三峡工程科技攻关十载盘点：打好根基成果累累

http://www.sina.com.cn 2003年06月02日12:10 中国新闻网

　　中新网6月2日电科技工作是整个三峡工程的先导和基础。科学时报报道称，据不完全统计，开工10年来，已有10余项科研项目获得国家级科技成果奖励，200余项科研项目获得省部级科技成果奖励；围绕三峡工程相关项目诞生的发明专利达到700余项。来自数十家高校和科研单位的数千名科技人员投入到新材料、新设备、新产品的研究领域，仅提交的涉及不同专业的科研成果报告就超过了2000份。

　　两次截流两树丰碑

　　三峡工程大江截流水深大，龙口最大水深达60米，超过了美国的达勒斯工程和巴西巴拉圭的伊泰普工程，列世界之最；截流流量大，实际截流流量为每秒8480立方米至11600立方米，列世界截流工程之首；其截流抛投强度高，最大平均日抛投强度4.19万立方米。三峡工程大江截流戗堤直接建筑在河床覆盖层上，其覆盖层厚达20米，其中包括10米厚的新淤砂层。由于新淤砂层的级配均匀，易受冲刷，给堰基稳定带来不利影响。用中国水电泰斗、清华大学教授张光斗先生的话说，三峡工程大江截流是建成三峡工程的关键，是世界上最艰巨的工程之一。

　　三峡工程的设计者与决策者在制订三峡工程大江截流方案时，配合了水力学模型试验反复研究，最终选定“预平抛垫底、上游单戗立堵、双向进占、下游尾随进占”的截流方案。

　　为减少龙口水深，根据二期围堰断面结构、施工用料、水上作业方式、工期等因素，确定在龙口河床深槽预先平抛石渣砂砾料及块石，以抬高河床高程。这一措施称为平抛垫底。它既有利于防止合龙过程中戗堤堤头坍塌，也可以降低合龙进占抛投强度。

　　该方案的另一个优点是截流施工直接采用大型自卸汽车配推土机施工，施工程序简单但技术措施完善；在截流施工过程中，可根据长江航运要求，合理安排戗堤进占长度，能保证非龙口段戗堤进占时不影响长江航运。

　　由于龙口采用左、右两岸戗堤双向同时抛投进占合龙，还削减了合龙后围堰填筑高峰强度，有利于提前形成防渗墙施工平台。

　　三峡工程导流明渠截流有别于大江截流。导流明渠截流是在人工开挖的光滑的河床上进行的截流，抛投料不容易稳定，其综合难度大大超过了大江截流。

　　为了使抛投材料在江底站住脚，在GPS全球定位仪和无棱镜反射全站仪的引导下，三期导流明渠截流分别在上、下游围堰龙口段利用500立方底开驳等船上吊抛的方式，在江底实施了钢架石笼和合金钢网石兜垫底加糙高强度连续抛投，最终形成了拦石坎。拦石坎的形成使戗堤进占抛投材料在明渠光滑的河床底部站稳了脚跟，确保了围堰戗堤进占的高强度抛投。

　　三峡工程两次截流，前一个荣获国家级科技进步一等奖，后一个则名列2002年度国家十大科技进展第四位，可谓两树丰碑，蜚声国内外。

　　二期围堰 “滴水不漏”

　　三峡工程二期围堰的作用是截断长江主河床，迫使江水从右侧的导流明渠宣泄，与一期工程已建成的纵向混凝土围堰一起，共同确保三峡大坝泄洪坝段、左岸厂房坝段及左岸电站厂房在无水条件下施工。

　　二期围堰施工水深达60米，是当今世界上最大的深水围堰，堰体80%填料需在水下施工。具有工程规模大、施工水深、挡水水头高、基础地质条件复杂、工期短、技术复杂等特点，是三峡工程建设中最具挑战性的关键技术难题之一。

　　为使围堰滴水不漏，真正成为三峡二期工程施工的挡水屏障，就要在土石围堰上钻孔到基础岩石，并压灌混凝土形成防渗墙。这就是说，要在三峡二期上下游土石围堰体内，各筑起一道道混凝土墙，从而形成挡水屏障：有人形象地称它为“水下的三峡大坝”。

　　然而，防渗墙施工中存在着许多技术难点，如造孔精度和孔壁稳定问题、硬岩及块球体处理问题、深槽段基础岩石陡坡处理问题等。为此，建设者在施工中采用了许多先进的大型设备，还采用了许多新工艺、新材料和新技术，如风化砂振冲加密、平抛垫底预灌浓浆、“两钻一抓”和“铣砸爆”成槽工艺、高压喷射灌浆及塑性混凝土材料等，从而确保了工程质量和工期。

　　由于三峡建设者从设计到施工、监理、业主方的协同攻关，在一个枯水期内“三峡人”终于成功筑起了为大坝基坑作屏障的上、下游两道围堰。而此堰当年即接受了长江8次洪峰的洗礼和考验。

　　1998年9月12日，经过长江8次洪峰考验的三峡工程二期围堰基坑积水基本抽干，形成于亿万年前的长江江底重见天日。经过实测，庞大的围堰漏水量仅为设计渗水量的1／10，被水电专家誉为“几乎达到滴水不漏”。在此后召开的世界大坝会议上，也以其无可争议的实力和水平，令世界水电同行刮目相看。

　　高速筑坝三破纪录

　　三峡工程规模巨大，仅混凝土浇筑总量就高达2800万立方米，这在世界水电工程建设史上是绝无仅有的。

　　在多年科学研讨与论证的基础上，中国长江三峡工程开发总公司选择了以国外生产的塔带机为主、以缆机和门塔式起重机为辅的综合施工方案，最大限度地满足了二期大坝三峡工程混凝土高强度浇筑(年浇量超400万立方)的必需。之后，投资23亿元引进了百余套先进设备，使三峡大坝在浇筑中用上了当今世界水电史上最先进最新型的“流水线”，使混凝土由拌和到浇筑实现的工厂化的输送式的施工生产。

　　在人们的面前，不同要求的低温混凝土从搅拌楼出来，通过皮带输送到塔带机，直接入仓振捣，一反过去那种一罐一罐浇筑的传统习惯，使混凝土的高速连续施工成为现实，创造了混凝土浇筑连续三年三破世界纪录的奇迹。应该说，现代化的机械设备，也让水电工程人山人海的施工方式在三峡成为历史。

　　快速浇筑混凝土的途径，一是采用塔(顶)带机混凝土供料实现连续浇筑，二是在同一时间有计划地多开仓位。由于三峡大坝结构复杂，不同部位混凝土的标号和部配也不一样，这样一来，拌和楼在拌料时的频频切换，就限制了设备的高效发挥。为了解决这一问题，三峡建设者研制开发了“混凝土生产输送计算机综合监控系统”。该系统具有视频监控、过程检测、决策管理、优化调度功能。通过其视频监控子系统，可以适时地直观地看到混凝土生产、输送、浇筑的现场情况；通过过程检测子系统，可以检测到混凝土原材料料位、砂子含水率、混凝土标号、方量、浇筑仓的位置、输送速度、到仓时间以及浇筑时各环节的动态情况，当设备出现异常时能向有关人员报警；其决策管理子系统能根据生产计划编制混凝土拌和计划并对其跟踪、调整，并根据设备运行情况制定维修计划，根据各方面的管理情况进行经济核算。

　　软件创新之后又发展到电脑仿真系统及小而精的“盯仓器”。三峡大坝的施工环节很多，影响因素复杂，人们仅凭经验编制施工计划难免考虑不周而与实际情况相差甚远，从而造成效率下降、工期延误、费用上升。为此，施工技术人员大量采集了三峡大坝混凝土浇筑现场的初期资料，广泛收集了大量其他工程的资料，在此基础上研制开发了“三峡大坝混凝土浇筑施工计算机仿真系统”。这个系统能够全面反映影响混凝土施工的各种因素及相互间的关系，并对其精确计算。利用这个系统可以进行多个施工方案的比较并快速制定施工计划，能够及时发现实际施工与目标计划之间的差距并采取措施纠正，能够通过对现场反馈信息的分析对今后的施工进行预测，从而达到对工程施工实行科学决策的目的。

　　此外，为使浇筑过程的记录真实可信，便于总结分析，三峡人又开发了一个形状如电视遥控器的混凝土浇筑仓面记录器。被称为“盯仓器”的该记录器对浇筑仓的来料、手段、资源、温度各种情况进行实时记录。该记录器的时间由记录器自动生成，不仅记录人员无法更改，事后无法根据回忆填写、编造假信息，确保了过程记录的准确性和真实性。将其所记数据输入计算机，便可进行统计、分析、查询，即使出了问题也能够有效追溯，查找问题的根源所在。

　　正是高新技术搭就的一个个平台，支撑着三峡大坝的浇筑一步步迈向质量优良和速度快捷的统一。三峡大坝的快速高质施工，已获得湖北省2002年科技进步一等奖；并正在申报国家级科技进步奖。

　　辟山凿船闸锚固第四峡

　　从三峡坝区最高点坛子岭上往下看，今年6月即将通航的双线五级船闸如同一条蛰伏的巨龙，静静地等待着横空出世的时刻。被称为长江第四峡的三峡工程双线五级船闸，其运行总水头和单级输水最大水头号、36米的人字门最大淹没水深以及建设规模等，均为世界已建或在建船闸工程之首，其总工程量相当于目前世界上已建成的最大船闸美国邦纳威尔船闸的20倍以上。

　　1996年3月，三峡工程双线五级船闸二期工程拉开序幕，双线五级船闸二期工程施工，要在花岗岩山体中开挖形成两条最深达176米、底部为68米直立墙的平行深槽，深槽每条宽37米，深槽之间保留宽56米的岩石隔墩，直立墙深槽开挖的总体偏差要在20厘米内，既不能超挖，也不能欠挖。也就是说，既要在坚硬的花岗岩上象“切豆腐”一样垂直深切68米，又要使其周围的岩石保持稳定，受到的伤害在最小范围内。于是，一道世界水工史上的槽挖关摆在了建设者的面前。

　　为了解决这道世界级难题，水电施工专家进行了50多组钻爆试验，终于探索到了适于双线五级船闸结构特点和岩石特性的施工手段和爆破开挖方案。该方案确定，直立墙开挖预留保护层，采用光面爆破和预裂爆破等控制爆破技术，在施工程序上先进行中间槽开挖，后进行侧向保护层及基岩底部保护层开挖。施工时先用液压钻钻孔，每8至10米为一个下降梯段，进行深孔梯段微差爆破和预裂爆破，除去闸室大范围的岩体。再用手风钻钻孔，进行小梯段光面爆破，除去闸室直立墙结构面3至5米厚的保护层。闸室底部开挖也采用手风钻水平光爆方式进行。光面爆破技术由于严格控制爆破孔径、间距、药量等，爆破切面整齐、岩石松动相对较少。预裂爆破技术则要求先打排洞，使爆破岩体外层和边线部位形成裂缝，然后再向里层爆破，使震波通过裂缝向外传出，减少爆破时向岩体内部的冲击力。手风钻钻孔方式虽然最原始、最简单，但对岩体伤害最小；独具特色的手风钻小梯段爆破开挖方式，又从技术上解决了直立墙开挖这一世界难题。

　　双线五级船闸直立墙开挖这一技术难题虽然解决了，但随之而来的难题是，卸荷后的山体如何保持稳定，使变形量控制在设计允许的范围内？这是直接关系到双线五级船闸能否长期正常运行和过往船只安全与否的关键所在。

　　176米高边坡、45至68米的直立墙和67米中隔墩的锁锚稳定，是国家重大科研攻关项目。为解决高边坡稳定(包括变形控制)问题，国内外专家对其进行了多年的全方位深入研究和探索，制定了较严密的技术路线：一是双向岩质高边坡和中隔墩岩体应具备足够的整体稳定性，长期变形应有严格的控制。二是对高边坡加固采用截、防、排水和岩锚支护的综合处理方案。三是加强施工期和运行期监测，进行动态跟踪反馈设计和研究。四是加强施工控制，特别是爆破控制和适时支护。在这一技术路线的指导下，有关专家制定了高边坡、直立墙、中隔墩的锚固锁定方案。一是用锚索与锚杆对高边坡、直立墙、中隔墩适时进行支护。二是在高边坡、中隔墩设置排水系统降低地下水位。从而达到高边坡、直立墙、中隔墩稳定与变形量最小并满足设计要求的目的。在短短几年间，施工人员就按照设计要求将约10万根高强锚杆像农妇“纳鞋底”一样，以2至3米的间距锚入岩层8至13米，把4000余索抗拉力为100吨级至300吨级、长度从29米至60米的锚索像“打膨胀螺钉”一样准确无误地嵌入岩体中，锚索打孔的孔斜误差不能超过1%，其精确度和技术难度为世界之最。

　　与此同时，施工人员在高边坡和中隔墩中，每2米间距留下一个排水孔，又在边坡内修了7层共14条排水洞，各层排水洞距船闸边坡面的水平距离为30至45米，相邻两层排水洞高差为25至33米左右，使渗水自排水孔汇集至排水洞中顺利排出，从而妥善解决了高边坡渗水问题。

　　实践和施工结果证明，双线五级船闸开挖方式与高边坡稳定与变形量控制技术是成功的，直立墙岩坡表面平整，成型良好。监测结果表明，锚固支护将高边坡、直立墙和中隔墩牢牢锁定在初始位置，整个人工峡谷两岸山体无松动，变形值控制在设计允许的范围之内。

　　抢装四万吨安澜人字门

　　双线五级船闸金属结构设备总量达3.88万吨，主要包括大型人字门24扇及埋件12套，输水廊道工作闸门(反弧门)24扇及埋件24套，输水廊道检修门槽埋件52套、检修门16扇，第一闸首挡水门槽埋件2套，事故检修门2扇，检修叠梁门16节，桥机轨道梁20根、浮式检修门1扇及埋件2扇，浮式系船柱220个等设备。还包括人字门、反弧门、辅助泄水工作门液压启闭机52台，一闸首桥式启闭机2台。其安装与调试工程主要包括金属结构及启闭机机械设备安装与调试，集中监控系统安装与调试，船闸其它机电设备如供电、照明、通讯、排水、消防、冲淤、暖通、生活给排水等设备的安装与调试。还包括金属结构与机电设备的无水和有水系统联合调试等。

　　双线五级船闸金属结构安装工程的主要技术特点是：工程量大、安装工期紧、从设计到施工尚无前例可循。就时间而言，从2000年7月开始安装，到2002年6月末必须完成，总工期不到24个月；施工强度高，月高峰强度达5000吨，年高峰强度达30000吨左右；安装技术要求及质量标准要求高；安装施工技术难度大；交叉作业多，施工干扰大，不可预见的影响因素多。许多安装技术要求已超出国家规程规范要求。人字门、反弧门、检修叠梁门以及桥机轨道梁等都是国内同类设备中技术规模最大的。安装施工的吊装运输单元多、外形尺寸大、重量大，人字门最大安装单元重93吨，检修叠梁门最大单节重259.2吨。以上这么多结构及启闭设备，全由中国人自己制造。

　　其中的双线五级船闸人字门共24扇，安装程序复杂，拼装、焊接要求高，是施工中的难点和重点。第一至第四闸人字门每扇高38.5米，相当于两个篮球场大，单扇门重量为867吨，其外形尺寸与重量均为世界之最。双线五级船闸人字门的制作与安装上很多标准超过了国家规范。中国三峡总公司经过评选，确定由江南造船集团公司和武昌造船厂承制。人字门上有顶枢，下有底枢，两连是门柱，要求安装完工后两门的合拢间隙在设计允许值0.1毫米以内，小于一根头发丝的直径。也就是说，两扇人字门安装后关上，一根头发也插不进去。为此，业主与参建四方对人字门安装制定了严格的施工程序，将巨大的人字门安装分解为多个单元和项目进行逐一攻关。

　　人字门门体最大吊装单元重93吨，其余在55吨至74吨之间，最大单元外形尺寸为20.5米(宽)×3.04米(厚)×5.10米(高)。其吊装与运输的难度也非常大。经多次研究，采用了100吨平板车进行卧式运输，在安装现场翻转90度至安装状态。并重点控制了底节门叶的安装。

　　在门体节组装缝的焊接与门体形状控制上，在保证焊缝内外部质量的同时，重点控制了焊接后门体几何尺寸的偏差。门体高度焊接误差控制在设计允许值±5毫米，对角线相对差控制在设计允许值12毫米以内，端板正、侧向直线度焊接误差控制均在设计允许值4毫米以内。技术控制与攻关还体现在底枢装置的基准点控制。其一，关于底枢装置安装过程中重点控制底座及蘑菇头的调整定位：在精确测量放样的基础上，对底座中心座标(即底枢中心，误差控制在设计允许值2毫米以内)、底座中心线与门体合力线的距离(100毫米)与平行线(控制在设计允许值2毫米以内)及底座工作面水平度(为二千分之一)等几项技术指标共同控制。其二，关于重中之重的蘑菇头安放：蘑菇头安装以门体的实际旋转中心为基准点(其中心坐标误差值控制在设计允许值2毫米以内，顶面高差控制在设计允许值±3毫米以内，左右蘑菇头顶面高差控制在设计允许值2毫米以内，左右中心距差控制在设计允许值4毫米以内)，以此点向闸顶面上投点，以最终确定顶枢中心位置。枕座安装时，对枕座方向和位置进行了控制，使安装后枕座中心线门体合力线重合，偏差控制在设计允许值1毫米以内，枕座工作面相对人字门放置中心位置偏差控制在设计允许值1毫米以内，在安装枕垫块时，施工人员重点控制了首节枕垫块的位置度，同时对顶枢装置安装的关键环节进行了重点控制。截至2003年5月上旬，人字门为代表的船闸设备调试全部结束。

　　作者：杨慎勤单位：中国长江三峡工程开发总公司新闻中心　

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