工程概况
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1 设计概况 

    三峡工程设计包括可行性研究、初步设计、单项工程技术设计、招标设计、施工详图设计等5个阶段。三峡工程的设计最早可以追溯到1919年,孙中山先生在《实业计划》中提出了改善川江航运条件,开发三峡水能资源的设想。最早提出可称为开发计划的,是美国垦务局设计总工程师萨凡奇。他1944年考察了三峡,编写了一份《扬子江三峡计划初步报告》。 
    三峡工程的前期设计研究工作始于20世纪50年代中期。中央在50年代初即考虑尽早修建三峡工程,用以解决长江防洪问题。但考虑到三峡工程规模巨大、技术复杂,中央采取了积极而又慎重的态度。1970年,中央决定先修建葛洲坝工程,为三峡工程做“实战准备”。1984年,国务院原则批准了三峡工程150方案的可行性研究报告,并决定立即开始进行施工前期准备工作。后来由于有关部门和专家提出了一些不同的意见和建议,1986年党中央、国务院决定组织重新论证。经过近3年的补充论证工作,通过了14个专题论证报告。 
    三峡工程的设计工作由水利部长江水利委员会全面承担。1989 年,长江流域规划办公室根据重新论证成果完成可行性研究报告后,即着手开展初步设计阶段的工作。1992年4月3日,全国人大七届五次会议通过《关于兴建三峡工程的决议》后,初步设计工作全面展开。初步设计报告分为枢纽工程、水库淹没处理和移民安置、输变电工程三大部分。初步设计(枢纽工程)于1992年12月编制完成上报,1993年7月由国务院三峡工程建设委员会审查批准。随后即进行单项工程技术设计和部分工程的招标设计、施工详图设计。在三峡水利枢纽设计中,大坝、水电站厂房、双线五级船闸、垂直升船机、二期上游围堰等属于重要单项技术设计。 
  1992年全国人大审议通过的三峡工程设计方案是:水库正常蓄水位175米,初期蓄水位156米,大坝坝顶高程185米,“一级开发,一次建成,分期蓄水,连续移民”。按初步设计方案,三峡工程土石方开挖约1亿立方米,土石方填筑约3000万立方米,混凝土浇筑约2800万立方米,金属结构安装约26万吨。结合施工期通航的要求,三峡工程采取分三期导流的方式施工。一期围中堡岛以右的支汊,主河槽继续过流、通航。在一期土石围堰保护下,开挖导流明渠,修建混凝土纵向围堰及三期碾压混凝土的基础部分,同时在左岸修建临时船闸,并进行升船机、永久船闸及左岸1-6号机组厂、坝的施工。一期工程包括准备工程在内共安排工期5年。二期围左部河床、截断大江主河床, 填筑二期上下游横向土石围堰,在二期围堰保护下修建泄流坝段、左岸厂房坝段及电站厂房,继续修建永久船闸和升船机,江水改由右岸导流明渠宣泄,船舶由导流明渠和左岸临时船闸通过。二期工程具备挡水和发电、通航条件后,进行导流明渠截流,利用导流明渠的碾压混凝土围堰及左岸大坝挡水,蓄水至135米时,双线五级船闸及左岸部分机组开始投入运行。二期工程共安排工期6年。三期封堵导流明渠时,先填筑三期上下游土石围堰,在其保护下,浇筑三期上游碾压混凝土围堰至140米高程,水库水位由已建成的河床泄流坝段的导流底孔及永久深孔调节。在三期围堰保护下修建右岸厂房坝段、电站厂房及非泄流坝段,直至全部工程竣工。三期工程安排工期6年。


2 重要单项设计


    2.1 大江截流和二期围堰工程 
  二期围堰是三峡工程重要的临时建筑物之一,其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共同围扩形成二期基坑,确保大坝泄洪坝段、左岸厂房坝段及左岸电站厂房干地施工。 
  二期围堰包括上游围堰和下游围堰两部分。上游围堰按II级水工临时建筑物设计,设计洪水频率为1%,相应流量83700m3/s,堰顶高程88.5m。下游围堰按III级水工临时建筑物设计,设计洪水频率为2%,相应流量79000m3/s,堰顶高程81.5m。 
  二期围堰施工水深达60m,是当今世界上最大的深水围堰,堰体80%填料需水下施工,围堰断面采用“两侧石渣堤中间夹风化砂、垂直防渗”的结构形式,防渗体为塑性混凝土防渗墙下接灌浆帷幕上接土工膜的形式。上游围堰轴线全长1439.6m,最大高度82.5m,下游围堰轴线全长1075.9m,堰体最大高度65.5m。堰体填筑总量达1032.1万m3,防渗截水面积9.22万m2,拦蓄洪水总量达20亿m3。上游防渗墙深槽段为双墙并加有5道横隔墙,两侧为单墙,墙厚分别为0.8m和1.0m,最大墙高73.5m,下游防渗墙全线为单墙,墙厚分别为0.8m、1.0m和1.1m,最大墙高 66.7m。 
  二期围堰的研究始于1958年,以后历经“七五”和“八五”两次攻关研究,初步解决了所存在的关键技术问题,并分别为初步设计和单项技术设计提供了主要设计依据和有关参数。围堰进入实施阶段后,又结合实际条件的变化进行了补充研究和施工科研,使施工方案更趋完善。 
  三峡大江截流工程是世界水电工程中规模最大的截流工程,具有截流流量大、水深大的特点,而且截流施工期有通航要求。三峡截流全过程大小塌方达40多次,均被参战的建设者们妥善处理,创造了安全、快速、优质、高效合龙的水平。


    2.2 三期围堰工程 
  三期RCC(碾压混凝土)围堰为I级临时建筑物,担任挡水发电和确保三期安全施工的重要建筑物,设计洪水标准为72300立方米/秒。堰体为重力式坝型,围堰顶高程140米,顶宽8米,最大底宽107米,挡水库容20亿m3,是三峡重大课题之一。三期RCC围堰砼总量160万m3,一期已施工高程50m以下部分,其上为导流明渠截流后修建的,坝体高度90m,砼方量110万m3,设计二期仅为4.5个月,能否按期建成,直接关系到二期首批机组按时发电和三期工程计划工期。 
  经“七五”攻关和实施前的反复研究确定采用全断面碾压施工,施工方案选择以汽车为主塔顶带机为辅的运输方式,并决定将三期明渠截流提前2003年11月6日(较计划提前一个月),堰体于2002年12月16日开始施工,2003年4月16日顺利完成,6月10日水位蓄至135m。保证了二期首批机组按期发电和三期工程提前施工。RCC围堰施工创造日浇筑量21066m3,日上升1.2m,月浇筑量47.6万m3,达世界纪录先进水平。


    2.3 大坝和电站厂房 
  三峡大坝为一级建筑物,按1000年一遇洪水设计,大坝由三部分组成,即泄洪坝、电站厂房挡水堤坝和左右库非溢流坝,全长2309.5m,大坝为重力式,泄洪采用挑流消能方式,三峡大坝的基础岩石为坚硬的完整花岗岩。大坝设计地震裂度为Ⅶ级。三峡规模大,总砼量2800万m3,且结构复杂,特别泄洪坝,计设22个导流底,23个漂孔,22个表孔,两侧各一个排漂孔,设计67个泄洪孔道,是三峡工程施工难度大,质量要求高,是控制二期工程工期的关键工程。为此,经反复核选今世界上先进塔带机浇筑为主,门塔机、缆机为辅的综合浇筑方案。 
  三峡电站采用70万千瓦的机组,总装机26台,计1820万千瓦,厂房总长度1228米,全部采用坝后式厂房。每台机组用一条直径12.4米的引水钢管,管内流速为8米/秒。其单机容量和总装机容量都是目前国内外最大的。 


    2.4 双线五级船闸高陡边坡稳定和变形 
  双线五级船闸布置在大坝左侧的山凹内,船闸线路总长6442米,船闸上下游最大水头为113米,设5级闸室分担水头。其规模是设计之最,两侧高陡边坡最大开挖深度达170米,其下部为高约60米的直立墙。两线船闸间保留宽60米的岩石中隔墩,船闸闸室采用薄混凝土衬砌结构。深挖高陡岩石边坡的稳定和变形量是工程设计和施工中重要研究课题。根据多年研究的成果,开挖采取控制爆破、喷锚支扩及预应力锚索(3600米300T级)高强锚杆加固等一系列措施。为控制和降低渗水压力,船闸主体段两侧山体内,各布置有7层共14条贯通全长的排水洞,各层排水洞间设有排水孔、帷幕,船闸地表亦设有防渗和排水系统。永久船闸开挖总量近4000万立方米,其中大部分为需进行爆破的坚硬岩石。在实地爆破试验的基础上,对爆破程序、爆破参数作了严格的控制,规定采用预留保护层和预裂爆破、光面爆破等工艺。 
  为监测船闸施工期和运行期的安全,永久船闸设置了内容广泛的安全监测系统。包括地面变形精密三角测量系统、地下水观测系统、岩体深部变形观测仪埋系统、锚杆锚索应力应变观测系统、爆破震动影响和岩体松弛监测等。船闸投入运行以来,监测数据表明,边坡是稳定的,变形值在设计允许范围内。


    2.5 高强度混凝土浇筑 
  三峡工程建筑物混凝土总量达2800万立方米,1999-2001年是二期工程混凝土施工的高峰年,年浇筑强度均在400万立方米以上。2000年,计划浇筑混凝土540万立方米,相应月高峰浇筑强度达50万至55万立方米,实际最高年浇筑548万m3,高峰期浇筑量达57万m3,远远超出国内外已建工程的最高水平。
  为了保证三峡大坝的高强度施工,业主、设计多年来对各种可能的施工方案和主要施工机械进行过长期的比较和研究。最后选用的是塔带机为主,胎带机、高架门机、缆机为辅的综合机械化施工方案。塔带机是一种新型的混凝土浇筑机械,可实施从拌合楼至浇筑仓面、连续式混凝土生产、运输、提升、直至入仓浇筑。这一方案具备高强度浇筑混凝土的显著优点。保证了二期厂坝工程按计划目标实现。


    2.6水轮发电机组 
  三峡水电站将安装26台单机容量70万千瓦的水轮发电机组,供电范围跨华中、华东和西南三大电网,还将与华北、华南联网。单机容量70万千瓦的三峡水电站水轮发电机机组,属于世界最大的水电机组。它不仅单机容量特大,因防洪和排沙的需要,在汛期需降低水位运行。故其运行水头变幅达52米,最大水头(113米)与最小水头比值达1.59至1.85。在此巨大水位变幅的条件下,既要确保机组运行稳定性,又要具有较优的效率,加之气蚀特性,给机组设计、制造和安装带来的特大难度超过世界上已有的任何大型机组。机组设计吸取了国内外先进技术,机组安装集中了国内优秀的队伍,2003年已胜利6台机组安装和投产运行,创下新的世界纪录。


    2.7 升船机 
  升船机与临时船闸毗邻布置在左岸,升船机位于左侧,由上游引航道、上闸首、升船机主体、下闸首及下游引航道等主要部分组成。升船机是用于船舶快速过坝的重要通航建筑物,承船箱有效尺寸同葛洲坝3号船闸(长120米,宽18米,船箱水深3.5米)。一次可以通过一条3000吨级的客货轮或一条895千瓦推轮顶推的1500吨级驳船。升船机为单线一级垂直提升式。 
    目前世界上已知和在建的大型垂直升船机的提升高度均在100米以内,承船箱带水重量也在9000吨以下,上下游通航水位变幅很小。而三峡升船机提升高度113米,船箱带水重量达11800吨,上游永久通航期最大变幅30米,下游通航水位变幅也达12米,且变率快。可见,三峡升船机的规模和技术复杂程序均属世界水平。为取得制造、安装经验,选用清江隔河岩300T级升船机作1:10试验。