科学技术在三峡工程建设中的应用

　　一、三峡工程获科技进步奖的基本情况

　　三峡工程的科学研究与实践，涉及泥沙与航运、水文、地质、水工、施工、建材、金属结构、机电设备、生态环境等多学科、多专业，是一项跨行业、跨领域的科技大协作。

　　三峡工程开工11年来，长江水利委员会、中国水利水电科学研究院、长江科学院、南京水利科学研究院、清华大学、武汉大学、河海大学、葛洲坝集团公司等数十家设计、科研、院校、施工单位的数千名科技人员，为三峡工程的建设贡献了智慧和力量。三峡工程开工建设以来，有数十项科技成果达到国际或国内领先水平，有一大批科技成果获得了国家及相应省部级科技奖励。

　　（1） 载流及围堰技术方面。“三峡工程大江截流试验研究”1998年获水利部科技进步一等奖，“长江三峡工程大江截流设计及施工技术研究与工程实践”1999年获国家科技进步一等奖，“三峡深水高土石围堰关键技术研究”2001年获湖北省科技进步二等奖。

　　（2） 大坝（含电站）技术方面。“三峡工程电站进水口水工模型试验研究技术成果和进水口型式论证”1998年获水利部科技进步二等奖，“钢衬钢筋混凝土压力管道设计与非线性分析”1999年获水利部科技进步一等奖，“三峡工程散装水泥、粉煤灰实时调运指挥系统”2000年获国家科技进步二等奖，“三峡工程大坝混凝土快速施工新技术的研究及实践”2002年获湖北省科技进步一等奖，“三峡工程塔带机及供料线施工系统关键技术研究”2002年获湖北省科技进步一等奖，“混凝土预冷二次风冷骨料技术研究与应用”2002年获湖北省技术发明一等奖。

　　（3） 船闸高边坡开挖与支护技术方面。“岩质高边坡稳定分析方法和软件系统”1996年获原电力部科技进步一等奖，“岩质高边坡预应力锚固技术研究”1997年获原电力部科技进步二等奖，“三峡工程临时船闸和升船机之间隔墩岩体力学性状研究”1999年获湖北省科技进步二等奖，“三峡永久船闸高边坡预应力锚固技术的研究与应用”2002年获北京市科技进步二等奖，“长江三峡工程永久船闸高边坡变形与稳定反馈分析及预报研究”2002年获湖北省科技进步二等奖。

　　（4） 船闸水力学技术方面。“船闸水力学模型缩尺影响及其校正方法的研究”和“船闸输水初始流量增率和惯性水头计算”1996年获水利部科技进步二等奖，“高水头多级船闸水力学及结构研究——三峡永久船闸水力学关键技术研究”1997年获水利部科技进步一等奖，“三峡工程多级船闸水力学关键技术”1998年获国家科技进步二等奖，“三峡船闸输水阀门水力学大比尺模型试验研究”1998年获交通部科技进步二等奖，1999年获国家科技进步二等奖，“三峡船闸末级闸首超长泄水廊道及阀门水力学研究”2002年获交通部航海科学技术一等奖，“承船箱运行时升船机提升悬吊系统及箱体内水体动态特性模型试验研究”1995年获水利部科技进步二等奖。

　　（5） 泥沙技术方面。“平面二维泥沙数学模型在三峡工程中初步应用”1993年获原电力部科技进步一等奖，“三峡库区泥沙模型试验研究”1995年获水利部科技进步一等奖，“三峡工程坝区泥沙淤积对通航和发电的影响及防治措施优选研究”1997年获交通部科技进步二等奖。

　　（6） 防洪与调度方面。“长江三峡工程防护问题研究”1993年获水利部科技进步一等奖，1995年获国家科技进步二等奖，“水电站群优化补偿调节及三峡水库综合利用优化调度”1993年获原电力部科技进步一等奖，“长江防洪决策支持系统研究”1996年获水利部科技进步一等奖，“长江防洪系统研究”1997年获国家科技进步二等奖。

　　（7） 环境、监测及其他领域方面。“长江三峡链子崖危岩体崩滑对航运影响的研究”1993年获交通部科技进步二等奖，“长江三峡工程施工区环境保护实施规划”1997年获水利部科技进步二等奖，“三峡右岸混凝土生产与运输调度”1998年获湖北省科技进步二等奖，“环氧浇注干式励磁变压器研究”获2002年湖北省科技进步二等奖，“三峡水工建筑物安全监测与信息分析研究”2002年获江苏省科技进步一等奖。

　　此外，还有一些项目是紧密结合三峡工程的需求开展的基础或通用科研项目，如“中国数字地震观测系统的设计、研制、生产、集成和推广应用”，由中国地震局分析预报中心等单位完成，获2002年度国家科技进步一等奖，其成果在三峡工程得到有效应用：“预应力岩土锚固综合技术及其应用”，由原冶金工业部建筑研究总院等单位完成，获2002年度国家科技进步二等奖，其成果为三峡船闸高边坡岩石锚固工程提供了技术支持，并得到全面应用。

　　二、三峡工程建设过程中的主要重大技术突破

　　在党中央、国务院以及国务院三峡工程建设委员会的领导下，在全国人民和各方面大力支持下，三峡工程进展顺利，工程进度符合总进度计划要求，工程质量满足设计要求，工程投资控制在概算范围之内。2003年6月实现了水库蓄水位135m、船闸通航和7月首批2台70万kW机组并网发电的第二阶段建设目标。伴随工程进展，三峡工程建设在科学技术方面也取得了一系列创新和重大突破，主要包括：大江截流和混凝土防渗墙施工技术，大坝混凝土快速施工新技术，永久通航建筑物施工技术，电站大型钢衬钢筋混凝土压力管道和蜗壳外围保温保压混凝土浇筑技术，沥青混凝土心墙施工技术，船闸金属结构技术，水轮发电机组技术等。以下就二期大坝工程、永久通航建筑物方面的科技创新与技术突破作一简单介绍。

　　（一） 二期大坝工程的科学研究与技术创新

　　围绕三峡二期大坝工程的建设，中国长江三峡工程开发总公司组织设计、科研和施工单位围绕设计、施工和管理等方面进行了广泛、深入的研究，提交了上百篇研究成果报告，研究成果分别被设计、施工和管理单位采用。主要成果如下：

　　（1） 左岸厂房1号～5号坝段坝基稳定问题。抗滑稳定性地质专题、深层抗滑稳定、二维及三维有限元分析、大坝及厂坝联接稳定性、加固处理措施等专题研究。

　　（2） 泄水深孔及导流底孔布置和水力学问题。进行了三峡大坝底孔体形优化及水力学试验研究；导流底孔坝段结构应力分析；泄洪深孔掺气减蚀常压及减压模型试验；深孔突扩跌方案减压模型试验；泄洪深孔及引水管道孔口配筋方案研究；弧形工作闸门振动试验研究、深孔弧形闸门止水型式研究；导流底孔施工方案和温控、防裂措施研究等。

　　（3） 水电站钢衬钢筋混凝土压力管道结构形式与设计优化。包括结构仿真计算、坝内埋管段结构分析与大比尺仿真材料结构模型试验、大比尺平面和局部整体结构模型试验研究以及预应力钢筋混凝土管道结构设计研究、下平段施工措施研究。同时还邀请了俄罗斯专家对钢衬钢筋混凝土联合受力管道的设计和施工进行了咨询，并最终决定选用钢衬钢筋混凝土联合受力方案。

　　（4） 二期大坝混凝土原材料选择及配合比优化研究。中国长江三峡工程开发总公司于1995年开始组织进行第二阶段工程混凝土配合比设计试验研究工作，主要包括混凝土原材料优选试验、混凝土配合比选择试验、混凝土性能试验以及校核试验。混凝土原材料优选试验、混凝土配合比选择试验及混凝土性能试验选定中国水利水电科学研究院和长江科学院共同承担平行试验，中国长江三峡工程开发总公司试验中心做校核试验，并负责整个配合比设计试验工作的总体组织与协调。经过近10个单位历时3年大量深入细致、全面的试验研究，优选出了三峡工程第二阶段混凝土配合比。通过混凝土配合比试验研究，优选出的配合比可取得约3亿元的经济效益。

　　（5） 大坝混凝土温度控制研究。进行了大坝纵向分缝、大坝夏季浇筑基础约束区混凝土温度、大坝非约束区采用3m浇筑层厚、左岸电站厂房1号～5号号机组尾水管封闭块回填、大坝导流底孔施工方案和温控、防裂研究。研制了大坝混凝土施工计算机模拟系统和大坝温控仿真反馈分析系统，并进行了成功应用。同时，还开展了施工温近代防裂实施技术的研究和应用。

　　广泛而深入的科学研究工作，是第二阶段混凝土大坝建设取得若干技术突破与创新的先决条件。其中，“三峡工程大坝混凝土快速施工新技术的研究及实践”创造了水电施工混凝土浇筑强度的世界记录，创立了一整套混凝土快速施工工艺和质量保证体系，采用了二次风冷骨料新技术，混凝土原材料及配合比优化达到一流水平和全过程综合温控技术的全面实施。这些方面的科技创新，使该项目获得了湖北省2002年度科技进步一等奖。

　　三峡左岸大坝已于2002年10月全线达到185m高程，2003年6月，水库蓄水至135m高程。埋设在大坝上的6252支各类监测仪器的观测成果表明，大坝基础的变形小于1mm，基础渗流量为0.6L/（min.m），仅为设计量的1/10，大坝的水平位移和应力均在设计允许范围之内，完全满足设计要求。

　　（二） 永久通航建筑物的科学研究及解决的主要技术问题

　　自1954年以来，在三峡工程坝址比较、正常蓄水位选择、分期开发研究、可行性论证、初步设计等各阶段，长江水利委员会（原长江流域规划办公室）等单位对通航建筑物的线路布置、形式选择、施工通航方案、通航水力学及泥沙问题、水工及金属结构等方面进行了相应的科学研究。三峡大坝永久通航建筑物确定选用双线五级连续船闸和垂直升船机后，各有关单位围绕双线五级连续船闸和垂直升船机的设计和施工等方面的问题进行了大量广泛、深入的科学研究。这些研究成果在三峡大坝通航建筑物不同建设阶段得到了充分的应用，对确保三峡大坝船闸通航起到了重要作用。由于三峡大坝升船机要到2009年以后才投入使用，目前其科研、设计等工作正在紧张进行。下面就三峡大坝双线五级连续船闸工程建设中的科学研究工作作一简单介绍。

　　1.船闸总体布置研究来源:考试考试网网

　　对船闸布置形式，先后研究了带调节水池的单级井式船闸，带中间渠道分散布置的两个连续2级船闸和4个单级船闸；带蓄水池连续布置的3级船闸，连续布置的4级和5级船闸等不同方案。最后选用5级连续布置的船闸总体布置方案。在引航道布置研究方面，进行了布置尺度研究，通航水流条件研究，通航水位、流量和相应的过坝船队（舶）研究，重点通过长江科学院、清华大学、南京水利科学研究院等多家模型试验，对引航道通航水流条件进行了试验分析，同时对引航道泥沙淤积的影响及对策展开试验研究，提出了引航道的防淤。减淤及清淤措施。在建筑物布置方面，进行了主体建筑物布置、附属建筑物布置、输水系统布置、主体建筑物结构的分缝分块及温控措施、防渗及排水等方面研究。在设备布置方面，进行了人字门及其启闭机械、输水阀门及其启闭机械、上游事故检修门及其启闭机械、下游检修门、主要工作机构的电力拖动和控制、船闸整体运行集中控制监控系统和附属设备等方面的设计研究。

　　2.船闸水力学研究

　　（1） 船闸总体运行水力学研究，分别在长江科学院和南京水利科学研究院1：30、1：40以及1：100模型上平行进行。

　　（2） 输水系统布置及阀门段廊道体形研究，进行了1：17常压模型、1：30、1：25及1：10减压模型试验。

　　（3） 反弧输水阀门水动力特性及防空蚀措施研究，先后进行门楣1：17局部模型常压试验、1：10切片模型试验、1：1模型切片空化试验及1：30减压模型试验。

　　（4） 引航道内非恒定特性及通航水流条件研究运用数学模型对航道内流速、流态和波浪以及船闸航行停泊条件的影响进行了计算分析。运用物理模型研究了上游引航道将隔流堤修建在永久船闸引航道外侧的小包方案、修建在升船机引航道右侧的大包方案、修建在临时船闸引航道右侧的全包方案和近期30年先按小包线路建长660m的短堤方案等。同时对下游引航道也通过水工模型进行了通航水流条件的试验研究。

　　3.船闸水工建筑物研究

　　（1） 在深切开挖岩槽两侧和岩体中，闸首、闸室、输水隧洞和阀门竖井在频繁变化的正、反向水压力作用下与岩体基础共同工作的力学机理和需采取的结构措施。

　　（2） 作为结构组成部分的岩石基础，在开挖施工过程中尽可能保持完整性的技术措施。

　　（3） 在岩体深切开挖、结构温度和水压力变化等综合因素作用下，引起的闸首结构变形对人字门正常工作条件的影响和相应的改善措施。

　　同时，还开展了船闸混凝土衬砌边墙的外水荷载及稳定性研究、闸室直立边墙衬砌墙锚固力及其优化研究、船闸闸室衬砌墙水平分缝及钢筋是否过缝对结构锚杆受力条件分析，以及船闸闸室混凝土夏季施工与温控研究等。

　　4.船闸高边坡研究考试考试网论坛

　　自20世纪50年代以来，结合船闸线路布置、结构形式的论证比较，曾先后围绕高边坡进行了大量的研究工作，并列入国家“七五”、“八五”和“九五”重点科技攻关项目，三峡工程开工后，又结合现场实际开展了大量的研究工作。在船闸高边坡领域先后进行的研究工作主要为：①围绕船闸线路选择而进行的大量勘测及论证比选；②船闸区地应力场测试及分析；③高边坡卸荷岩体力学参数测试研究；④高边坡的地质力学模型试验及二、三维数值模拟分析；⑤高边坡前期变形预测；⑥高边坡渗流场分析研究；⑦高边坡开挖及加固分析研究；⑧高边坡控制爆破及快速施工技术研究；⑨高边坡监测及快速反馈系统分析研究等。

　　三峡大坝船闸已于2003年6月通航。埋设在船闸的3271支各类监测仪器原型监测成果表明，船闸高边坡自1999年4月开挖基本结束后，岩体变形开始趋于稳定。截止到2003年8月，累计变形为：南北坡岩体向闸室中心线方向的最大位移分别为66.28mm和49.43mm；南北坡直立墙最大位移分别为40.86mm和32.25mm；中隔墩南、北侧最大位移分别为20.08mm和32.37mm.上述变形值均在前期科研预测范围之内，边坡变形已趋收敛。船闸投入135m四级工况运行后，闸室充泄水引起墙顶最大位移变幅在0.5mm以内，闸墙变形工作性态正常。

　　三峡工程开工10年来取得的若干科技创新和技术突破，推动了三峡工程的科技进步，体现了“科学技术是第一生产力”重要思想，充分发挥了科学技术在工程建设过程中的基础和先导作用。（考试考试网编辑整理）

上一篇：水利水电：中国水电大思路（一）
下一篇：专业辅导：梯级水电站介绍