作为世界上最大的调水工程,南水北调工程东、中线输水主干线均以长距离输水为主要特点,输水渠道是南水北调工程的骨干,是实现长江水北调的关键。渠道沿线穿越的地形、地质条件复杂,水文、气象以及运行条件差异变化很大,各种渠道建筑物在施工期和运行期面临复杂气候变化的考验。解决混凝土衬砌中存在的渠道混凝土板的抗渗、抗冻融、混凝土自生收缩、干燥收缩和冷缩、面板平整以及大面积连续快速现浇施工导致的开裂等问题,对于南水北调工程的完成具有重要意义。本文结合南水北调穿黄南干渠典型工程,系统研究了水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂等对混凝土强度、变形性、耐久性、抗裂性等性能的影响,确定了补偿收缩混凝土和微膨胀混凝土两种混凝土的最佳配方组成。混凝土中粉煤灰的加入一方面可以减少水泥用量,降低成本；另一方面,会增加膨胀混凝土的和易性、耐久性等。研究发现,补偿收缩混凝土和微膨胀混凝土中粉煤灰的最佳加入量为10%-30%。膨胀剂的主要用途是配制补偿收缩混凝土、微膨胀混凝土、自应力混凝土,以减少混凝土的干缩裂缝,提高抗裂性和抗渗性。其中膨胀剂的最佳用量为8%-12%。砂率包含粗骨料和细骨料,其中,细骨料中石粉的含量对混凝土的性能能有较大影响,研究结果表明：在6.0-18.0%的范围内,随着石粉含量的增加,混凝土的抗渗性提高；在6.0-11.0%的范围内,混凝土的耐压强度性能、抗冻性能、变形性无明显变化,但是,提高石粉含量,耐压强度性能、抗冻性能、变形性能均有所下降。另外,细石粉含量的增加会加快水泥水化导致绝热温升偏高,从而对抗裂和抗冻性产生不利影响。因此,细骨料中石粉含量应该控制在一定范围内。研究结果说明,补偿收缩混凝土最佳配比为：水/胶比0.4：1；其中,固体材料的比例为：水泥：粉煤灰：膨胀剂：骨料为：1：0.35：0.16：8.3；另外,加入混凝土重量1.2%的脱水剂和0.015%引气剂。微膨胀混凝土的最佳配比为：水胶比：0.34：1；其中,固体材料的比例为：水泥：粉煤灰：膨胀剂：骨料为：1：0.25：0.13：8.1；另外,加入混凝土重量1.2%的脱水剂和0.015%引气剂。针对斜坡段混凝土衬砌工艺中以出现的混凝土难以摊铺及密实的难题,系统研究了混凝土粘度和坍落度对混凝土强度和密实度的影响。在混凝土衬砌工艺研究中,研究了斜坡混凝土振动密实成型机理,对混凝土粘度、坍落度等系数进行了确定,选取了合理的振动粘度系数及坍落度控制值,并对衬砌混凝土成型速度进行了试验研究；开展了振动源的频率、振幅、角度、振捣棒的间距等对振动能量影响的数值模拟优化。通过试验,分析确定了振捣棒之间合理的位置间距,得出了振捣棒安放角度为与混凝土底面平行放置时振动能量的传递效果最好；振捣棒的频率设置为200Hz时,振捣能量的传递较均匀,对振捣半径内的混凝土振动密实效果最优；振捣棒振幅的变化对混凝土内部能量传递的影响较小等。工程应用研究结果说明,渠道衬砌施工的最佳工艺为：机械、人工削坡→测量→基面联合验收→排水齿槽开挖→透水管预埋→铺砂压砂→保温板铺设→土工膜铺设、焊接→模板安装→浇筑混凝土→收面压光和养护→切割伸缩缝→伸缩缝填塞闭孔板→灌注密封胶。本论文的研究成果已经在南水北调东线穿黄南干渠中应用,混凝土的各项技术指标符合设计要求,为工程节约水泥约7500吨,节约投资约225万元。