为什么说三峡工程是最大的创新工程?

三峡工程是一项创新工程


三峡工程以“高峡出平湖”的宏伟气势令全世界瞩目，不仅工程总量和装机容量位居世界第一，而且是当今世界技术水平最高的水电工程。三峡工程13年建设，创造出人类文明史上的旷世奇观。

三峡工程建设需要众多学科的综合集成。众多学科的综合集成过程就是一个创新的过程。三峡工程建设涉及水工、施工、泥沙、航运、水文、气象、地质、材料、金属结构、机电设备、生态、环境、信息……等众多学科和专业领域。除直接参与工程建设的设计、业主、施工、监理单位的科技人员外，新中国成立五十年多来，尤其是近二十多年，全国有数十家科研院所和高校、数万名科技人员投入三峡工程的科技工作，提交了近万份科技成果报告。同时针对重大技术难题，汇集全国科技精华，充分发挥专家的作用，展开科技攻关，并借鉴国外先进经验，科学决策。这些科技成果为三峡工程建设和枢纽运行等重大问题的科学决策奠定了基础，对优化设计、改进施工工艺、保证工程质量、节约工程投资、促进现代化管理发挥重要作用。

三峡工程是中华民族自主创新能力的集中体现。面对一系列世界级难题，参加三峡工程建设的全体三峡建设者，始终把科技创新贯穿于工程建设的全过程。除机组和少数施工设备从国外引进外，其余的设备、材料、设计、施工全部由中国自己的队伍完成。通过三峡工程的建设，三峡工程在集成创新（大坝混凝土快速施工、双线连续五级船闸工程、导截流及围堰工程）、引进消化吸收再创新（以三峡工程为载体，推进大型机电装备国产化）、原始创新（中国自主开发的发电机蒸发冷却技术）等方面取得了一系列的重大成就，形成了具有自主知识产权的“三峡品牌”的技术。同时通过工程的组织建设，形成了一整套特大型水电工程建设管理模式，实现了质量、进度和投资有效控制，高质量地实现了三峡工程按期蓄水、通航、发电三大目标。

三峡工程在建设过程中，成功的研究解决了一系列重大科技难题，多项成果具有世界领先水平，走出了一条三峡特色的自主创新道路。截至2005年底，三峡工程科技成果已获得国家科技奖励14项，省部级科技进步奖200多项，获得专利数百项，同时创造了100多项世界之最。这些研究成果不仅在三峡工程建设中得到了全面应用，取得了巨大的社会和经济效益，同时许多技术已在国内外大型水电工程中得到应用和推广。

三峡工程重大创新成果

一、大坝混凝土浇筑

三峡工程混凝土工程量巨大，总量达2800万立方米，其中大坝混凝土量达1600万立方米，高峰施工强度需要1年浇筑混凝土逾500万立方米。如何在高强度混凝土施工中，实现混凝土浇筑的高质量，让三峡工程按期保质，甚至提前发挥其巨大的综合效益，一直是三峡工程设计、施工与工程管理的核心问题。为此，三峡总公司组织参建各方和科研单位从混凝土原材料与配合比、混凝土浇筑方案与配套工艺、大体积混凝土温控防裂等方面进行综合攻关，采用一系列最新技术，集成创新，成效显著。

新型的混凝土原材料与配合比：为充分利用工程本身开挖出的花岗岩基岩，三峡工程在国内率先将花岗岩破碎后用作混凝土人工骨料，首次利用性能优良的I级粉煤灰作为混凝土掺合料，投入数百万元研究混凝土配合比，包括进一步改进高性能的外加剂，使混凝土综合性能达到最优水平。经多家权威研究机构和总公司试验中心平行试验，优选出的大体积混凝土配合比单位用水量仅90kg/立方米左右，达到世界先进水平。

革命性的混凝土浇筑方案：混凝土浇筑方案和配套工艺是大坝混凝土施工的关键。经国内外多次调研、深入论证，三峡总公司决定引进国外最先进的大坝浇筑专用设备——塔带机，确定了以塔带机为主的混凝土浇筑方案。该方案的特点是，混凝土从拌和楼生产出来后，通过皮带机将混凝土输送到塔带机上，再由塔带机直接将混凝土有序地摊铺到大坝仓面上。这种工厂化的生产方式，相比间断式的汽车运输加起重机吊罐入仓的传统浇筑工艺，可以说是一场大坝浇筑的工艺革命（塔带机浇筑速度达200m3/h，台月产量达5～6万m3，是门塔机的2～3倍）。但是，塔带机是上世纪八十年代才开发出来的新设备，国外并无多少成熟经验，实际使用中，三峡工程不断创新，摸索总结出了一整套保证质量的施工工艺。主要有：克服了骨料分离的难点，成功地用塔带机浇筑四级配混凝土；由于塔带机不宜输送砂浆，成功研究出“软着陆”替代方案；对多层水平钢筋网、廊道、模板周围等塔带机浇筑困难的部位，总结出一整套成熟工法，保证了质量；总结出了一整套塔带机及混凝土皮带机的安装、运行、维护操作管理办法，培养出了一批高素质的运行管理骨干，始终使设备保持在完好状态，满足了连续高强度浇筑混凝土的需要；与国内专业厂家合作，塔带机主要零部件已实现了国产化，保障了供应，降低了成本。

创新性的混凝土温控防裂技术：大体积混凝土温控防裂是大坝施工的又一重点与难点。由于皮带机运送预冷混凝土时温度回升较大（夏天高温季节时，每运送150米，混凝土温度约回升1℃），更增加了这一问题的难度。三峡工程在这个世界水电工程的老大难问题上取得了突破性进展：首创了混凝土骨料二次风冷技术，盛夏时将拌和楼生产出的混凝土全部预冷到7℃；突破并严于规范要求，对高标号混凝土进行“个性化”通水冷却，很好地控制了混凝土最高温度；采用保温性能优良的聚苯乙烯板进行大坝表面的永久保温；在管理上总结出“天气、温度控制、间歇期”三项预警制度，保证了混凝土温控各个环节的高质量。

多方面的集成创新结出了丰硕的成果：三峡二期工程中，1999年到2001年三峡大坝混凝土浇筑实现了高质量、高速度的目标。左岸大坝按期达到设计高程，于2003年顺利实现了蓄水、通航、发电三大目标。三期工程中，右岸大坝混凝土浇筑目前已基本完工，工程质量更上新台阶。 2005年4月3日至4月7日，以两院院士潘家铮为首的国务院三峡工程质量检查专家组第15次来三峡工地检查调研后，对三峡工程建设质量给予了高度评价，认为三期工程的施工质量完全处于受控状态，右岸大坝没有出现一条裂缝，创造了世界奇迹。

三峡工程左右岸大坝预计今年5月贯通，汛后将水位蓄到▽156m，三峡工程即将发挥出更大的综合效益。

二、双线五级船闸工程

双线连续五级船闸由上下游引航道、闸室主体段、输水系统、山体排水系统等建筑物组成。船闸线路总长6442米，其中船闸主体段长1621米，单级闸室有效尺寸为280米×34米×5米。船闸主体段闸室位于花岗岩内，边坡陡高。在中隔墩和两侧边墙岩体内共布置四条输水隧洞，条件复杂。双线连续五级船闸设计总水头113米，单级最大水头45.2米均为世界之最。

船闸设计结构复杂，施工难度大，加上缺乏设计和施工经验，具有较高风险，是一项具有挑战性的工作。。

新颖的船闸总体布置：

船闸的级数和布置方式，经工程量、投资、运行管理条件以及与枢纽总布置关系等综合因素比选，采用双线五级连续船闸，布置在左岸山体侧。为满足通航建筑物的通航水流条件；满足在水库有泥沙淤积的情况下，船闸如何长期维持引航道的通航尺度和良好的通航水流条件；满足船闸的建筑物及相应的设备如何适应水库运行水位分期蓄水和变幅要求；如何保证船闸冲泄水时间；如何保证附近的升船机的通航安全等。

船闸引航道布置及通航水流条件与泥沙淤积关系密切。通过坝区泥沙模型和水工模型试验研究，参照葛洲坝工程船闸引航道防淤、清淤的成功经验，三峡工程船闸引航道采用综合防淤、清淤措施，以解决引航道泥沙淤积碍航和通航水流条件问题。

在技术设计阶段，经三峡总公司组织专家审定上游引航道隔流堤采用“全包”方案，即长2113米的隔流堤将双线五级船闸和升船机以及将临时船闸改建的冲沙闸全部包进隔流堤内的方案。

船闸高边坡支护创新：

船闸主体建筑物段长1607米，最大边坡高度达170米。在主体建筑物段形成双陡槽式双侧边坡。在陡槽部位开挖成直立边坡，闸室的边墙为锚固在直立边坡上的混凝土薄衬砌。和一般高边坡相比，船闸高边坡具有以下特点：它是在山体中深切出来的陡高边坡，高度大、形态复杂、范围广、应力释放充分，呈现出明显的卸荷和非均质特征；为确保黄金水道畅通和满足船闸人字门的正常运行，对边坡稳定和变形特性有严格要求；施工难度大、干扰多、工期紧，不仅地面施工强度高，窄、深且陡的闸室直立边墙开挖困难，而且与地下隧洞与竖井开挖同步进行，如何解决开挖爆破的相互影响，最大限度地减少岩体损伤和确保施工安全都是需要处理的难题。

在施工中遇到了多条规模较大的新发现的断层，出现了790多处大于100立方米的不稳定岩体，曾发生过一次最大2800立方米的塌方。施工单位难以对招标文件中60米高的直立墙一次成孔逐段爆破开挖，研究后优化为小平台的开挖方案；为了保证直立墙施工安全增加了大量的锁口锚杆；据统计船闸工程支护量如下：预应力锚索4377束，锚杆近27万根。

超高水头大型船闸输水新技术：

三峡船闸单级最大输水水头达45.2米，已远远超过了目前世界上已建水头最高的大型船闸。与国内外已建高水头大型船闸相比，具有水头高、充泄水体大，要求的输水时间短、闸室水面上升速度快以及廊道防空化难度大的特点。通过紧密结合三峡工程的具体条件，进行大量研究论证和模型试验验证，采用了将输水系统主廊道与船闸主体结构分开布置，在岩体内开挖隧洞方案。

采用输水廊道和阀门进行冲泄水、补水，闸室内的廊道采用分4区段等惯性出水，出口加消能盖板的布置型式。合理降低在阀门部位主廊道的高程，并采用主廊道在阀门后顶扩加底扩的体形，在阀门门楣和底槛上进行通气。运行情况表明，船闸输水系统工作正常。

人字门和启闭机关键技术：

三峡船闸人字闸门的最大高度38.5米，最大单扇门重850吨，最大淹没水深36米，最大启闭力2700KN，闸门的高度、门面水压力、自重和启门力，均居世界第一位。闸门结构既要求有足够的刚度，保证闸门的可靠挡水和在闸门启闭过程中保持体形，又要求闸门能适应闸首可能出现的一定变形，以保证两侧刚性止水的止水效果；巨大的门体自重，加大了保持底枢润滑的难度；巨大的启闭力对启闭机和闸门顶枢的受力，提出了更高的要求。因而闸门制造、安装难度大、精度要求高。

（1）闸门门页采用主横梁式结构和主梁采用变断面翼缘，在门页下游面设两层背拉杆，以及适当加大支枕垫垫层的厚度等，合理的分配了门页结构的刚度，使闸门既能在关闭和运行过程中，具有足够的刚度和强度，满足稳定要求；又满足了闸门在边墩万一发生微量变形时，闸门的刚性止水仍能有效止水的要求。

（2）针对三峡船闸边坡可能产生微变位误差，造成闸门的高度可能会有偏差的情况，活塞杆与闸门的连接采用采用铰接，并采用具有偏摆角的自润滑球面滑动轴承等，使启闭机的性能较好地满足闸门安全运行的要求。

原型安全监测成果和船闸运行情况：通过对埋设在船闸各个部位的3268支各类监测仪器原型监测资料的综合分析，截止2006年1月，变形基本结束，船闸投入运用后，闸室充水过程中船闸首的位移不大于0.5米米，完全满足船闸人字门正常运用的要求，均控制在设计预测范围之内。三峡工程蓄水135米水位后，2003、2004年货运量分别达到1475万吨、4308万吨。2005年，三峡坝区通过货运量为4393万吨，其中双线五级船闸共通过货物3291万吨、旅客188.4万人次；滚装翻坝运输31.48万台次，货运量1102万吨。远远超过三峡船闸未通航前葛洲坝三座船闸年货运量1800万吨的历史记录，是葛洲坝水利枢纽多年（1981～2003年）平均货运总量958万吨的4.6倍。蓄水后，库区的航运条件大大改善，有效的降低了运输成本，长江已成名副其实的“黄金水道”。

三、导截流及围堰工程

通过多年的方案比较研究，确立了“三期导流、明渠通航、围堰挡水发电”的施工方案。

大流量深水河道截流技术：

三峡工程截流包括大江截流和导流明渠截流，截流成功后都面临在一个枯水期快速修建深水高土石围堰或高碾压混凝土围堰的难题。三峡工程大江截流和明渠截流的难度，与世界上单项水力学指标最高的一些截流工程比较，都是较高的，其综合困难程度乃世界截流史所罕见。1997年11月8日大江截流和2002年11月6日导流明渠提前截流成功，标志我国河道截流技术已挤身世界领先地位。

大江截流是修建二期上下游土石围堰关键性的第一道工序，其目的是截断长江主河道，迫使长江水流改道从导流明渠渲泄。截流最大水深达60 米。针对大江截流水深，戗堤进占出现堤头坍塌的难题，探讨了深水截流堤头坍塌的机理，提出并创造性的采用了深水平抛垫底措施，有效防止了堤头坍塌事故的发生，1997年11月8日，龙口顺利合拢。实测截流流量11600～8480 m3 /s，落差0.66 m，最大流速4.22 m/s，截流最高日抛投强度12.09×104 立方米。

明渠截流具有截流流量大（设计流量Q=12200～10300 m3/s）、截流水深(20～25 m)、落差大(相应设计流量落差5.77～4.11 m)、龙口流速大（最大垂线平均流速7.47～6.68 m/s，最大点流速达8.47 m/s）、截流总功率大（达69.0×104～41.5×104 kW），是当今世界上截流综合难度最大的截流工程。为此进行了多年的一系列关键技术攻关研究。不论是截流工程关键技术研究，还是高质量截流的信息跟踪及动态决策保障系统研究等方面均取得了创新成果。

《长江三峡工程大江截流设计及施工技术研究与工程实践》获1999年国家科技进步一等奖。

深水土石围堰关键技术：

二期上游土石围堰最大高度82.5 米，堰体施工最大水深60 米，为深水土石围堰。围堰基础地形地质条件复杂。围堰型式为两侧石渣及块石体、中间风化砂及砂砾石堰体，塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料防渗心墙。围堰填筑方量达1032×104 立方米，且80 % 堰体为水下抛填，防渗墙面积达8.4×104 米2，需在1998年汛前建成度汛，工期紧、强度高、施工难度大，为国内外已建水利水电工程罕见。围堰于1998年6月抢至度汛高程，先后经受长江8次洪峰考验，在洪水流量61000 立方米/s，最高水位77.8 米时，围堰运行正常。

围堰工程的技术难题主要有：断面的结构和防渗型式的选择；60米水深下抛填风化砂密度的确定；深槽、陡坡、硬岩防渗墙的施工技术；新型柔性墙体材料研制及其质量控制方法；新淤砂的动力稳定性及其处理。为此，国家科技攻关以及三峡工程技术设计和施工阶段从围堰的设计、施工、运行到拆除安排了一系列研究课题，2003年5月顺利完成了使命，并安全拆除。