三峽工程是一項(xiàng)創(chuàng)新工程


三峽工程以“高峽出平湖”的宏偉氣勢(shì)令全世界矚目，不僅工程總量和裝機(jī)容量位居世界第一，而且是當(dāng)今世界技術(shù)水平最高的水電工程。三峽工程13年建設(shè)，創(chuàng)造出人類文明史上的曠世奇觀。

三峽工程建設(shè)需要眾多學(xué)科的綜合集成。眾多學(xué)科的綜合集成過(guò)程就是一個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程。三峽工程建設(shè)涉及水工、施工、泥沙、航運(yùn)、水文、氣象、地質(zhì)、材料、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、生態(tài)、環(huán)境、信息……等眾多學(xué)科和專業(yè)領(lǐng)域。除直接參與工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、業(yè)主、施工、監(jiān)理單位的科技人員外，新中國(guó)成立五十年多來(lái)，尤其是近二十多年，全國(guó)有數(shù)十家科研院所和高校、數(shù)萬(wàn)名科技人員投入三峽工程的科技工作，提交了近萬(wàn)份科技成果報(bào)告。同時(shí)針對(duì)重大技術(shù)難題，匯集全國(guó)科技精華，充分發(fā)揮專家的作用，展開(kāi)科技攻關(guān)，并借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)決策。這些科技成果為三峽工程建設(shè)和樞紐運(yùn)行等重大問(wèn)題的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工工藝、保證工程質(zhì)量、節(jié)約工程投資、促進(jìn)現(xiàn)代化管理發(fā)揮重要作用。

三峽工程是中華民族自主創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。面對(duì)一系列世界級(jí)難題，參加三峽工程建設(shè)的全體三峽建設(shè)者，始終把科技創(chuàng)新貫穿于工程建設(shè)的全過(guò)程。除機(jī)組和少數(shù)施工設(shè)備從國(guó)外引進(jìn)外，其余的設(shè)備、材料、設(shè)計(jì)、施工全部由中國(guó)自己的隊(duì)伍完成。通過(guò)三峽工程的建設(shè)，三峽工程在集成創(chuàng)新（大壩混凝土快速施工、雙線連續(xù)五級(jí)船閘工程、導(dǎo)截流及圍堰工程）、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新（以三峽工程為載體，推進(jìn)大型機(jī)電裝備國(guó)產(chǎn)化）、原始創(chuàng)新（中國(guó)自主開(kāi)發(fā)的發(fā)電機(jī)蒸發(fā)冷卻技術(shù)）等方面取得了一系列的重大成就，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“三峽品牌”的技術(shù)。同時(shí)通過(guò)工程的組織建設(shè)，形成了一整套特大型水電工程建設(shè)管理模式，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、進(jìn)度和投資有效控制，高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)了三峽工程按期蓄水、通航、發(fā)電三大目標(biāo)。

三峽工程在建設(shè)過(guò)程中，成功的研究解決了一系列重大科技難題，多項(xiàng)成果具有世界領(lǐng)先水平，走出了一條三峽特色的自主創(chuàng)新道路。截至2005年底，三峽工程科技成果已獲得國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)14項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)200多項(xiàng)，獲得專利數(shù)百項(xiàng)，同時(shí)創(chuàng)造了100多項(xiàng)世界之最。這些研究成果不僅在三峽工程建設(shè)中得到了全面應(yīng)用，取得了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)許多技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外大型水電工程中得到應(yīng)用和推廣。

三峽工程重大創(chuàng)新成果

一、大壩混凝土澆筑

三峽工程混凝土工程量巨大，總量達(dá)2800萬(wàn)立方米，其中大壩混凝土量達(dá)1600萬(wàn)立方米，高峰施工強(qiáng)度需要1年澆筑混凝土逾500萬(wàn)立方米。如何在高強(qiáng)度混凝土施工中，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑的高質(zhì)量，讓三峽工程按期保質(zhì)，甚至提前發(fā)揮其巨大的綜合效益，一直是三峽工程設(shè)計(jì)、施工與工程管理的核心問(wèn)題。為此，三峽總公司組織參建各方和科研單位從混凝土原材料與配合比、混凝土澆筑方案與配套工藝、大體積混凝土溫控防裂等方面進(jìn)行綜合攻關(guān)，采用一系列最新技術(shù)，集成創(chuàng)新，成效顯著。

新型的混凝土原材料與配合比：為充分利用工程本身開(kāi)挖出的花崗巖基巖，三峽工程在國(guó)內(nèi)率先將花崗巖破碎后用作混凝土人工骨料，首次利用性能優(yōu)良的I級(jí)粉煤灰作為混凝土摻合料，投入數(shù)百萬(wàn)元研究混凝土配合比，包括進(jìn)一步改進(jìn)高性能的外加劑，使混凝土綜合性能達(dá)到最優(yōu)水平。經(jīng)多家權(quán)威研究機(jī)構(gòu)和總公司試驗(yàn)中心平行試驗(yàn)，優(yōu)選出的大體積混凝土配合比單位用水量?jī)H90kg/立方米左右，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

革命性的混凝土澆筑方案：混凝土澆筑方案和配套工藝是大壩混凝土施工的關(guān)鍵。經(jīng)國(guó)內(nèi)外多次調(diào)研、深入論證，三峽總公司決定引進(jìn)國(guó)外最先進(jìn)的大壩澆筑專用設(shè)備——塔帶機(jī)，確定了以塔帶機(jī)為主的混凝土澆筑方案。該方案的特點(diǎn)是，混凝土從拌和樓生產(chǎn)出來(lái)后，通過(guò)皮帶機(jī)將混凝土輸送到塔帶機(jī)上，再由塔帶機(jī)直接將混凝土有序地?cái)備伒酱髩蝹}(cāng)面上。這種工廠化的生產(chǎn)方式，相比間斷式的汽車運(yùn)輸加起重機(jī)吊罐入倉(cāng)的傳統(tǒng)澆筑工藝，可以說(shuō)是一場(chǎng)大壩澆筑的工藝革命（塔帶機(jī)澆筑速度達(dá)200m3/h，臺(tái)月產(chǎn)量達(dá)5～6萬(wàn)m3，是門塔機(jī)的2～3倍）。但是，塔帶機(jī)是上世紀(jì)八十年代才開(kāi)發(fā)出來(lái)的新設(shè)備，國(guó)外并無(wú)多少成熟經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際使用中，三峽工程不斷創(chuàng)新，摸索總結(jié)出了一整套保證質(zhì)量的施工工藝。主要有：克服了骨料分離的難點(diǎn)，成功地用塔帶機(jī)澆筑四級(jí)配混凝土；由于塔帶機(jī)不宜輸送砂漿，成功研究出“軟著陸”替代方案；對(duì)多層水平鋼筋網(wǎng)、廊道、模板周圍等塔帶機(jī)澆筑困難的部位，總結(jié)出一整套成熟工法，保證了質(zhì)量；總結(jié)出了一整套塔帶機(jī)及混凝土皮帶機(jī)的安裝、運(yùn)行、維護(hù)操作管理辦法，培養(yǎng)出了一批高素質(zhì)的運(yùn)行管理骨干，始終使設(shè)備保持在完好狀態(tài)，滿足了連續(xù)高強(qiáng)度澆筑混凝土的需要；與國(guó)內(nèi)專業(yè)廠家合作，塔帶機(jī)主要零部件已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，保障了供應(yīng)，降低了成本。

創(chuàng)新性的混凝土溫控防裂技術(shù)：大體積混凝土溫控防裂是大壩施工的又一重點(diǎn)與難點(diǎn)。由于皮帶機(jī)運(yùn)送預(yù)冷混凝土?xí)r溫度回升較大（夏天高溫季節(jié)時(shí)，每運(yùn)送150米，混凝土溫度約回升1℃），更增加了這一問(wèn)題的難度。三峽工程在這個(gè)世界水電工程的老大難問(wèn)題上取得了突破性進(jìn)展：首創(chuàng)了混凝土骨料二次風(fēng)冷技術(shù)，盛夏時(shí)將拌和樓生產(chǎn)出的混凝土全部預(yù)冷到7℃；突破并嚴(yán)于規(guī)范要求，對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行“個(gè)性化”通水冷卻，很好地控制了混凝土最高溫度；采用保溫性能優(yōu)良的聚苯乙烯板進(jìn)行大壩表面的永久保溫；在管理上總結(jié)出“天氣、溫度控制、間歇期”三項(xiàng)預(yù)警制度，保證了混凝土溫控各個(gè)環(huán)節(jié)的高質(zhì)量。

多方面的集成創(chuàng)新結(jié)出了豐碩的成果：三峽二期工程中，1999年到2001年三峽大壩混凝土澆筑實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高速度的目標(biāo)。左岸大壩按期達(dá)到設(shè)計(jì)高程，于2003年順利實(shí)現(xiàn)了蓄水、通航、發(fā)電三大目標(biāo)。三期工程中，右岸大壩混凝土澆筑目前已基本完工，工程質(zhì)量更上新臺(tái)階。 2005年4月3日至4月7日，以兩院院士潘家錚為首的國(guó)務(wù)院三峽工程質(zhì)量檢查專家組第15次來(lái)三峽工地檢查調(diào)研后，對(duì)三峽工程建設(shè)質(zhì)量給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為三期工程的施工質(zhì)量完全處于受控狀態(tài)，右岸大壩沒(méi)有出現(xiàn)一條裂縫，創(chuàng)造了世界奇跡。

三峽工程左右岸大壩預(yù)計(jì)今年5月貫通，汛后將水位蓄到▽156m，三峽工程即將發(fā)揮出更大的綜合效益。

二、雙線五級(jí)船閘工程

雙線連續(xù)五級(jí)船閘由上下游引航道、閘室主體段、輸水系統(tǒng)、山體排水系統(tǒng)等建筑物組成。船閘線路總長(zhǎng)6442米，其中船閘主體段長(zhǎng)1621米，單級(jí)閘室有效尺寸為280米×34米×5米。船閘主體段閘室位于花崗巖內(nèi)，邊坡陡高。在中隔墩和兩側(cè)邊墻巖體內(nèi)共布置四條輸水隧洞，條件復(fù)雜。雙線連續(xù)五級(jí)船閘設(shè)計(jì)總水頭113米，單級(jí)最大水頭45.2米均為世界之最。

船閘設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，加上缺乏設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，具有較高風(fēng)險(xiǎn)，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。。

新穎的船閘總體布置：

船閘的級(jí)數(shù)和布置方式，經(jīng)工程量、投資、運(yùn)行管理?xiàng)l件以及與樞紐總布置關(guān)系等綜合因素比選，采用雙線五級(jí)連續(xù)船閘，布置在左岸山體側(cè)。為滿足通航建筑物的通航水流條件；滿足在水庫(kù)有泥沙淤積的情況下，船閘如何長(zhǎng)期維持引航道的通航尺度和良好的通航水流條件；滿足船閘的建筑物及相應(yīng)的設(shè)備如何適應(yīng)水庫(kù)運(yùn)行水位分期蓄水和變幅要求；如何保證船閘沖泄水時(shí)間；如何保證附近的升船機(jī)的通航安全等。

船閘引航道布置及通航水流條件與泥沙淤積關(guān)系密切。通過(guò)壩區(qū)泥沙模型和水工模型試驗(yàn)研究，參照葛洲壩工程船閘引航道防淤、清淤的成功經(jīng)驗(yàn)，三峽工程船閘引航道采用綜合防淤、清淤措施，以解決引航道泥沙淤積礙航和通航水流條件問(wèn)題。

在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)三峽總公司組織專家審定上游引航道隔流堤采用“全包”方案，即長(zhǎng)2113米的隔流堤將雙線五級(jí)船閘和升船機(jī)以及將臨時(shí)船閘改建的沖沙閘全部包進(jìn)隔流堤內(nèi)的方案。

船閘高邊坡支護(hù)創(chuàng)新：

船閘主體建筑物段長(zhǎng)1607米，最大邊坡高度達(dá)170米。在主體建筑物段形成雙陡槽式雙側(cè)邊坡。在陡槽部位開(kāi)挖成直立邊坡，閘室的邊墻為錨固在直立邊坡上的混凝土薄襯砌。和一般高邊坡相比，船閘高邊坡具有以下特點(diǎn)：它是在山體中深切出來(lái)的陡高邊坡，高度大、形態(tài)復(fù)雜、范圍廣、應(yīng)力釋放充分，呈現(xiàn)出明顯的卸荷和非均質(zhì)特征；為確保黃金水道暢通和滿足船閘人字門的正常運(yùn)行，對(duì)邊坡穩(wěn)定和變形特性有嚴(yán)格要求；施工難度大、干擾多、工期緊，不僅地面施工強(qiáng)度高，窄、深且陡的閘室直立邊墻開(kāi)挖困難，而且與地下隧洞與豎井開(kāi)挖同步進(jìn)行，如何解決開(kāi)挖爆破的相互影響，最大限度地減少巖體損傷和確保施工安全都是需要處理的難題。

在施工中遇到了多條規(guī)模較大的新發(fā)現(xiàn)的斷層，出現(xiàn)了790多處大于100立方米的不穩(wěn)定巖體，曾發(fā)生過(guò)一次最大2800立方米的塌方。施工單位難以對(duì)招標(biāo)文件中60米高的直立墻一次成孔逐段爆破開(kāi)挖，研究后優(yōu)化為小平臺(tái)的開(kāi)挖方案；為了保證直立墻施工安全增加了大量的鎖口錨桿；據(jù)統(tǒng)計(jì)船閘工程支護(hù)量如下：預(yù)應(yīng)力錨索4377束，錨桿近27萬(wàn)根。

超高水頭大型船閘輸水新技術(shù)：

三峽船閘單級(jí)最大輸水水頭達(dá)45.2米，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前世界上已建水頭最高的大型船閘。與國(guó)內(nèi)外已建高水頭大型船閘相比，具有水頭高、充泄水體大，要求的輸水時(shí)間短、閘室水面上升速度快以及廊道防空化難度大的特點(diǎn)。通過(guò)緊密結(jié)合三峽工程的具體條件，進(jìn)行大量研究論證和模型試驗(yàn)驗(yàn)證，采用了將輸水系統(tǒng)主廊道與船閘主體結(jié)構(gòu)分開(kāi)布置，在巖體內(nèi)開(kāi)挖隧洞方案。

采用輸水廊道和閥門進(jìn)行沖泄水、補(bǔ)水，閘室內(nèi)的廊道采用分4區(qū)段等慣性出水，出口加消能蓋板的布置型式。合理降低在閥門部位主廊道的高程，并采用主廊道在閥門后頂擴(kuò)加底擴(kuò)的體形，在閥門門楣和底檻上進(jìn)行通氣。運(yùn)行情況表明，船閘輸水系統(tǒng)工作正常。

人字門和啟閉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)：

三峽船閘人字閘門的最大高度38.5米，最大單扇門重850噸，最大淹沒(méi)水深36米，最大啟閉力2700KN，閘門的高度、門面水壓力、自重和啟門力，均居世界第一位。閘門結(jié)構(gòu)既要求有足夠的剛度，保證閘門的可靠擋水和在閘門啟閉過(guò)程中保持體形，又要求閘門能適應(yīng)閘首可能出現(xiàn)的一定變形，以保證兩側(cè)剛性止水的止水效果；巨大的門體自重，加大了保持底樞潤(rùn)滑的難度；巨大的啟閉力對(duì)啟閉機(jī)和閘門頂樞的受力，提出了更高的要求。因而閘門制造、安裝難度大、精度要求高。

（1）閘門門頁(yè)采用主橫梁式結(jié)構(gòu)和主梁采用變斷面翼緣，在門頁(yè)下游面設(shè)兩層背拉桿，以及適當(dāng)加大支枕墊墊層的厚度等，合理的分配了門頁(yè)結(jié)構(gòu)的剛度，使閘門既能在關(guān)閉和運(yùn)行過(guò)程中，具有足夠的剛度和強(qiáng)度，滿足穩(wěn)定要求；又滿足了閘門在邊墩萬(wàn)一發(fā)生微量變形時(shí)，閘門的剛性止水仍能有效止水的要求。

（2）針對(duì)三峽船閘邊坡可能產(chǎn)生微變位誤差，造成閘門的高度可能會(huì)有偏差的情況，活塞桿與閘門的連接采用采用鉸接，并采用具有偏擺角的自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承等，使啟閉機(jī)的性能較好地滿足閘門安全運(yùn)行的要求。

原型安全監(jiān)測(cè)成果和船閘運(yùn)行情況：通過(guò)對(duì)埋設(shè)在船閘各個(gè)部位的3268支各類監(jiān)測(cè)儀器原型監(jiān)測(cè)資料的綜合分析，截止2006年1月，變形基本結(jié)束，船閘投入運(yùn)用后，閘室充水過(guò)程中船閘首的位移不大于0.5米米，完全滿足船閘人字門正常運(yùn)用的要求，均控制在設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)范圍之內(nèi)。三峽工程蓄水135米水位后，2003、2004年貨運(yùn)量分別達(dá)到1475萬(wàn)噸、4308萬(wàn)噸。2005年，三峽壩區(qū)通過(guò)貨運(yùn)量為4393萬(wàn)噸，其中雙線五級(jí)船閘共通過(guò)貨物3291萬(wàn)噸、旅客188.4萬(wàn)人次；滾裝翻壩運(yùn)輸31.48萬(wàn)臺(tái)次，貨運(yùn)量1102萬(wàn)噸。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)三峽船閘未通航前葛洲壩三座船閘年貨運(yùn)量1800萬(wàn)噸的歷史記錄，是葛洲壩水利樞紐多年（1981～2003年）平均貨運(yùn)總量958萬(wàn)噸的4.6倍。蓄水后，庫(kù)區(qū)的航運(yùn)條件大大改善，有效的降低了運(yùn)輸成本，長(zhǎng)江已成名副其實(shí)的“黃金水道”。

三、導(dǎo)截流及圍堰工程

通過(guò)多年的方案比較研究，確立了“三期導(dǎo)流、明渠通航、圍堰擋水發(fā)電”的施工方案。

大流量深水河道截流技術(shù)：

三峽工程截流包括大江截流和導(dǎo)流明渠截流，截流成功后都面臨在一個(gè)枯水期快速修建深水高土石圍堰或高碾壓混凝土圍堰的難題。三峽工程大江截流和明渠截流的難度，與世界上單項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)最高的一些截流工程比較，都是較高的，其綜合困難程度乃世界截流史所罕見(jiàn)。1997年11月8日大江截流和2002年11月6日導(dǎo)流明渠提前截流成功，標(biāo)志我國(guó)河道截流技術(shù)已擠身世界領(lǐng)先地位。

大江截流是修建二期上下游土石圍堰關(guān)鍵性的第一道工序，其目的是截?cái)嚅L(zhǎng)江主河道，迫使長(zhǎng)江水流改道從導(dǎo)流明渠渲泄。截流最大水深達(dá)60 米。針對(duì)大江截流水深，戧堤進(jìn)占出現(xiàn)堤頭坍塌的難題，探討了深水截流堤頭坍塌的機(jī)理，提出并創(chuàng)造性的采用了深水平拋墊底措施，有效防止了堤頭坍塌事故的發(fā)生，1997年11月8日，龍口順利合攏。實(shí)測(cè)截流流量11600～8480 m3 /s，落差0.66 m，最大流速4.22 m/s，截流最高日拋投強(qiáng)度12.09×104 立方米。

明渠截流具有截流流量大（設(shè)計(jì)流量Q=12200～10300 m3/s）、截流水深(20～25 m)、落差大(相應(yīng)設(shè)計(jì)流量落差5.77～4.11 m)、龍口流速大（最大垂線平均流速7.47～6.68 m/s，最大點(diǎn)流速達(dá)8.47 m/s）、截流總功率大（達(dá)69.0×104～41.5×104 kW），是當(dāng)今世界上截流綜合難度最大的截流工程。為此進(jìn)行了多年的一系列關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究。不論是截流工程關(guān)鍵技術(shù)研究，還是高質(zhì)量截流的信息跟蹤及動(dòng)態(tài)決策保障系統(tǒng)研究等方面均取得了創(chuàng)新成果。

《長(zhǎng)江三峽工程大江截流設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究與工程實(shí)踐》獲1999年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

深水土石圍堰關(guān)鍵技術(shù)：

二期上游土石圍堰最大高度82.5 米，堰體施工最大水深60 米，為深水土石圍堰。圍堰基礎(chǔ)地形地質(zhì)條件復(fù)雜。圍堰型式為兩側(cè)石渣及塊石體、中間風(fēng)化砂及砂礫石堰體，塑性混凝土防滲墻上接土工合成材料防滲心墻。圍堰填筑方量達(dá)1032×104 立方米，且80 % 堰體為水下拋填，防滲墻面積達(dá)8.4×104 米2，需在1998年汛前建成度汛，工期緊、強(qiáng)度高、施工難度大，為國(guó)內(nèi)外已建水利水電工程罕見(jiàn)。圍堰于1998年6月?lián)屩炼妊锤叱蹋群蠼?jīng)受長(zhǎng)江8次洪峰考驗(yàn)，在洪水流量61000 立方米/s，最高水位77.8 米時(shí)，圍堰運(yùn)行正常。

圍堰工程的技術(shù)難題主要有：斷面的結(jié)構(gòu)和防滲型式的選擇；60米水深下拋填風(fēng)化砂密度的確定；深槽、陡坡、硬巖防滲墻的施工技術(shù)；新型柔性墻體材料研制及其質(zhì)量控制方法；新淤砂的動(dòng)力穩(wěn)定性及其處理。為此，國(guó)家科技攻關(guān)以及三峽工程技術(shù)設(shè)計(jì)和施工階段從圍堰的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行到拆除安排了一系列研究課題，2003年5月順利完成了使命，并安全拆除。