三峽工程規(guī)劃設計歷程及關鍵技術研究與實踐

鄭守仁

上：三峽左岸電廠中控室。 攝影/劉華

一 工程規(guī)劃設計論證歷程

三峽上起重慶市奉節(jié)，下迄湖北省宜昌市，全長192km，穿越瞿塘峽、巫峽、西陵峽三段峽谷。兩岸懸崖峭壁，重巒疊嶂，奇峰異石，景象萬千，是我國也是世界一大名勝地。三峽是長江上游100萬km2徑流唯一出口，“上引巴蜀，下控荊襄”，具有得天獨厚的優(yōu)越地理條件，上游是綿延數(shù)百里的高山峽谷，下游是沃野千里的江漢平原和洞庭湖區(qū)，又是連接天府之國和中下游平原湖泊地區(qū)的交通要道。在三峽建壩蓄水，無論從控制洪水、利用水能發(fā)電，還是改善川江航運的角度都是最優(yōu)選擇。

修建三峽工程始于偉大的革命先行者孫中山先生，1919年孫中山先生在《建國方略》一書中，首次提出在三峽“以水閘堰其水，使舟得以溯流以行，而又可資水力”的設想。20世紀40年代，當時的國民政府和美國墾務局合作，對三峽工程做過一些初步的勘測、設計和研究工作。在美國墾務局總工程師、著名大壩專家薩凡奇的帶領下，40多位中國工程師參與工作，于1944年9月提出了《揚子江三峽計劃初步報告》，擬在南津關建一座高225m的大壩和裝機容量1056萬kW的電站。后來國民政府還組建機構，開展了勘測工作，并與美國墾務局進行聯(lián)合設計，但于1947年完全中止。

薩凡奇在木船上考察三峽。 資料圖片

1949年10月新中國成立后，全面開展了三峽工程規(guī)劃、勘察、設計、研究論證工作。1950年2月，水利部長江水利委員會（以下簡稱長江委）成立，全面負責長江治理開發(fā)和保護工作，并開始收集整理長江流域的水文、地形地質和堤防等基礎資料。1954年5月～8月間，長江流域連降暴雨，中下游地區(qū)發(fā)生了近100年來的大洪水，受災耕地333.3萬畝，受災人口近2000萬人，死亡約3萬人。1954年大洪水進一步說明了長江中下游防洪問題的嚴重性和緊迫性。為解除荊江地區(qū)毀滅性洪災的威脅，解決長江中下游平原區(qū)防洪問題，在50年代開始研究修建三峽工程，以解決長江防洪問題。但考慮到工程規(guī)模巨大、技術復雜，黨中央采取了積極而慎重的方針。1956年6月，毛澤東主席在武漢寫下“截斷巫山云雨，高峽出平湖”的壯麗詩篇，展望三峽建壩的美好遠景，顯示黨和國家領導人修建三峽工程的意愿。1958年3月黨中央成都會議通過的《中共中央關于三峽水利樞紐和長江流域規(guī)劃的意見》指出：“從國家長遠的經濟發(fā)展和技術條件兩方面考慮，三峽水利樞紐是需要修建，而且可能修建的，……現(xiàn)在應當采取積極準備和充分可靠的方針，進行各項有關工作。”成都會議結束后，周恩來總理即指示有關部門立即組織全國的科研大協(xié)作，以解決建設三峽工程中的重大科技問題。在60年代初我國經濟三年暫時困難時期，周總理對三峽工程指示：“雄心不變，加強人防”。1970年，中央決定先建葛洲壩工程，并作為三峽工程的“實戰(zhàn)準備”。80年代初，中央制定我國遠景發(fā)展規(guī)劃時，準備修建三峽工程，國務院于1984年原則批準了三峽工程150m方案的可行性研究報告，并決定立即開始進行施工前期工作。此后，由于社會各方面及有關專家對興建三峽工程提出一些不同意見和建議，黨中央、國務院于1986年決定組織重新論證，“以求更加細致、精確和穩(wěn)妥”。原水利電力部根據(jù)中央的指示，組織了412位專家，聘請21位特邀顧問，劃分10個專題，成立14個專家組，對三峽工程進行重新論證。從1986年至1989年，經過三年多的重新論證工作，先后完成并經論證領導小組審議通過14個專家組的專題論證報告。論證最終推薦“一級開發(fā)、一次建成、分期蓄水、連續(xù)移民”，正常蓄水位為175m的建設方案，“一級開發(fā)”指從三峽壩址到重慶之間的長江干流上只修建三峽工程一級樞紐；“一次建成”指三峽大壩設計壩頂高程185m，大壩及樞紐各建筑物一次連續(xù)建成；“分期蓄水”指樞紐建成后水庫運行水位分期抬高至正常蓄水位175m，以緩解移民的難度，并可通過初期蓄水運用，驗證泥沙試驗研究的成果，“連續(xù)移民”指移民分批連續(xù)搬遷，一次搬遷到位。論證結論明確提出三峽工程“建比不建好，早建比晚建有利”的重要判斷。1990年，長江委據(jù)此重新編制了《長江三峽水利樞紐可行性研究報告》。1991年8月國務院組織專家審查通過了《長江三峽水利樞紐可行性研究報告》，決定提請全國人民代表大會審議。1992年4月3日，全國人大七屆五次會議審議通過了《關于興建三峽工程的決議案》。1993年國務院決定開始進行三峽工程的施工準備，這標志著三峽工程經過40多年的勘測設計、科研和反復論證，已開始轉入實施階段。

由于三峽工程規(guī)模巨大，國務院三峽工程建設委員會（以下簡稱三峽建委）決定把三峽工程初步設計分為樞紐工程、移民工程和輸變電工程三大部分，單獨編制初步設計報告，分別審查。長江委于1992年12月編制完成《長江三峽水利樞紐初步設計報告（樞紐報告）》（以下簡稱《三峽工程初步設計》），上報三峽建委。三峽建委辦公室組織專家進行了初審，1993年7月三峽建委批準《三峽工程初步設計》，作為下階段設計和施工的依據(jù)。三峽建委在批準《三峽工程初步設計》的同時，責成長江委編制大壩、電站建筑物、船閘、升船機等8個單項技術設計，并授權中國長江三峽工程開發(fā)總公司（現(xiàn)中國長江三峽集團公司，簡稱三峽集團公司）負責審查單項技術設計。三峽集團公司成立技術委員會并聘請157位專家組成8個專家組負責審查工作。單項技術設計為各建筑物招標設計及招標文件編制和施工詳圖設計奠定了基礎。三峽工程于1993年開始施工準備，1994年12月開工以來，長江委設計院共提供設計圖3.53萬張，設計報告2150份，并派出各專業(yè)設計代表駐工地配合工程施工，提出設計通知及施工技術要求9500份，認真負責地做好技術服務工作，設計技術供應滿足了施工需要，為工程建設順利進行提供了技術支撐。三峽工程1997年11月大江截流，2003年6月蓄水至水位135m，7月左岸電站首批機組發(fā)電，雙線五級船閘試通航，進入圍堰擋水發(fā)電運行期；2006年5月，大壩全線混凝土澆筑至設計高程185m，6月，碾壓混凝土圍堰拆除，由大壩擋水，10月蓄水至水位156m，進入初期運行期；2008年10月左右岸電站26臺水輪發(fā)電機組全部投產，經國務院三峽工程驗收委員會驗收，工程具備設計正常蓄水位175m運行條件，汛末開始175m水位試驗性蓄水，2010年10月蓄水至設計水位175m運行。

二 大壩壩址選擇

三峽大壩壩址選擇歷程。 制圖/神筆

20世紀五十年代，長江委開始研究三峽大壩壩址，在西陵峽美人沱至南津關約50km長的河段內選擇了兩個河段作為研究對象。上段從美人沱迄蓮沱長25km，稱為美人沱壩區(qū)(后改稱三斗坪壩區(qū))，該河段基巖為花崗巖，河谷比較開闊。下段從石牌迄南津關長13k m，稱為南津關壩區(qū)，該河段基巖為石灰?guī)r，河谷狹窄陡峻。在美人沱壩區(qū)選擇10個比較壩址，第一階段比較后選定三斗坪壩址作為美人沱壩區(qū)的代表性壩址。在南津關壩區(qū)選擇5個比較壩址，第一階段比選后選定南津關壩址作為南津關壩區(qū)的代表性壩址。第二階段圍繞南津關壩址石灰?guī)r巖溶問題和三斗坪壩址結晶巖的風化殼等問題，進行了較大規(guī)模的補充勘測工作和設計研究工作。①地質方面：南津關壩址巖溶發(fā)育嚴重，水文地質條件復雜，壩基透水性強；斷層傾角平緩，且有粘土質充填，處理較困難；完整的基巖強度較高，但受溶蝕及構造影響的巖石強度較低。三斗坪壩址結晶巖的巖性堅硬，完整；壩址雖有斷層通過，但傾角較陡，處理較易，對興建高壩具有明顯的優(yōu)越性，比南津關壩址穩(wěn)妥可靠。②水工方面：南津關壩址除大壩工程量較小外，水電站廠房需布置地下式廠房，洞挖工程量大，因兩岸地形陡峻，地下水電站進出口開挖量大；兩岸山體較高，船閘布置困難，且開挖量大。三斗坪壩址可布置壩后式廠房；左岸地形有利于布置船閘，工程量較小。③施工方面：南津關壩址必須采用隧洞導流，洞挖工程量巨大，圍堰高度大，河床窄而深，工程難度大，三斗坪壩址有條件采用分期導流，施工較有把握；三斗坪壩址有寬闊平緩的溝谷和灘地可作為施工場地，但對外交通較南津關壩址相對困難；南津關壩址施工工期受地下工程和船閘工程控制，比三斗坪壩址工期要長2年。綜合比較，三斗坪壩址明顯優(yōu)于南津關壩址。

三峽工程修建在三斗坪壩址，樞紐下游尚有35km的峽谷航道處于天然狀態(tài)，需研究航道的改善措施。大壩修建在南津關壩址，這一河段全部在水庫內，航道可得到徹底改善。但是進一步研究表明，三峽水電站日調節(jié)下泄流量變化對下游航運造成的影響，不論選擇三斗坪壩址還是南津關壩址，均需在下游修建反調節(jié)水庫（即現(xiàn)已建成的葛洲壩水利樞紐）。因此長江委推薦三斗坪壩址作為三峽工程大壩壩址。20世紀六十、七十年代，為了研究大壩防空炸問題，又重新深入研究了太平溪和石牌壩址，并與三斗坪壩址作進一步比較。1983年5月，國家計委審查《長江三峽水利樞紐工程可行性研究報告（150m方案）》，同意選用三斗坪壩址。1986年三峽工程重新論證，長江委在1989年重編的《長江三峽水利樞紐可行性研究報告》（正常蓄水位175m）仍推薦三斗坪壩址，并經國務院三峽工程審查委員會審查通過。1993年，三峽建委對長江委編制的《三峽工程初步設計》審查意見中明確，“同意報告選定的三斗坪壩址”。

三 正常蓄水位的選定

20世紀五十年代以來，三峽工程正常蓄水位研究范圍從128m至260m。六十年代，為了適應“備戰(zhàn)”的形勢和減少工程初期投資的積壓，研究了大壩分期“加高”，工程規(guī)模逐步擴大的“分期開發(fā)方案”。七十年代研究“高壩中用”方案，提出正常蓄水位190m，初期運用水位141m及正常蓄水位200m，初期運用水位150m兩個方案。八十年代初，為盡量減少淹沒損失，重點研究了正常蓄水位150m方案，長江委于1983年編制了《長江三峽水利樞紐可行性研究報告》，經國家計委組織審查通過，1984年4月國務院批準三峽工程按正常蓄水位150m、壩頂高程175m進行建設。后因150m水位方案不能解決長江中下游防洪問題，又不滿足重慶市和交通部門的航運要求，國務院決定對三峽工程重新進行論證。

根據(jù)多年來研究的成果，正常蓄水位的重新論證范圍為150～180m，正常蓄水位150、160、170、180m。經技術經濟比較認為：三峽工程從盡可能滿足防洪、發(fā)電、航運三項任務要求出發(fā)，正常蓄水位宜選高水位方案。正常蓄水位175m分期蓄水方案，防洪庫容有221.5億m3，可以滿足防洪的基本要求；萬噸級船隊直達重慶的保證率可達45%～50%；調節(jié)庫容有165億m3，調節(jié)流量5860m3/s，基本可以協(xié)調電站調峰和下游航運的關系；發(fā)電可裝機18200MW，年發(fā)電量847億kW?h。該方案移民人口113萬人，可以妥善安置。泥少淤積對重慶港區(qū)的影響可通過水庫優(yōu)化調度、結合港口改造、采取整治和疏浚措施加以解決。由于分期蓄水，水庫前后期運行水位差40m，帶來的工程技術問題，如雙線五級船閘的首級船閘如何適應初期與后期不同水位，水輪發(fā)電機組如何適應這種變化，技術上都可以解決。大壩壩頂高程定為185m，為今后水庫運用留有必要的余地。1993年5月，三峽建委審查批準《三峽工程初步設計》，三峽工程設計正常蓄水位為175m。

澆筑中的三峽大壩。 攝影/丁川華

三峽工程樞紐布置。 制圖/神筆

四 樞紐布置及主要建筑物

（一）樞紐布置

三峽工程壩址處河谷寬闊，河段彎曲，左岸為凸岸，岸坡平緩，右岸為凹岸，岸坡較陡峻。右側有中堡島順河分布，將長江分為主河槽和后河。葛洲壩工程蓄水后，三峽壩址河床兩岸灘地被淹，枯水期水面寬約1000m。壩址基巖為前震旦紀閃云斜長花崗巖，巖體均一完整，微風化和新鮮巖石抗壓強度達100MPa，變形模量30～40GPa。壩區(qū)屬地震環(huán)境，基本烈度為Ⅵ度，建筑物設計按Ⅶ度設防。

樞紐由大壩、電站廠房和通航建筑物組成。樞紐布置為：攔河大壩泄流壩段位于河床中部、兩側廠房壩段和非溢流壩段。茅坪溪防護壩位于攔河大壩右岸上游約1k m的茅坪溪出口處，與攔河大壩共同承擔擋水任務。電站廠房位于兩側廠房壩段壩后，另在右岸布置地下電站，在左岸山體布置電源電站。通航建筑物雙線5級船閘和垂直升船機均布置在左岸。

（二）樞紐建筑物

深孔、表孔、導流底孔正視圖（下游面）。 制圖/神筆

攔河大壩為混凝土重力壩，壩頂高程185.0m，壩頂總長2309.5m，最大壩高181.0m。泄洪壩段布置在河床中部，泄水設施為深孔和表孔。泄洪壩段前緣總長483.0m，分為23個壩段，共設23個深孔和22個表孔。每個壩段中部設寬7.0m、高9.0m的泄洪深孔，進口底高程90.0m；兩個壩段之間跨縫布置凈寬8.0m的泄洪表孔，溢流堰頂高程158.0m。為滿足施工導流及截流要求，在表孔的正下方跨縫布置22個導流底孔，出口寬6.0m、高8.5m，中間16孔進口底高程56.0m，兩側各3孔進口底高程57.0m，全部底孔已于2007年3月回填混凝土封堵。泄洪壩段兩側的廠房壩段及其壩后廠房共布置26條電站引水壓力管道，進水口位于大壩上游側，進口底高程108.0m，直徑12.4m。在其下部布置7個圓形排沙孔，直徑4.5m，進口底高程70.0m及90.0m。在泄洪壩段與兩側廠房壩段相接的導墻（右側兼作縱向圍堰）壩段各布置1個排漂孔，寬10.0m、高12.0m，進口底高程133.0m；右岸廠房安Ⅱ壩段設1個排漂孔、寬7.0m、高10.0m，進口底高程130.0m。兩岸非溢流壩段與廠房壩段相接，在左岸非溢流壩段內布置升船機上閘首和臨時船閘壩段，臨時船閘壩段前緣長62.0m，分為3個壩段，中間壩段長24.0m，施工期為臨時船閘上游的航道，已改建2孔（進口底高程102.0m，出口寬5.5m，高9.6m）沖沙閘。

茅坪溪防護大壩為瀝青混凝土心墻土石壩。壩頂長度1890.0m，頂高程185.0m，最大壩高104.0m，壩頂寬20.0m，迎水側設混凝土防浪墻，墻頂高程186.5m。

電站分設左、右岸壩后式廠房和右岸地下廠房。左、右岸廠房長度分別為643.7m和584.2m，安裝14臺和12臺水輪發(fā)電機組，機組中心間距均為38.3m，機組單機容量700MW。主廠房凈寬34.8m，結構總高度93.8m。右岸地下電站包括進水口、引水隧洞、主廠房、尾水洞、輔助洞室、尾水平臺及尾水渠、500kV升壓站等。地下主廠房最大跨度32.6m，高86.24m，長329.5m，布置6臺單機容量700MW的水輪發(fā)電機組。尾水洞為變頂高型式，城門洞形，出口最大尺寸為15.0m×24.5m(寬×高)。在左岸電站左側的山體內布設電源電站，安裝2臺50M W水輪發(fā)電機組。三峽電站總裝機容量22500M W，平均年發(fā)電量882億kW?h。

三峽船閘開挖施工。 攝影/黃正平/CFP

通航建筑物包括船閘和升船機，均布置在左岸。船閘為雙線五級船閘。線路總長6442m。上游引航道長度2113m，底高程130.0m、寬180.0m，右側設土石隔流堤，口門寬220.0m；下游引航道長度2708m，底高程56.5m、寬180.0m，右側設土石隔流堤，口門寬200.0m；船閘主體段長1621m，設置6個閘首、5個閘室，單級閘室有效尺寸為長280.0m、寬34.0m；坎上水深5.0m。兩線船閘均布設在左岸山體深切開挖槽內，中間保留寬57.0m、高50～70m巖體作為中隔墩。閘首和閘室采用分離結構，其邊墻為襯砌式，部分邊墻上部為重力式、下部為襯砌式。船舶（隊）通過五級船閘主體段的歷時約2.4h，從上游引航道口門至下游口門歷時約3.1h。船閘單向年通過能力5000萬t。為解決施工期通航，在左岸非溢流壩段下游布置單線一級臨時船閘，閘室尺寸長240.0m，寬24.0m，坎上水深4.0m，現(xiàn)已改建為沖沙閘消力池。

升船機采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直升船機，布置在雙向五級船閘右側，兩者相距約1km。升船機由上游引航道及靠船設施、上閘首、船廂室段、下閘首、下游引航道及靠船設施組成，全長約6km。其上、下游引航與船閘共用。升船機上閘首是船廂室的上游擋水建筑物，為大壩擋水前緣的一部分，順水流向長125.0m，航槽寬18.0m，依次布置有擋水閘門、輔助門、工作閘門，頂部布置啟閉機；下閘首是船廂室的下游擋水建筑物，順流向長32.5m，航槽寬18.0m，布置有可快速適應變化的雙扉，下沉式工作閘門、檢修門，頂部布置啟閉機。上、下閘首之間為船廂室段，裝載船舶過壩的承船廂布置在船廂室內，船廂室凈寬25.8m，底高程50.0m。升船機最大提升高度113.0m，承船廂有效尺寸長120.0m、寬18.0m、水深3.5m，承船廂與廂內水體總重約1.55萬t。升船機單向運行的間隔時間約40min，雙向運行的間隔時間約70min，按過貨輪計算，年單向通過能力約400萬t。

三峽大壩航拍。 攝影/劉華

五 樞紐建筑物設計關鍵技術

（一）大壩及電站建筑物

1、大壩泄洪及消能

大壩按萬年一遇洪水流量98800m3/s；萬年一遇洪水加大10%，洪水流量124300m3/s校核。大壩泄洪設施采用深孔和表孔相間布置，在表孔的正下方布設施工導流底孔。施工期，深孔與導流底孔聯(lián)合泄流量達70000m3/s；正常運行期，深孔與表孔聯(lián)合運用并考慮排漂孔、排沙孔和廠房機組過流后總泄流能力100000m3/s。泄洪孔采用挑流消能型式。深孔設計水頭85.0m，孔中流速達35m/s，設計采用有壓短管接明流泄槽跌坎型式，以提高摻氣減蝕效果。

2、大壩壩內大孔口結構

大壩壩體過流孔及閘門槽（井）尺寸大、數(shù)量多，挖空率大，結構受力復雜。深孔過水歷時長、運用操作頻繁，水頭高、變幅大，且孔口周邊拉應力需配置的鋼筋數(shù)量多，設計采取有壓段局部鋼襯，橫縫灌漿增大孔口側壁剛度，止水局部后移等結構措施，降低孔口應力，減少了鋼筋用量。

3、岸坡廠房壩段壩體巖體緩傾角結構面處理

兩岸部分廠房壩段下游布置壩后式廠房，致使壩基下游面臨空，形成67.8m的高陡邊坡，近百米高的混凝土重力壩坐落在坡頂，壩基巖體緩傾角結構面構成潛在的不利滑動面，成為深層抗滑穩(wěn)定的控制滑面。設計采用先進的特殊勘探手段，查明壩基深部巖體的長大緩傾結構面的位置，產狀、規(guī)模和形狀，并進行現(xiàn)場原型抗剪斷試驗輔以大量室內試驗，確定了緩傾角結構面抗剪斷指標，通過多種方法計算和地質力學結構模型試驗研究對比，按最不利的工況及參數(shù)計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，并采取壩基加強固結灌漿、巖體增設排水洞、橫縫設鍵槽并灌漿以提高整體作用、壩廠聯(lián)合受力等綜合措施，提高壩基深層抗滑穩(wěn)定安全度，確保大壩安全運行。

4、大壩混凝土設計

大壩混凝土除滿足強度要求外，還應滿足抗?jié)B、抗凍、抗裂、抗沖磨、抗碳化、抗侵蝕性及防止堿骨料反應等耐久性方面的要求。大壩混凝土配合比設計從傳統(tǒng)的強度設計轉為按耐久性為主設計，采取優(yōu)選混凝土原料、優(yōu)化配合比、降低用水量、采用優(yōu)質引氣劑、摻Ⅰ級粉煤灰等多種措施，提高混凝土耐久性指標。

5、電站引水進水口及引水壓力管道

電站引水進水口采用單孔小喇叭進口體型，為減小孔口拉應力，采取橫縫灌漿、局部橫縫止水后移等結構措施。引水壓力管道壩內管為鋼管與壩體混凝土澆筑在一起的聯(lián)合承載結構；壩后背管采用鋼襯鋼筋混凝土聯(lián)合受力管道，設計安全系數(shù)為2，其中鋼襯安全系數(shù)1.2。

6、電站排沙及排漂

大壩泄洪深孔較兩側電站進水口高程低18.0m，進入壩前的粗沙，一般沿河床深泓自深孔下泄，電站進水口前形成漏斗，不致因泥沙淤積而影響機組發(fā)電。設計考慮兩岸電站進水前緣較長，為防止進水口淤積和減少粗沙過機組，設置了低高程的排砂孔。并在壩體設置排漂孔，將壩前的漂浮物排至大壩下游。

（二）通航建筑物

1、引航道布置及通航水流條件

上、下游引航道長度、寬度、底高程和線路布置均按交通部門提出的通航水流條件要求，控制口門縱向流速小于2m/s，橫向流速小于0.3m/s，回流流速小于0.4m/s，涌浪高度小于0.5m。

2、船閘閘首及閘室結構

雙線五級船閘布設在左岸山體深切開挖槽內，中間為巖體隔墩。閘首及閘室均采用分離結構，其邊墻為鋼筋混凝土襯砌式。設計突破了大型船閘通常采用重力式結構的傳統(tǒng)，研究提出了襯砌墻與巖體聯(lián)合受力，保留中隔墩巖體的新型船閘閘墻結構。

3、船閘輸水系統(tǒng)及水力學

船閘最大工作水頭113米，分為5級，單級工作水頭45.2m，是當前世界已建規(guī)模最大、水頭最高的內河船閘。輸水系統(tǒng)采用分散式進水口布設在首級閘首上游的引航道內，每線船閘巖體內對稱布置2條輸水洞，在閘室底板布置8支管4區(qū)段等慣性出水加消能蓋板的充（泄）水支廊道，泄水經末級閘室的泄水廊道，下接箱涵橫穿下游引航道隔流堤，從堤外坡腳處入長江。2條輸水洞最大流量550m3/s，閘室一次充泄水量23.7萬m3，時間12～13min。設計研究采用輸水系統(tǒng)抗空化的綜合技術，解決了閥門段及閥門防空化問題。

4、船閘高邊坡開挖及支護

船閘兩側的邊坡高度120～160m，閘室邊墻部位為50～70m高的直立坡。針對邊坡巖體受構造、裂隙切割，開挖高度大，輪廓較復雜，開挖后需作為船閘結構的組成部分，對巖體變形控制要求高等特點。設計采取合理確定閘槽開挖形態(tài)，嚴格控制開挖施工程序和爆破工藝等措施；并設計一系列防滲排水和加固支護方案，有效地控制邊坡巖體變形量及穩(wěn)定性。

5、船閘運行監(jiān)控系統(tǒng)

針對三峽船閘復雜的運行工況，設計研究提出適應雙線五級船閘安全可靠運行，按“硬件冗余、軟件容錯”的原則配置，采取“集中管理、分散控制”分布式集散結構的五級船閘監(jiān)控系統(tǒng)。解決了在復雜工況下，安全、可靠、靈活地對船閘進行操作、監(jiān)控運行的難題。與其配套的通航信號及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)的設置，構成了完整的船閘整體運行控制、監(jiān)視、指揮、管理、通信的中樞。

（三）機電設計關鍵技術

1、巨型水輪發(fā)電機組

針對三峽電站機組具有單機容量大、水頭變幅大、過機水流含有泥沙和啟停頻繁，要求性能優(yōu)、安全穩(wěn)定運行等特點。對水輪機進行了多項重大科技攻關，確定了主要參數(shù)、主要尺寸和結構、輔助設備的配套、剛度及強度標準等。國內制造廠優(yōu)化了水力設計，經模型試驗驗證，成功降低了水輪機壓力脈動幅值，基本消除了高水頭、高部位負荷區(qū)“特殊壓力脈動峰值帶”這一技術難題，提高了機組運動穩(wěn)定性；在我國首次提出按水頭、負荷分區(qū)對水輪機尾水管、無葉區(qū)等各測量部位壓力脈動幅值的量化考核指標；為拓寬高水頭工況機組穩(wěn)定運行區(qū)域，在發(fā)電機設置了108%額定容量的最大容量和采取了預留強迫補氣等措施。這些研究成果為國內自主研發(fā)700MW巨型水輪發(fā)電機組奠定了基礎，促進了行業(yè)的技術進步，并被國內其他大型水電站所采用。設計還重點研究解決冷卻方式、推力軸承等重大技術問題。左岸電站14臺水輪發(fā)電機組全部采用半水冷方式，右岸電站12臺機組有部分機組采用全空冷方式。經過工業(yè)性真機局部模擬試驗，地下電站6臺機組采用具有我國知識產權的蒸發(fā)冷卻技術。機組推力軸承的推負荷按6kt級設計，為當前世界上機組推力軸承最大的推力負荷，超過美國大古力水電站700MW水輪發(fā)電機推力負荷4.7kt。

2、電站水輪機蝸殼埋設方式

700M W水輪發(fā)電機組的水輪機蝸殼HD值高（1773m?m），受力條件復雜，蝸殼埋設方式影響結構安全性、機組運行穩(wěn)定性及廠房動態(tài)特性等。設計對蝸殼直接埋入式，墊層埋入式和保壓埋入式進行了動力、靜力計算，并對直接埋入式進行了物理模型試驗研究。根據(jù)研究成果，針對各種埋設方式的特點，選用埋設方式。電站32臺水輪發(fā)電機組，其中9臺采用墊層埋入式，21臺采用保壓埋設方式、1臺采用直接埋入式，1臺采用直接埋入與墊層埋入的組合埋入式。結合電站機組的安裝調試和運行，在各種水位條件下，對各種埋設方式進行了真機監(jiān)測并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，監(jiān)測結果與理論計算成果基本一致。各種埋設方式水輪發(fā)電機組運行總體良好，機組的振動、擺度、推力瓦溫正常，表明蝸殼外圍混凝土結構合理，能保障水輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行。

三峽左岸電廠廠房。 攝影/胡凱

3、三峽-葛洲壩梯級聯(lián)合調度為目標的綜合自動化系統(tǒng)設計

葛洲壩工程是三峽工程的航運梯級，是反調節(jié)梯級樞紐。機電設計提出三峽-葛洲壩梯級進行聯(lián)合統(tǒng)一調度，并設立由梯級調度中心統(tǒng)一調度的綜合自動化系統(tǒng)。對三峽-葛洲壩梯級樞紐進行防洪、發(fā)電、航運等方面的聯(lián)合統(tǒng)一調度。該系統(tǒng)具有監(jiān)控對象多、涉及面廣，功能齊全、可靠性和實時性要求高、技術復雜而先進等特點，共涉及機組53臺，總裝機容量25115MW的5個電站廠房，4座500kV升壓站和1座220kV變電站，集中控制的各類泄洪、排漂及沖沙閘門共計75扇，3座一級船閘，1座雙線五級連續(xù)船閘和1座升船機，同時還必須準確、及時收集樞紐控制流域內雨情、水情、氣象等信息。系統(tǒng)下設8個分系統(tǒng)，根據(jù)不同情況在分系統(tǒng)下設相應的現(xiàn)地子系統(tǒng)。

2003年投運以來的實踐表明，該系統(tǒng)運行情況較好，實現(xiàn)了設計目標。

六 結語

三峽工程建成投運標志長江治理開發(fā)和保護進入新階段。三峽水庫2008年汛末開始175m試驗性蓄水，2010年10月試驗性蓄水至設計水位175m運行。三峽集團公司加密了樞紐各建筑物的各項監(jiān)測，并進行水輪發(fā)電機組在高水位運行的各項試驗工作。監(jiān)測資料表明，大壩、電站廠房、船閘等建筑物變形、滲流、應力應變符合正常規(guī)律，監(jiān)測值均低于設計計算值，各建筑物工作性態(tài)正常，運行安全；700M W水輪發(fā)電機組各項試驗數(shù)據(jù)表明，機組運行安全穩(wěn)定，能量、空蝕及電氣等性能良好，主要性能指標達到或優(yōu)于規(guī)程規(guī)范和合同要求。三峽工程運行實踐證明，樞紐建筑物設計安全可靠、先進合理，施工質量優(yōu)良。

三峽工程是我國水利水電建設史上的重要里程碑，工程設計中的關鍵技術問題，通過大量的科學試驗研究和設計計算分析，以及借鑒國內外水利水電工程設計施工運行經驗，都已解決并經過實踐檢驗。通過三峽工程設計、施工和運行實踐表明，我國在大壩高水頭，大流量泄洪消能技術，壩體大孔口結構設計及封堵技術，壩基巖體不利結構面處理技術，壩基滲流控制技術，大型金屬結構設計、制造及安裝技術，巨型水輪發(fā)電機組的工程設計、制造及安裝技術，大型船閘通航水力學及輸水系統(tǒng)關鍵技術，高陡邊坡開挖支護及加固技術，地下電站變頂高尾水洞技術等方面達到國際先進水平。其中多級船閘關鍵技術，巨型水輪機安全穩(wěn)定運行綜合措施的設計研究，大壩混凝土高強度施工及溫度控制防裂技術，大流量深水河道截流及深水高土石圍堰技術等為國際領先水平。三峽工程建設為我國大型水利水電工程培養(yǎng)和輸送了一批高水平的設計、施工、監(jiān)理、科研和運行管理人才，大大促進了我國水利水電科學技術的發(fā)展。

專家論壇

三峽工程規(guī)劃設計歷程及關鍵技術研究與實踐

三峽工程是我國水利水電建設史上的重要里程碑，工程設計中的關鍵技術問題，通過大量的科學試驗研究和設計計算分析，以及借鑒國內外水利水電工程設計施工運行經驗，都已解決并經過實踐檢驗。通過三峽工程設計、施工和運行實踐表明，我國壩工技術的許多方面已達到國際先進水平，有不少方面已居于為國際領先水平。

專家論壇

世界核電機型誰主沉浮

世界核電發(fā)展主戰(zhàn)場已轉移到新興經濟體和迫切要求振興經濟的發(fā)展中國家。核電機型要適銷對路，符合新興經濟體和發(fā)展中國家的特點，確保安全，造價要低，單機規(guī)模要適中。二代改進達三代，將成為世界核電發(fā)展的主流。降低造價是高造價三代生存發(fā)展的必由之路。

特別策劃

城市內澇

城市雨洪，是對城市化地區(qū)的降雨產流、管網(wǎng)匯流與河道行洪過程中的徑流的統(tǒng)稱。城市雨洪管理是針對城市中存在的洪水災害、水資源短缺、水循環(huán)利用和環(huán)境優(yōu)化等問題，全面統(tǒng)籌考慮雨水的資源價值，從簡單的排洪發(fā)展為雨洪綜合利用的現(xiàn)代管理理念。

前沿視點

從科技大壩到人文大壩

科技與人文之間的分裂以及如何來填平科技與人文之間的巨大鴻溝，是一個十分迫切的問題。在全球化背景和科技迅猛發(fā)展的今天，人類社會正面臨許多共同的挑戰(zhàn)和困境，而這些情況又在“工程”的名義下和活動中使人們看到了解決的希望。《從科技大壩到人文大壩》認識和思考三峽工程別開一境，值得一讀。