三峡工程关键技术及科技创新

三峡工程关键技术及科技创新2006-5-20来源：本站资料室三峡水利枢纽是开发和治理长江的关键性骨干工程，是世界最大的水利水电工程。在设计研究和建设过程中需解决一系列关键技术，科技创新贯穿于全过程。在此过程中，开展全国性科技攻关，在解决一系列关键技术问题中取得了突破，保证了三峡工程顺利实施。三峡工程的关键技术问题及创新概述如下：一、枢纽总布置及大坝1、根据长江三斗坪河段的地形地质条件，合理布置枢纽建筑物，实现工程主要任务长江洪水量大，需设置众多泄洪设施；电站装机多，共26台；为保障长江黄金水道畅通，设置大型船闸和升船机，通过大量方案比较和试验研究，合理布置枢纽建筑物。2、为满足枢纽特大泄洪能力要求，合理布置大坝泄洪设施和消能防冲措施三峡枢纽设计泄洪流量6.98万m3/s，校核泄洪流量10.25万m3/s布置了23个深孔、22个表孔；为满足施工期导截流需要，布置了22个导流底孔，泄洪坝段布置了3层孔口。泄洪孔口水头高，流量大，泥沙多，3层孔口泄洪运行条件复杂，需解决3层孔口不同运行条件下的体形选择和高速水流免空化及泥沙磨蚀问题，以及大坝的复杂结构应力问题。利用下游水深和基岩完好的特点，采用挑流消能形式。泄洪区两侧设置导墙，满足电站运行和通航建筑物道口门区的水流流态要求。3、左右岸坡厂房坝段坝基深层抗滑稳定大坝坝基总体上为坚硬完整的花岗岩，但两岸岸坡坝段坝基岩体存在不利的缓倾角裂隙，最大的连通率达83%，对大坝深层抗滑稳定极为不利，是三峡工程的重大技术问题之一。经采用特殊勘探手段查明情况，采取了厂坝联合受力、适当降低建基面、相邻坝段连成整体，加强坝基排水等综合措施，保证大坝安全。4、大坝大孔口应力与配筋优化大坝大孔口主要有泄洪深孔（7m×9m）、电站压力管道进水口（10m×12m）和排漂孔（10m×12m）等，孔口尺寸大、水头高，采取横缝止水后移平压等措施，降低孔口应力，减少钢筋配量，以保证混凝土施工质量。5、大坝混凝土快速施工技术大坝混凝土达1700万m3，混凝土浇筑强度连续3年在400万m3以上。在混凝土快速施工方面有以下重大技术进步和突破：采用一整套快速施工工艺和管理体系；混凝土原材料及配合比优化；二次风冷骨料技术等。二、水电站厂房1、蜗壳外围混凝土保压保温浇筑技术三峡电站水轮机组单机容量大（70万kW），蜗壳尺寸大，水头高，为有利于机组运行稳定性，减小蜗壳外混凝土的受力和配筋，蜗壳外围混凝土浇筑采取钢蜗壳保压保温措施。2、特大型电站引水钢衬钢筋混凝管和伸缩节的改进与部分取消电站引水压力管道共26条，直径12.4m，为同类型管径最大。采取在大坝下游面预留浅槽的背管布置形式，钢衬钢筋混凝土管结构型式，在管道布置、结构安全系数、钢衬、钢筋强度级别及钢筋布置等方面均有创新。管道厂坝间的伸缩节，岸坡坝段取消伸缩节，用长10m的垫层管取代；河床坝段采用带波纹管止水的改进型伸缩节。3、电站引水管道进水口型式电站引水管道采用单机单管，管道直径12.4m，设计量流1020m3/s，进水口尺寸大、水头高。进水口比较了单进水口和双进水口两种形式，单进水口比较大、小嗽叭口两种体型。通过水力学和工程量比较，采用先进的单孔小嗽叭口型式。三、船闸1、三峡船闸是当今世界上最大双线5级船闸。船闸总体设计中的重大技术问题有：针对复杂水沙条件采用水库蓄清排浑，船闸、航道人工防淤、清淤等综合技术满足船闸长期使用；采用连续5级船闸的水级划分方式，解决113m特高水头船闸输水等问题；在深切岩槽中采用船闸薄衬砌结构型式，大量节省工程量和造价。2、高水头船闸输水技术：采用高空化数廊道布置及先进的防空蚀综合技术，实现了大型船闸45.2m水头下快速、安全、平衡输水。3、闸室衬砌式结构技术：提出了与岩体联合受力的分离式高薄衬砌式闸首和闸室结构的一整套技术。4、闸门、阀门及启闭机技术：在特大型人字门、启闭机、反向弧形门及其启闭系统中应用低周高应力理论，采用大跨度卧缸液压启闭机和润滑系统的新材料，保证了闸门的安全可靠运行。5、船闸运行集中自动控制技术：提出了一套多目标自动监控技术，保证在复杂工况下安全、可靠、灵活地对船闸进行监控。6、船闸施工关键技术：采取一系列施工爆破技术和工艺，形成高直立边墙；在石方开挖、锚固和混凝土浇筑中采取合理施工程序，保证了船闸施工质量和目标工期的实现。四、特大型水轮发电机组三峡电站安装26台700MW混流式水轮发电机组，左岸电站14台，右岸电站12台。拟建右岸地下厂房安装700MW机组6台。三峡机组容量、尺寸巨大，堪称世界之最，能实现调频、调压、调峰和进相运行。单机额定功率777.8MVA，并设置有840MVA最大容量，其设计、制造难度超世界先进水平。水轮机转轮采用能适应水头及负荷变幅大、出水边为扭曲形状的叶片，能满足三峡运行水头变幅61m~113m且能在水头61m~71m下安全发电的要求。转轮采用抗空蚀、抗磨损的不锈钢材料，以适应机组在汛期水流中含有泥沙的运行条件。左岸电站转轮模型试验中发现高水头、高部分负荷区存在一个中低水头段混流式转轮普遍存在的压力脉动峰值带，最大带宽约137MW。经优化设计，将右岸机组额定水头从80.6m提高至85m，并在总结左岸机组运行经验的基础上改善水力设计后，这一压力脉动峰值带在右岸水轮机模型转轮上已基本消除，解决了这一世界性尖端技术难题。三峡机组水轮机转轮最大名义直径达104.28m、最大重473.3t。发电机定子机座外径最大达22.5m、最大铁芯高达3.15m。下机架采用两种结构：由一个中心体和6个幅射形支臂焊接而成，外径16.1m；一个中心体16个斜支臂焊接而成，外径15.1m，尺寸之大属世界一流。发电机采用3导轴承半伞式结构。左岸发电机全部采用定子绕组水内冷、定子铁芯和转子绕组空冷的半水冷结构，有效地解决了由发热引起的机械变形问题。右岸有4台采用全空冷结构，在保证性能的前题下将大大简化结构及安装维护工作。推力轴承采用多支点弹簧束支撑、28块钨金瓦和双层瓦可调支撑销柱式、24块钨金瓦两种结构形式，最大推力负荷达5520t，数值之大排在世界已运行机组的第一位。机电安装总体质量水平及进度居世界前列，左岸电站14台机已于2005年全部并网发电，年最大安装、并网发电机组达6台之多，创世界安装最高记录。五、导截流及围堰工程关键技术1、施工期导流及通航长江为航运黄金水道，要保证施工期通航。导流流量巨大（7.9m万m3/s），采用“三期导流、明渠通航、围堰挡水发电”的施工方案。第二期施工期采用导流明渠通航结合临时船闸解决施工期通航。导流明渠断面形式及布置，需满足巨式导流流量和通航水流条件。明渠断面形式，采用左低右高的复式断面，调整渠内流速分布，满足通航要求，成功解决了复杂弯道水流条件下明渠导流和通航设计流量相差大的矛盾。2、两次截流三峡工程施工期，进行了大江截流和导流明渠截流两次大流量深水河道截流，关键技术有：大江深水截流，采取平抛垫底措施，解决抛填料的到位成型；保证大江截流期的长江航运；明渠截流实施封堵截流，截流综合难度为世界之最，成为双戗截流的成功典范；在块体稳定性理论方面获得突破；明渠截流水文监测，成功采用了计算机网络，多波束测探前视声纳全球定位流量测验、激光前站仪、电波流速仪等高新技术和方法。3、深水土石围堰关键技术二期深水土石围堰最大高度82.5m，施工最大水深60m。围堰基础条件复杂，填筑方量达1032万m3，80%堰体为水下抛填。围堰渗水量仅为设计值的1/10。关键技术有：围堰断面的结构和防渗型式；水深60m水下抛填风化沙的密度和坡角；塑性混凝土防渗墙材料研制和施工控制技术；河床新淤沙和风化沙的动力特性及综合处理措施等，这些关键技术的研究解决使深水土石围堰成功实施。4、三峡碾压混凝土围堰筑坝技术三期碾压混凝土围堰最大高度121m，须在5个月内完成，要求最大月浇筑强度达40万m3。关键技术有：围堰在一期、三期分期施工，需解决分期施工的温控防裂问题；简化堰体结构和混凝土的品种，连续浇筑碾压混凝土技术措施；上下游面及止水部位采用注浆改性混凝土；上游面采用翻升悬臂钢模板，下游面采用混凝土预制模板，廊道采用拱墙一体预制钢筋混凝土模板，保证了碾压混凝土高强度快速施工和工程质量。