三峽工程技術(shù)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題與決策

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1 概述三峽水利樞紐是目前世界上已建或在建中的最大水利水電工程，面臨著許多復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。工程開(kāi)工前雖已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究和論證，解決或明確了一些原則性問(wèn)題，但限于各個(gè)設(shè)計(jì)階段要求不同，不可能把具體問(wèn)題都研究透徹。鑒于三峽工程的規(guī)模和復(fù)雜性，國(guó)務(wù)院三峽工程初設(shè)審查委員會(huì)在批準(zhǔn)初設(shè)的同時(shí)，決定責(zé)成設(shè)計(jì)部門(mén)編制8個(gè)單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)，包括4座主要的建筑物（大壩、廠房、永久船閘和升船機(jī)）、機(jī)電、二期圍堰、建筑物的監(jiān)測(cè)和泥沙專(zhuān)題。其后，國(guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三建委）又決定授權(quán)中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)總公司）負(fù)責(zé)審查8個(gè)單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)。

　　技術(shù)設(shè)計(jì)仍由長(zhǎng)委會(huì)負(fù)責(zé)進(jìn)行，總公司成立技委會(huì)并在全國(guó)聘請(qǐng)專(zhuān)家負(fù)責(zé)審查工作。應(yīng)當(dāng)指出，技術(shù)設(shè)計(jì)是在施工準(zhǔn)備工作已經(jīng)開(kāi)始亟待提出招標(biāo)設(shè)計(jì)的情況下突擊進(jìn)行的，有些問(wèn)題還要補(bǔ)充做試驗(yàn)研究，特別緊急，困難也很多。所幸近2年來(lái)，總公司、專(zhuān)家組和長(zhǎng)委會(huì)密切合作，采取多種方式把設(shè)計(jì)、科研和審查工作有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在有關(guān)院校和科研單位的支持協(xié)作下，技術(shù)設(shè)計(jì)和審查工作按計(jì)劃順利進(jìn)展，滿足了招標(biāo)設(shè)計(jì)和施工的需要。目前，不少單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)已完成終審，許多較重要的問(wèn)題或方案已經(jīng)明確，當(dāng)然也還有少數(shù)復(fù)雜問(wèn)題在繼續(xù)深入研究和協(xié)調(diào)中。

　　2 若干問(wèn)題的研究結(jié)論和決策

　　2.1 壓力鋼管型式

　　三峽工程壓力鋼管直徑和PD2數(shù)值之大已趨世界之冠。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較研究，確定采用鋼襯鋼筋混凝土聯(lián)合受力方案，這不僅可以減少極厚鋼管制作和施工的困難，而且也可減小在極端情況下壓力鋼管爆破失事的概率。

　　2.2 大壩穩(wěn)定和基礎(chǔ)處理

　　三峽大壩壩基地質(zhì)條件總的講是良好的，但在局部地段如左岸1～5號(hào)廠房壩段，經(jīng)采用先進(jìn)手段查明，壩基下存在不利的緩傾結(jié)構(gòu)面，大壩下游又有較深的開(kāi)挖形成的臨空面，影響穩(wěn)定性。經(jīng)深入分析研究，決定適當(dāng)降低建基面高程，并將壩體與廠房緊密結(jié)合，基礎(chǔ)采用抽排等措施，以確保大壩的深層抗滑安全系數(shù)能滿足要求。

　　2.3 壩體導(dǎo)流及泄洪消能

　　壩體底部預(yù)留的導(dǎo)流底孔是保證后期施工中大壩安全度汛的措施。經(jīng)詳細(xì)試驗(yàn)，比較了“短有壓管（即明管）”和“長(zhǎng)有壓管（即壓力洞式）”方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮各種因素后，決策采用長(zhǎng)有壓管（即壓力洞）方案，以提高安全度。對(duì)于壩體泄洪總布置，表、深、底孔的具體體型設(shè)計(jì)及水力試驗(yàn)，也經(jīng)多次討論、審議，不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

　　2.4 大壩部分采用碾壓混凝土問(wèn)題

　　大壩部分區(qū)域（主要在底部）采用碾壓混凝土，有許多優(yōu)點(diǎn)，但必須采取一切必要措施確保施工質(zhì)量，并要充分發(fā)揮碾壓混凝土的特點(diǎn)，爭(zhēng)取壓縮更多的工期。審查后已決定在一期混凝土圍堰上進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)。但審議中不少專(zhuān)家認(rèn)為，三峽工程是否適宜和必需采用碾壓混凝土尚值得商榷；且在一期圍堰試驗(yàn)中也出現(xiàn)一些問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題尚待結(jié)合施工設(shè)備的招標(biāo)采購(gòu)作綜合考慮后確定。

　　2.5 廠房布置和結(jié)構(gòu)

　　三峽工程的廠房是目前世界上最大的水電站廠房，洪水時(shí)尾水位也很高，要妥善解決好從進(jìn)水口到尾水管的布置、結(jié)構(gòu)和水力學(xué)上的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)和審議中，搜集了世界上許多巨型水電廠房的資料進(jìn)行分析對(duì)比，尤其對(duì)廠房結(jié)構(gòu)剛度、下游墻體結(jié)構(gòu)方案和蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)型式等問(wèn)題研究更多，以期提高廠房的抗震能力。有些問(wèn)題還在進(jìn)一步比較中。

　　2.6 永久船閘

　　三峽的永久船閘是當(dāng)今世界上水級(jí)最高、規(guī)模最大的雙線船閘。設(shè)計(jì)中要解決好總體布置、水工結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)閘、高邊坡穩(wěn)定和閘閥水力學(xué)等一系列重大問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和審議討論，目前船閘的軸線、總體布置、閘室和閘墻結(jié)構(gòu)、輸水系統(tǒng)布置和結(jié)構(gòu)等均已確定。由于輸水閘閥的水頭特大，因而防止空化是個(gè)重要課題。經(jīng)反復(fù)研究，決定采用反向孤門(mén)，因?yàn)樵趪?guó)內(nèi)外均有成熟經(jīng)驗(yàn)，葛洲壩工程中已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期考驗(yàn)。同時(shí)，采用增大初始淹沒(méi)水深，快速啟門(mén)和在門(mén)后設(shè)置頂擴(kuò)、底擴(kuò)等措施，以解決消能和防蝕等問(wèn)題。

　　船閘的人字門(mén)承受極其巨大的水壓力，為保證安全，確定超灌水頭不得超過(guò)20cm，開(kāi)啟時(shí)間控制在2min左右，啟閉機(jī)采用液壓直推式，并在閘門(mén)設(shè)計(jì)和安裝中留有適當(dāng)余地以適應(yīng)兩側(cè)閘墻可能發(fā)生的變形。

　　永久船閘閘室系從山體中開(kāi)挖而成，形成了高邊坡。為保證其安全穩(wěn)定，進(jìn)行了大量科研和試驗(yàn)工作，按動(dòng)態(tài)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)、采取多種措施加固，并從施工期起就進(jìn)行觀測(cè)反饋。

　　2.7 升船機(jī)

　　根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)階段的研究，將升船機(jī)位置適當(dāng)左移，并將其軸線扭轉(zhuǎn)一小的角度，這樣可為今后有需要時(shí)在升船機(jī)右側(cè)修筑實(shí)體隔流堤留下余地。升船機(jī)的初始運(yùn)行水位也根據(jù)這種情況提高到145m.

　　根據(jù)國(guó)務(wù)院批示，決定三峽樞紐的升船機(jī)緩建。這樣有較充裕時(shí)間可對(duì)其結(jié)構(gòu)和機(jī)電部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行更深入的研究和優(yōu)化。但大部分土建工作仍需先行完成。與左岸1～5號(hào)廠房壩段地基條件相似，升船機(jī)上閘室地基內(nèi)也存在不利結(jié)構(gòu)面和穩(wěn)定問(wèn)題。經(jīng)研究后決定把建基面高程由110m降低20m，閘基長(zhǎng)度由90m增長(zhǎng)35m，閘墻下游墊層厚度由15m增到30m，并適當(dāng)嵌入基巖，以確保閘室結(jié)構(gòu)在緩建期和運(yùn)行期內(nèi)的安全。

　　2.8 二期圍堰

　　二期圍堰修建在深水中和淤沙地基上，擋水高度和工程量都很大，是影響三峽工程施工成敗的關(guān)鍵性施工建筑物，所以專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)。現(xiàn)在堰址的地質(zhì)條件已基本查清，圍堰的布置、堰頂高程和基本結(jié)構(gòu)型式都已確定。圍堰的第1年度汛標(biāo)準(zhǔn)確定采用20年一遇（72300m3/s），較初設(shè)定的百年標(biāo)準(zhǔn)有所降低，現(xiàn)正在報(bào)批中。結(jié)構(gòu)型式上，在深槽段決定采用低雙塑性混凝土防滲墻接土工膜心墻防滲，塑性墻厚度均為1m，其他部位采用單塑性混凝土防滲墻，墻厚（0.8～1）m.防滲墻適當(dāng)嵌入弱風(fēng)化基巖。

　　截流合龍時(shí)間定在1997年11月下旬至12月上旬，力爭(zhēng)提前，并采用該時(shí)段內(nèi)5％頻率的日平均流量（14000～9010）m3／s為截流設(shè)計(jì)流量。截流戧堤設(shè)置在上游圍堰的下游側(cè)，采用單戧雙向立堵進(jìn)占、下游圍堰尾隨的截流方案，并將做比尺為1∶80的動(dòng)床模型試驗(yàn)。龍口段的游沙是清除還是保護(hù)涉及一系列問(wèn)題，將視試驗(yàn)成果而定。

　　圍堰施工中的兩大關(guān)鍵是截流和防滲墻施工。設(shè)計(jì)已提出了圍堰施工的程序、進(jìn)展、方法和現(xiàn)場(chǎng)布置等。龍口拋投的最大水深為60m，要防止在最后階段截流戧堤堤頭的穩(wěn)定。將根據(jù)試驗(yàn)成果決定對(duì)策和調(diào)整龍口布置。防滲墻將采用“兩鉆一抓”工藝施工。主孔采用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)造孔，副孔用液壓導(dǎo)板抓斗成孔。防滲墻須嵌入陡巖，有時(shí)要鉆透覆蓋中的塊球體，難度很大，對(duì)工期尤有影響，擬引進(jìn)雙輪銑槽機(jī)來(lái)保證防滲墻進(jìn)展。

　　2.9 機(jī)電

　　三峽樞紐的水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)70萬(wàn)kW，屬于世界上最大水輪機(jī)組之列，而且技術(shù)條件極為復(fù)雜，制作安裝進(jìn)度很急，在技術(shù)設(shè)計(jì)中研究和審議了以下問(wèn)題：

　?。?）三峽樞紐將分期蓄水，前后期水頭變幅很大，故前4～6臺(tái)機(jī)組將更換轉(zhuǎn)輪，初期轉(zhuǎn)輪按（61～94）m水頭設(shè)計(jì)。

　?。?）機(jī)組安裝進(jìn)度仍按2003年投產(chǎn)2臺(tái)，以后每年投產(chǎn)4臺(tái)考慮。

　　（3）為提高電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，將尾水管長(zhǎng)度增加到50m，深度定為30m.

　　（4）發(fā)電機(jī)優(yōu)先采用空冷方式，推力軸承優(yōu)先采用布置在水輪機(jī)頂蓋上的方案。

　?。?）機(jī)組的采購(gòu)根據(jù)技術(shù)和融資方面的考慮，三建委確定第一批（12臺(tái)）機(jī)組進(jìn)行國(guó)際招標(biāo)，由外國(guó)廠家負(fù)責(zé)，國(guó)內(nèi)廠家參與，并逐步增加參與比重；第二批（1臺(tái)）機(jī)組以國(guó)內(nèi)為主制造。

　?。?）廠房?jī)?nèi)的橋機(jī)采用2臺(tái)1200／200t橋機(jī)加2臺(tái)100／32t小機(jī)的方案。大小橋機(jī)分兩層布置，大機(jī)在下。

　?。?）左、右岸首端換流站的布置，在技設(shè)中從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上考慮推薦將它們與電站500kV開(kāi)關(guān)站結(jié)合的接線方式，并布置在三峽樞紐范圍內(nèi)，電力部門(mén)從管理和發(fā)展角度考慮，建議采取分開(kāi)布置的方案，需由三建委確定方案。

　　2.10 壩區(qū)泥沙

　　壩區(qū)泥沙問(wèn)題以通過(guò)模型試驗(yàn)，并在三四個(gè)地方進(jìn)行獨(dú)立試驗(yàn)以資驗(yàn)證校核。技術(shù)設(shè)計(jì)中，統(tǒng)一了試驗(yàn)的條件，集中力量研究采取在不同布置方案和措施下，航道上下口門(mén)和航道內(nèi)外泥沙沖淤及水流條件，對(duì)通航建筑物的防淤、清淤、減淤等有關(guān)措施進(jìn)行試驗(yàn)比較，為最終選定方案創(chuàng)造了條件。

　　2.11 安全監(jiān)測(cè)

　　目前已確定了三峽工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各建筑物及獨(dú)立子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置，以突出重點(diǎn)、精簡(jiǎn)布置為原則。還比選了監(jiān)測(cè)儀表和自動(dòng)化系統(tǒng)，研究了建立變形、水力學(xué)及動(dòng)力監(jiān)測(cè)網(wǎng)等問(wèn)題。對(duì)二期圍堰的監(jiān)測(cè)實(shí)施計(jì)劃也作了研究。另外，對(duì)部分已開(kāi)工的項(xiàng)目如船閘高邊坡等抓緊審定設(shè)計(jì)及時(shí)開(kāi)展監(jiān)測(cè)以取得原始和基本數(shù)據(jù)。

　　2.12 概算

　　在技術(shù)設(shè)計(jì)中審定了三峽工程業(yè)主執(zhí)行概算編制大綱和勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)業(yè)主執(zhí)行概算編制大綱。據(jù)此還審定了右岸一期工程、左岸一期開(kāi)挖工程和勘測(cè)設(shè)計(jì)資業(yè)主執(zhí)行概算編制大綱。據(jù)此審定了右岸一期工程、左岸一期開(kāi)挖工程和勘測(cè)設(shè)計(jì)費(fèi)的業(yè)主執(zhí)行概算，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理、國(guó)家結(jié)算工程造價(jià)、控制靜態(tài)投資，考核工程造價(jià)盈虧提供了依據(jù)。開(kāi)工以來(lái)，各項(xiàng)工程概算的控制是令人滿意的。

　　3 主要待定問(wèn)題

　　三峽工程的技術(shù)設(shè)計(jì)雖已取得了很大成績(jī)且已接近尾聲，但由于工程規(guī)模宏偉和問(wèn)題復(fù)雜，有些問(wèn)題仍然有待今后抓緊解決或決策。主要待定問(wèn)題如下。

　　（1）大壩是否部分采用碾壓混凝土。這個(gè)問(wèn)題關(guān)系到大壩的進(jìn)度、施工管理水平和質(zhì)量保證率，最終采取的澆筑手段和上壩能力，以及是否要爭(zhēng)取提前發(fā)電或保留一些工期上的余地等問(wèn)題，須由總公司全面衡量各項(xiàng)因素作出決策。

　　（2）廠房鋼蝸殼與外圍混凝土是否聯(lián)合承載或部分聯(lián)合承載，是否充分打壓后澆灌混凝土，進(jìn)水口采用單孔或雙孔方案等問(wèn)題尚存在不同意見(jiàn)，有待作進(jìn)一步比較后選定。

　?。?）永久船閘、升船機(jī)等通航建筑物在上游需設(shè)置隔流堤。目前提出3個(gè)方案：①短隔流堤方案；②將升船機(jī)置于隔流堤以外的“小包方案”；③將升船機(jī)置于隔流堤以?xún)?nèi)的“大包方案”。船閘進(jìn)水也有正面進(jìn)水、側(cè)面進(jìn)水兩種方式。以上方案目前正由清華大學(xué)、長(zhǎng)江科學(xué)院和南京水科院按統(tǒng)一條件進(jìn)行比較試驗(yàn)。

　　從已做的泥沙和水力學(xué)試驗(yàn)成果看，在三峽工程建成的二三十年內(nèi)，壩前淤積不多、水深較深；即使在洪水期間，水流也較平順，船隊(duì)可安全進(jìn)出航道口門(mén)。到水庫(kù)運(yùn)行50～70年后，如不考慮上游建庫(kù)影響，水庫(kù)內(nèi)的泥沙逐步淤高，水流流速增加，船隊(duì)航行將受到一定影響，需采取措施解決。對(duì)此，一種意見(jiàn)主張現(xiàn)在就修建“大包方案”的隔流堤，一次建成；另一種意見(jiàn)主張集中力量確保永久船閘安全運(yùn)行，升船機(jī)在洪水期可降低通航標(biāo)準(zhǔn)；還有一種意見(jiàn)是先修建較簡(jiǎn)單的短隔流提方案，滿足近30年內(nèi)的需要，為修建“大包方案”創(chuàng)造條件，在以后視需要修建。這些不同意見(jiàn)有待今后協(xié)調(diào)。

　?。?）水輪發(fā)電機(jī)組。由于三峽水庫(kù)水位變幅大，機(jī)組難以在各種水頭下都處于在高效率、好工況下運(yùn)行。而最大水頭與額定水頭之比達(dá)1.4，顯然太大。在最大水頭時(shí)水輪機(jī)的振動(dòng)和氣蝕較嚴(yán)重，難以穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在技術(shù)設(shè)計(jì)和審議中已提出多種措施，包括適當(dāng)提高設(shè)計(jì)水頭、增大發(fā)電機(jī)容量，考慮降低水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，以及在初期運(yùn)行時(shí)有一批機(jī)組采用初期轉(zhuǎn)輪等。但所有這些措施還有待進(jìn)一步研究并通過(guò)招標(biāo)落實(shí)。

　　4 國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)指示

　　1995年11月1日，李鵬總理主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)第5次會(huì)議。三峽工程總公司在會(huì)上匯報(bào)了工程建設(shè)及上述技術(shù)設(shè)技進(jìn)展及審查情況，有關(guān)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)也匯報(bào)了移民、籌資、電網(wǎng)建設(shè)和后續(xù)工程（向家壩、溪落渡）情況。會(huì)上，李鵬總理和鄒家華副總理作了重要指示。

　　李鵬總理指出：三峽工程1994年正式開(kāi)工，實(shí)際工作做了兩年，總的進(jìn)展是好的。初步證明中央對(duì)三峽的方案是正確的。實(shí)行業(yè)主負(fù)責(zé)、招標(biāo)投標(biāo)、施工監(jiān)理的體制是順的，產(chǎn)生了良好影響。工程的形象進(jìn)展和移民進(jìn)展都取得顯著成就，需要總結(jié)一下，向國(guó)家寫(xiě)個(gè)報(bào)告。下一階段的任務(wù)就是集中力量為在1997年實(shí)現(xiàn)大江截流而奮斗。1996年是關(guān)鍵的一年，除要完成巨大的土石方工程外，外圍工程都要完成，實(shí)現(xiàn)“四通”和完成砂石料工程。

　　李鵬總理對(duì)技術(shù)工作表示滿意，他指出，關(guān)于升船機(jī)問(wèn)題，國(guó)務(wù)院已有文明確：即方案保留，施工推遲。其他技術(shù)問(wèn)題可通過(guò)專(zhuān)家論證，統(tǒng)一意見(jiàn)，最后的大問(wèn)題（如隔流堤方案）由三建委決策。有些問(wèn)題如采用碾壓混凝土由總公司決策，在無(wú)鋼筋的部位可以采用，特別在輔助工程上。對(duì)于不影響當(dāng)前工作的問(wèn)題可以論證得深一些。變流站的分歧意見(jiàn)較大，可詳細(xì)考慮。原則是一考慮節(jié)約，二考慮便于管理，三考慮安全穩(wěn)定，四考慮發(fā)展。

　　李鵬總理在談到向家壩、溪落渡工程時(shí)指出：水電發(fā)展不起來(lái)很大原因是體制問(wèn)題。三峽有力量向后續(xù)工程投資。要為子孫后代，滾動(dòng)開(kāi)發(fā)下去，滾到虎跳峽。開(kāi)發(fā)方式采取滾動(dòng)方式，三峽總公司就是業(yè)主，由它來(lái)管。前期費(fèi)要花一些。三峽總公司要把它視為自己的工程，爭(zhēng)取“九五”提出可行性研究報(bào)告，“十五”開(kāi)展工作。

　　李鵬總理對(duì)移民工作也做了詳細(xì)和重要的指示。

　　鄒家華副總理要求三建委按總理講話精神抓好下一步的工程建設(shè)、移民、企業(yè)建設(shè)和干部作風(fēng)等工作。他指出，三峽工程的進(jìn)展是個(gè)不斷深化的過(guò)程。今后還會(huì)出現(xiàn)新的形勢(shì)、規(guī)律和要求，要實(shí)事求是地解決問(wèn)題。工程必須是第一流的。

　　鄒副總理對(duì)水電發(fā)展的“流域、梯級(jí)、滾動(dòng)”開(kāi)發(fā)道路問(wèn)題作了詳盡論述。他要求三峽總公司現(xiàn)在建設(shè)三峽，以后不斷滾動(dòng)，今后可能是長(zhǎng)江開(kāi)發(fā)公司。其他流域也一樣，例如由二灘滾動(dòng)開(kāi)發(fā)錦屏。他還就現(xiàn)代企業(yè)建設(shè)問(wèn)題提出了重要意見(jiàn)。

　　鄒副總理最后提醒我們，有些長(zhǎng)遠(yuǎn)性問(wèn)題現(xiàn)在要考慮，如盡可能減少泥沙入庫(kù)，開(kāi)展上游水保工作，這是個(gè)戰(zhàn)略任務(wù)。設(shè)備問(wèn)題，電網(wǎng)建設(shè)問(wèn)題也越來(lái)越近，要抓緊工作了。