管理,保证工程建设有序推进和总体建设目标的实现。四是创新工程管理模式。针对江苏南水北调工程在管理、运营体制上的复杂性和新要求,加强完建工程运行维护管理研究,积极探索建立适应市场经济条件下的管理模式,实行工程管养分离,以先期完建的宝应站、刘山站、解台站等工程为试点,首创通过招标择优选定工程养护单位,建立养护标准、规范考核管理,既提高了养护水平,又降低了工程管理维护的成本。



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