探寻引江补汉工程建设
安全高效的“密码”
中国南水北调集团
科技创新系列报道之四
引江补汉工程
作为南水北调后续工程首个重大开工项目，引江补汉工程不仅是加快构建国家水网主骨架和大动脉的标志性工程，更是我国水利工程领域科技创新的“试验田”。工程设计伊始，就把科技创新基因融入工程建设之中，致力于打造现代化水利工程标杆。
从地下隧洞“大型机械配套”的机械化突破，到数字孪生技术的全流程应用，从智能机器人生产加工原材料，到超前物探和超前钻探的全洞段覆盖，这些科技创新成果不仅确保引江补汉工程建设安全高效，而且充分展现了我国在大型水利工程建设中的科技实力与创新智慧。
PART.01
智能建造引领隧洞推进
中国南水北调集团江汉水网公司大力推进“机械化换人、自动化减人、智能化无人”应用，钻爆法施工全面采用大型机械配套作业，TBM法施工采用“1234”TBM集群安全高效掘进，提升本质安全水平。智能建造全面推广“工厂化、专业化、机械化、自动化、智能化”管理，在工程全线建设综合加工厂、混凝土拌合站、工地试验室等，有效保障工程质量。
走进智能综合加工厂，设备摆放井然有序，全部由可编程计算机精准控制。操作人员在电脑上设置好参数，钢材下料、剪切、弯曲、焊接等多项工序无缝自动流转，确保了下料精度、焊接质量，提高了生产效率，真正实现了批量化精准加工生产。
综合加工厂内钢拱架自动化生产线正在作业
在智能混凝土拌合站，可根据BIM模型，自动计算每一仓混凝土的详细用量，并将配合比和方量任务发送至拌合站信息化系统，拌合站根据任务详情进行自动取料、物料输送、拌制、分发运输任务、出料，实现混凝土全过程自动化、信息化、可视化流转，实现混凝土构件智能化管理。
引江补汉工程拌和站
质量检测项目试验室配套EMD自动采集软件的智慧管理信息系统，实现了力学设备试验数据的自动上传、自动计算，并生成标准化原始记录，该软件覆盖混凝土、砂浆、钢筋及接头、铜止水及接头、橡胶止水等全参数采集，且自带数据台账功能，便于历史数据查阅，极大提高了试验检测效率。
自引江补汉工程开工以来，复杂地质条件成为制约工程推进的关键因素。面对“拦路虎”与“硬骨头”，江汉水网公司以数字孪生为核心技术支撑，创新构建“科研-工程”双轮驱动机制，助推引江补汉工程智慧工地建设。
具体来说，数字孪生技术能够实时收集和分析工程现场的各种数据，如围岩地质信息、环境信息、设备状态等。这些数据不仅用于实时监控工程进展，还能预测可能出现的问题，给出处置建议，提前做出调整。同时，通过模拟和仿真，工程师们还可以在虚拟环境中进行各种方案的测试和优化，从而控制地灾风险、提高施工效率、保障施工安全。
在引江补汉工程现场的数字孪生智能建造中心，大屏幕上实时呈现着工程施工的各个环节，能够精准掌握每一刻的施工人数，进出隧洞人员信息一目了然。通过屏幕不仅可以知晓物料运输的每一个动态，还可以实时监测隧洞掘进，并及时预报预警，真正实现了“一屏观全域、一网管全局”。
此外，数字孪生技术还支持智能决策，利用地质预报信息，预测隧洞前方地质情况，自动推荐不良地质处置方案，帮助管理者做出更加科学合理的决策。
数字孪生技术让每一个人都拥有了洞悉全局的智慧之眼，为引江补汉工程建设带来了安全保障、效率提升和成本降低等多方面的效益。引江补汉工程是水利部数字孪生先行先试唯一一个全生命期试点工程，2024年，引江补汉工程“面向数字化交付的工程建设管理系统”成功入选水利部数字孪生建设典型案例。
PART.02
预报先行护航安全施工
引江补汉工程保康段全长59.45公里，是全线最为复杂，拥有全线唯一一条活动断裂带“通城河断裂”，同时兼具埋深大、岩性复杂、软岩和可溶岩分布广、断层规模大数量多等地质特点。
为破解不良地质条件下工程建设难题，筑牢工程安全根基，江汉水网公司从初始即重视运用超前地质预报技术，提前探测地质风险，在有序高效、保质保量推进隧洞工程建设的同时，把握好安全生产主基调。
作为地下工程的生命线，超前地质预报通过“CT式诊断”辨别隧洞掌子面前方地质条件，为施工决策提供依据。不同于传统单一探测方法，江汉水网公司建立了“物探-钻探”综合应用的超前地质预报技术体系：在钻爆段，创新采用“地震波法+瞬变电磁法+地质雷达法”三级探测模式；在TBM段，创新采用“地震波法+激发极化法”组合探测模式，实现长、中、短距递进式扫描。
这种“全距扫描-重点成像-靶向验证”的技术矩阵，可以使地质预报成果准确率近乎100%。开挖印证结果表明，超前地质预报成果与施工现场掌子面实际开挖揭露的围岩地质条件基本吻合。
在工程实践中，江汉水网公司创新实施“三级防控”机制：设计阶段通过BIM建模预演地质风险，施工阶段实时监测围岩应力，专项检测阶段配置综合探测模式扫描。技术体系与工程管理的深度融合，催生出“预报-预警-预控”的全周期防控链条。数据显示，保康段累计开展295轮次地质预报，覆盖里程达8019米，成功规避潜在地质风险20余次。
PART.03
精准预控赋能断层治理
引江补汉工程输水主隧洞穿越区域性深大断裂7条，大型断层66条，区域地下水丰富，预测共有122个洞段存在涌水风险，累计洞长10.69公里，严重威胁着施工安全和工程进度。
为了规避地质风险，江汉水网公司借鉴国内外工程经验，结合技术、经济、质量、工期等多方面的限制和考虑，针对性地选择百峰断层、榨溪沟断层、阳日九道断裂等8条断层进行地表复合定向钻超前灌浆处理，处理断层宽度总计达2016米。
这是一项复杂而艰巨的任务。地表复合定向钻超前灌浆，通过多个支孔对涌水突泥风险洞段进行高压劈裂或渗透灌浆，加固洞周岩体，增强岩体防渗性能，防止隧洞开挖过程发生大涌水或者涌水突泥。同时，不占用隧洞开挖的直线工期，避免TBM掌子面施工场地受限和钻孔灌浆时的施工风险。
这一技术的难点在于隧洞埋深大，钻孔轨迹需精准穿越多层破碎带，靶向定位难。且成孔稳定性差，地表灌浆和洞内掘进进度不一致，协同控制难度大。江汉水网公司依托榨溪沟地表定向钻超前灌浆工艺试验区，将工程“重难点”转化为科研“试验田”。
通过现场工艺试验，进一步研究探索提高灌浆工效。利用限制注入率、逐级升压等实现定量控制灌浆。目前，引江补汉工程百峰断层、黄化断层地表复合定向钻超前灌浆工程正在紧张有序施工，将为TBM穿越不良地质段夯实基础。
科技赋能大国重器，智慧书写治水新篇。
下一步，中国南水北调集团将在
科技赋能工程建设的
“试验田”中持续深耕，
全力推进
“安全、精品、绿色、智慧、阳光”
引江补汉工程建设，
为着力构建
“系统完备、安全可靠，
集约高效、绿色智能，
循环通畅、调控有序”
的国家水网贡献更多力量。
撰稿丨李辉 瞿歌 邱悦来
责编 | 安亦扬
校核 | 陈思璐
审核 | 李东海
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