Điểm nhấn Kênh đào Bình Lục ④ | Đường ống siêu khổng lồ, điều khiển nước tinh tế
平陆运河看点④ | 超级管道 精妙驭水
**Bài viết:**
Tháng 2 năm nay, một góc công trường thi công hành lang dẫn nước tại Mã Đạo khu nút thông đường thủy Bình Lục. Ảnh: Chu Quân
Bước vào buồng âu tàu sâu như hẻm núi tại khu nút Mã Đạo của kênh đào Bình Lục, trên nền "đáy hẻm" bằng phẳng, hàng dài những "chiếc ghế dài" bê tông thu hút ánh nhìn. Quan sát kỹ, dưới mỗi "chiếc ghế" còn ẩn chứa một khe nứt dài, hẹp và sâu thẳm.
Kỹ sư hiện trường giới thiệu, tên chính thức của "chiếc ghế" là "tấm ốp tiêu năng", còn khe nứt chính là cửa cấp/xả nước của buồng âu, thông xuống phía dưới chính là hành lang dẫn nước của toàn bộ âu tàu.
Có thể tưởng tượng, khi buồng âu hoạt động, một lượng lớn nước nhanh chóng qua lại cửa cấp/xả nước thông qua hành lang dẫn nước, dòng nước mang năng lượng khổng lồ dưới sự phân chia của các tấm ốp tiêu năng trở nên êm dịu hơn, các con tàu trong buồng âu giống như đang ngồi "thang máy trên mặt nước", lên xuống xuyên suốt, qua lại tự nhiên trong luồng lạch.
Tấm ốp tiêu năng và cửa cấp/xả nước là phần cuối của hệ thống dẫn nước tinh vi cho âu tàu tiết kiệm nước. Hệ thống này đã giải quyết một điểm khó của âu tàu tiết kiệm nước: làm thế nào để vận chuyển nước an toàn, hiệu quả, đảm bảo giao thông thủy thuận lợi.
Hành lang dẫn nước là lõi của hệ thống dẫn nước. Khác với hành lang dẫn nước của âu tàu thông thường chỉ cần kết nối thượng hạ du luồng lạch, các khu nút Mã Đạo, Kỳ Thạch của kênh đào Bình Lục là âu tàu tiết kiệm nước kiểu ba cấp chồng lên nhau lớn nhất thế giới, hành lang dẫn nước của chúng còn kết nối với ba bể tiết kiệm nước, khiến độ khó về thiết kế và thi công tăng lên gấp bội.
Quan trọng hơn, âu tàu tiết kiệm nước ngoài "tiết kiệm nước", còn phải "tiết kiệm thời gian". "Lưu lượng đỉnh tối đa cho mỗi lần thông âu tại âu tàu Mã Đạo và Kỳ Thạch lần lượt là 519,6 m³/giây và 595 m³/giây, lượng nước vận chuyển lên tới hơn 300.000 m³, tương đương 170 bể bơi, trong khi thời gian cần được kiểm soát trong vòng 16 phút để nâng cao hiệu quả thông hành của tàu thuyền", ông Lý Trung Hoa, Tổng công trình sư Viện Nghiên cứu Thủy công Thủy lực thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Nam Kinh cho biết.
Vì vậy, đội ngũ thi công đã tập trung nghiên cứu các công nghệ then chốt của hệ thống dẫn nước âu tàu tiết kiệm nước. Các khu nút Mã Đạo, Kỳ Thạch áp dụng hình thức hệ thống dẫn nước phân tán với bốn đoạn, tám nhánh hành lang, đồng thời bố trí 96 nhóm lỗ nhánh dẫn nước, đảm bảo việc dẫn nước nhanh chóng và ổn định. Hệ thống dẫn nước phức tạp và chặt chẽ này đã góp phần giúp kênh đào Bình Lục tạo ra âu tàu tiết kiệm nước có tốc độ vận hành nhanh nhất thế giới.
Nếu quan sát mô hình hoạt hình 3D của hành lang dẫn nước tại các khu nút Mã Đạo, Kỳ Thạch, sẽ thấy tổng chiều dài hơn 4000 mét của hệ thống đường ống được bố trí phân tầng, dọc ngang chằng chịt, giống như một "mê cung ngầm" khổng lồ.
Việc đưa "mê cung ngầm" này từ bản vẽ ra thực tế là điều vô cùng khó khăn.
Cả hai khu nút Mã Đạo và Kỳ Thạch đều là âu tàu có cột nước cao. Cột nước tại khu nút Mã Đạo lên tới 29,6 mét, tại Kỳ Thạch là 27 mét. Dòng nước đổ xuống từ độ cao tương đương 9 tầng lầu tạo ra lực xung kích khổng lồ lên hành lang dẫn nước và kết cấu âu tàu.
"Để khắc phục ảnh hưởng của dòng chảy tốc độ cao, chúng tôi đã cải thiện tốc độ và trạng thái dòng chảy trong hành lang thông qua việc thiết kế hợp lý đường tuyến và bán kính vòng cung của hành lang, đồng thời sử dụng bê tông có cường độ cao hơn, chống xói mòn và chống mài mòn tốt hơn cho thành trong hành lang", ông Viên Hòa Bình, người phụ trách thiết kế khu nút Mã Đạo của kênh đào Bình Lục, nêu ra giải pháp đối phó.
Đường tuyến và các khúc cua phức tạp khiến hành lang dẫn nước có vô số mặt cắt dị hình, việc đổ bê tông chính xác trở thành một thách thức.
Cốp pha sử dụng cho việc đổ các kết cấu bê tông thông thường thường vuông vức, ngay ngắn, nhưng cốp pha cho hành lang dẫn nước của kênh đào Bình Lục lại hoàn toàn khác biệt: hình cổ ngỗng, hình chạc nhánh, hình bướu lạc đà... "Âu tàu tiết kiệm nước kiểu chồng là sáng tạo đầu tiên trên thế giới, việc thiết kế cốp pha không có tiền lệ", trong máy tính của bạch Lộ Lộ, Phó tổng công trình sư dự án khu nút Kỳ Thạch, hơn 600 bản vẽ thiết kế ghép lại thành đường nét 3D của hành lang dẫn nước, dùng để hướng dẫn thi công hiện trường.
"Đoạn cổ ngỗng" là phần then chốt của hành lang dẫn nước, đúng như tên gọi, hình dạng của nó giống như cổ của một con thiên nga. "Đoạn cổ ngỗng của hành lang dẫn nước khu nút Kỳ Thạch có tổng chiều cao 27 mét, hình dạng mặt cắt thay đổi liên tục theo độ cao tăng dần, công nghệ thi công và độ khó kiểm soát chất lượng cực kỳ cao", ông Lý Hồng Giang, Tổng công trình sư dự án khu nút Kỳ Thạch cho biết. Đội ngũ thi công đã sử dụng công nghệ BIM can thiệp sớm vào thiết kế cốp pha, phân tích từng đoạn của phần cổ ngỗng, thiết kế cốp pha chuyên dụng, đồng thời điều chỉnh và kiểm tra tính toán, đảm bảo mọi góc độ, mọi đường cong đều chính xác tuyệt đối.
Hành lang dẫn nước giống như huyết mạch của khu nút âu tàu, thành trong hành lang cần chịu được sự xói mòn lâu dài của dòng nước tốc độ cao, một chút gồ ghề trên bề mặt cũng có thể gây ra xâm thực, gây hại cho sức khỏe của "huyết mạch". Tiêu chuẩn ngành yêu cầu độ phẳng là 10 mm, nhưng kênh đào Bình Lục, với mục tiêu "công trình chất lượng cao", đã đề ra tiêu chuẩn 8 mm.
"Độ phẳng 8 mm, gần như bằng với mặt gương rồi", ông Đường Sách Kiền, Phó tổng công trình sư Công ty TNHH Xây dựng Kênh đào Bình Lục Quảng Tây thuộc Tập đoàn Kênh đào Bình Lục cho biết. Các biện pháp công nghệ thi công thông thường không đáp ứng yêu cầu, vậy thì mạnh dạn đổi mới. Sau nhiều lần thử nghiệm, họ đã tìm ra "phương pháp năm bước" nâng cao độ phẳng: "rung, lèn, xoa, miết, thu", tạo ra bề mặt thành trong hành lang mịn màng, nhẵn bóng như gương.
Ngày nay, hành lang dẫn nước đã hoàn thành thi công đang nằm yên dưới âu tàu của khu nút kênh đào Bình Lục, chờ đợi sự kiểm nghiệm của dòng nước cuồn cuộn. Khi con kênh chính thức thông thuyền, giữa lúc cửa âu mở ra đóng lại, dòng nước sẽ chảy dọc theo "siêu đường ống ngầm" này một cách mượt mà, hóa thành sự nâng đỡ dịu dàng, nâng đỡ những con tàu khổng lồ 5000 tấn vượt qua chênh lệch mực nước một cách dễ dàng, nhẹ nhàng qua lại giữa sông và biển. (Lương Hàm, Dữu Lâm, Lê Hâm)
Xem ban goc tieng Trung
今年2月，平陆运河马道枢纽输水廊道一角的施工现场。周军 摄
走进平陆运河马道枢纽船闸深如峡谷的闸室，平展的“谷底”上，一排排混凝土“长凳”吸引着人们的目光。仔细观察，每张“长凳”下还藏着一道狭长幽深的缝隙。
现场工程师介绍，“长凳”的正式名称是“消能盖板”，而缝隙则是闸室的充排水口，其下连通的，便是整座船闸的输水廊道。
可以想象，当闸室启用，大量水体快速通过输水廊道从充排水口进出，携带巨大能量的水流在消能盖板的分割下趋于平缓，闸室内的船舶犹如乘坐“水上电梯”，在航道里上下穿梭、往来自如。
消能盖板和充排水口是省水船闸精密输水系统的末梢。这一系统破解了省水船闸的一个难点：如何让水安全高效输送，保障船舶的通航顺畅。
输水廊道是输水系统的核心。与常规船闸输水廊道只需连通航道上下游不同，平陆运河马道、企石枢纽是世界最大的三级叠合式省水船闸，其输水廊道还连通着三级省水池，设计、建设难度成倍增加。
更为关键的是，省水船闸除了“省水”，还要“省时”。“马道、企石船闸单闸次最大峰值分别为每秒519.6立方米和595立方米，输水量达30多万立方米，相当于170个游泳池，而时间需要控制在16分钟内，以提升船舶的通行效率。”南京水利科学研究院水工水力学研究所总工李中华说。
为此，建设团队围绕省水船闸输水系统关键技术展开攻关，马道、企石枢纽采取四区段八支廊道的分散输水系统形式，同时设置96组输水支孔，保证输水的快速平稳。复杂严密的输水系统，助力了平陆运河打造世界运行速度最快的省水船闸。
如果观察马道、企石枢纽输水廊道的三维动画模型，会发现总长度超过4000米的管道分层布设、纵横交错，犹如庞大的“地下迷宫”。
要把这座“地下迷宫”从图纸搬到实处，殊为不易。
马道、企石枢纽都是高水头船闸。马道枢纽水位落差达29.6米，企石枢纽达27米。水流从差不多9层楼的高度奔涌而下，对输水廊道和船闸结构产生巨大的冲击力。
“为了克服高速水流的影响，我们通过设计合理的廊道线型和转弯半径，改善廊道内水流的流速和流态，并在廊道内壁采用强度更高、抗冲刷、耐磨性更好的混凝土。”平陆运河马道枢纽设计负责人袁和平道出应对之策。
复杂的线型、弯道，使输水廊道的异型断面极多，精准浇筑成为难题。
常规混凝土结构物浇筑使用的模板是方方正正的，而平陆运河输水廊道的模板却截然不同，鹅颈状、分叉状、驼峰状……“叠形省水池船闸是世界首创，模板设计没有先例。”在企石枢纽项目副总工白露露的电脑里，600多张设计图纸拼出输水廊道的三维轮廓，用于指导现场施工。
“鹅颈段”是输水廊道的关键部分，顾名思义，其形状就像天鹅的脖子。“企石枢纽输水廊道的鹅颈段总高度有27米，截面形状随着高度的上升不断变化，施工工艺及质量控制难度极高。”企石枢纽项目总工李洪江介绍，建设团队运用BIM技术提前介入模板设计，对鹅颈段进行逐段分析，设计专用模板，并进行调整和验算，确保每一个角度、每一个弧度都精确无误。
输水廊道犹如船闸枢纽的血管，廊道内壁需要长期承受高速水流的冲刷，表面的一点凹凸，都有可能引发空蚀，危害“血管”的健康。行业规范要求的平整度是10毫米，平陆运河立足“优质工程”目标，提出了8毫米的标准。
“8毫米的平整度，跟镜面也差不多了。”平陆运河集团广西平陆运河建设有限公司副总工程师唐策乾说。常规施工技术措施达不到要求，那就大胆创新。经过反复试验，他们摸索出“振、填、搓、抹、收”的平整度提升“五步法”，打造出如镜面般光滑细腻的廊道内壁。
如今，已经完成建设的输水廊道正静卧在平陆运河枢纽船闸之下，等待澎湃水流的检验。当运河正式通航，闸门启闭间，水流将沿着这条地下“超级管道”丝滑涌动，化作温柔托举，承载着5000吨巨轮轻松跨越水位差，翩然往返于江海之间。（梁菡 庾琳 黎鑫）