获奖项目展示
　　项目名称：南水北调中线北京段西四环暗涵工程关键技术研究与应用
　　所获奖励：2009年度北京市科学技术奖一等奖
　　承担单位：北京市水利规划设计研究院
　　
　　要怎么样才能在一条车水马龙的城市主干道下面平行地挖两条隧道，而且不影响路面建筑；要怎样才能让隧道垂直通过地铁站，而且对地铁的已有基础不产生破坏……不能影响道路交通、不能影响路面建筑、不能影响附近居民生活，必须保证工程质量、必须保证工程进度……当南水北调中线北京段西四环暗涵工程还没有开始的时候，就已经有无数的工程难题摆在了工程负责单位和人员面前了。
　　
　　困难要想在前面
　　
　　南水北调中线工程建设的任务是按照年净调水10亿立方米的规模兴建输水总干渠工程，为前期将河北省西大洋、王快、岗南、黄壁庄等水库的水保证在奥运之前能调向北京，为北京提供应急水源创造条件，最终将丹江口水库的优质水源安全、可靠地输送到终点团城湖，向北京市提供生活、工业用水。
　　“这个工程可以说是难度高、要求严、时间紧。”工程主要负责人之一的付云升总工程师告诉记者。
　　南水北调中线工程采用暗涵的工程方式，而工程所处地层为第四系砂卵石地层，含砾量高、粒径大，极易造成塌方。可以说是地质构造复杂，自稳能力极差。
　　与此同时，暗涵布置于西四环路正下方，沿途需穿越23座立交桥、五棵松地铁站等重要建筑物（穿越建筑物总长度1.96公里）。上述建筑物均为国家或北京市的重要交通干线，可谓国家经济命脉。暗涵穿越不允许对其造成任何影响。另外，北京市政府提出“不扰民、不断路、不影响交通” 的高标准要求，也为工程增加了更大的难度。
　　“本工程与穿黄工程并称为南水北调中线最艰巨的两项工程。”付云升总工回忆当年的情况时很有感慨。
　　也正是因为工程的难度所有人都心知肚明，所以，这样一个重大的工程从一开始就确定了由经验丰富的北京市水利规划设计研究院全权负责，而放在研究院工程参与人员面前的重要研究课题之一是如何制定合理的方案，保证暗涵输水功能，满足上面道路及立交桥严格的变形控制指标，这个课题关系着工程的成败。
　　面对这样一个难度系数很高、可参考经验没有、各方面要求又必须达到的工程，虽然工程真正实施时间只有两年多，但自2002年至2008年，北京市水利规划设计研究院的工程师们针对工程难点带来的科学技术问题，从理论与实践技术上进行了全方位的系统研究。
　　“在前期充分了解地层特性的基础上，我们联合有关科研院所进行技术攻关，基于有限元仿真技术对暗涵结构及施工受力进行了分析研究，采用现代工程数学方法，建立20组三维数学模型，模拟仿真施工实际情况。为确定设计中的关键环节、施工中的关键步序、监测的重点部位及指标提供了必要的依据。”
　　以理论研究成果为依据，结合实地暗挖试验及监测，工程研究人员提出了一套评价结构危险性程度的度量体系。同时，对浅埋暗挖现有工艺的材料及施工方法进行了优化研究。首次提出了新型小导管超前加固地层，圆形钢格栅制作与连接，锁脚锚杆注浆，雷达跟进检查等新工艺。
　　为了在工程的实施过程中保证路面建筑的安全性，根据结构危险性程度的评价指标，还将穿越建筑物的危险性进行了分级，并进行相应的工艺集成，提出了6类集成工艺技术体系。
　　“必须把有可能碰到的问题都放在工程开始前考虑到。”
　　
　　沉降不能超过5毫米
　　
　　暗挖工程具有隐蔽性、动态性的特点，需要动态修正完善设计，优化工程运行管理措施，确保地下工程施工和周边环境及构筑物的安全。即使是这样，相比同类型的工程，南水北调中线北京段西四环暗涵工程的难度还是有很大的不同。
　　“虽然西四环工程，在南水北调工程设计之初就已经把路线预留了下来，但是，随着城市的发展，现在的西四环和上世纪90年代的西四环可是有了很大的不同了！”发展到了21世纪初，工程已经全线位于北京市城市快速路——西四环路主路下，总长12.64公里，穿越了北京市整个西部繁华区。沿途需穿越23座主要立交桥、4条引水渠、近百条地下管线重要建筑物，周边环境条件十分复杂。
　　在西四环暗涵工程之前还没有在这样的地层中长距离暗挖的先例，根据给定的工程平面线路，暗涵距立交桥基础最近处仅为1.85米，距地铁站仅3.7米，两暗涵之间最近处净距仅为1米。上述条件给设计和施工带来极大的挑战，需超越规范标准设计与施工。稍有失误，后果不堪设想。
　　“由于地面上的道路和立交桥、周围的建筑及地面下的地铁、各种管道混杂在一起，复杂的环境也对我们的工程提出了不同的要求。就从暗涵工程必然产生的沉降来说，我们这个工程的容许范围也是十分严苛的，最重要的地段沉降要求不能超过5毫米。”
　　怎么解决这样的问题？工程设计单位想出的方法是预先注浆加固。同时，为了及时准确地了解结构所处状态，研究了第三方监测为主导的信息化反馈过程，提出了反馈控制动态体系。并首次将第三方监测引入水利工程中，通过设置1421个沉降监测点，13个永久监测断面、863支传感器。对暗涵结构、周边地层及建筑的变形、受力、渗漏进行连续监测，实现了数据的自动化采集与反馈。同时对采集的数据进行实时分析，表征建筑物的动态规律，客观、及时、准确地将信息反馈至设计、施工、管理等单位，为有效地进行过程控制提供依据。
　　利用上述工艺集成技术，在没有现行规范可循的条件下，工程实现了双线暗涵长距离小间距穿越立交桥基础，解决了施工成洞困难、单洞输水应力偏异等技术难题。保证了地铁站、五棵松桥及暗涵结构的安全，使地铁站提前半年解除限速。
　　输水，是这个工程的主要目的。为保证提高暗涵的输水能力，通过试验研究、方案比选及抗震分析，工程组确定了暗涵最佳的变形缝间距，形成适应地层变形和抗震的构造体系。制定了在暗涵初期支护和二次衬砌之间设置连续焊接防水板材，形成由连续防水板和二次衬砌组成的暗涵防水体系。通过提炼与总结，提出了适应于复杂环境条件的有压输水工程复合防渗技术。实施后的检验证明，暗涵防水效果良好，满足相关规范要求。经论证及观测不影响桥梁、地铁站等交叉建筑物的安全。
　　该工程于2008年5月通过国务院南水北调工程建设委员会办公室组织的通水验收。2008年7月通水运行，供水量超过6亿立方米。