三峡工程技术设计中的若干问题与决策

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三峡工程技术设计中的若干问题与决策

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 2148 0


1 概述三峡水利枢纽是目前世界上已建或在建中的最大水利水电工程,面临着许多复杂的技术问题。工程开工前虽已经过长期的试验研究和论证,解决或明确了一些原则性问题,但限于各个设计阶段要求不同,不可能把具体问题都研究透彻。鉴于三峡工程的规模和复杂性,国务院三峡工程初设审查委员会在批准初设的同时,决定责成设计部门编制8个单项技术设计,包括4座主要的建筑物(大坝、厂房、永久船闸和升船机)、机电、二期围堰、建筑物的监测和泥沙专题。其后,国务院三峡工程建设委员会(以下简称三建委)又决定授权中国长江三峡工程开发总公司(以下简称总公司)负责审查8个单项技术设计。

  技术设计仍由长委会负责进行,总公司成立技委会并在全国聘请专家负责审查工作。应当指出,技术设计是在施工准备工作已经开始亟待提出招标设计的情况下突击进行的,有些问题还要补充做试验研究,特别紧急,困难也很多。所幸近2年来,总公司、专家组和长委会密切合作,采取多种方式把设计、科研和审查工作有机地结合起来,在有关院校和科研单位的支持协作下,技术设计和审查工作按计划顺利进展,满足了招标设计和施工的需要。目前,不少单项技术设计已完成终审,许多较重要的问题或方案已经明确,当然也还有少数复杂问题在继续深

复合土工膜是在薄膜的一侧或两侧经过烘箱远红外加热,把土工布和土工膜经导辊压到一起形成复合土工膜。随着生产工艺的提高,还有一种流延法做复合土工膜的工艺。其形式有一布一膜、二布一膜、两膜一布等。土工布作为土工膜的保护层,使保护防渗层不受损坏。为减少紫外线照射,增加抗老化性能,最好采用埋入法铺设。施工中,首先要用料径较小的砂土或粘土找平基面,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用细砂或粘土铺一层10cm左右过渡层。砌上20-30cm块石(或砼预制块)作防冲保护层。施工时,应尽力避免石块直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固,连接部位要涂刷乳化沥青(厚2mm)粘接,以防该处发生渗漏。

入研究和协调中。

  2 若干问题的研究结论和决策

  2.1 压力钢管型式

  三峡工程压力钢管直径和PD2数值之大已趋世界之冠。经过反复比较研究,确定采用钢衬钢筋混凝土联合受力方案,这不仅可以减少极厚钢管制作和施工的困难,而且也可减小在极端情况下压力钢管爆破失事的概率。

  2.2 大坝稳定和基础处理

  三峡大坝坝基地质条件总的讲是良好的,但在局部地段如左岸1~5号厂房坝段,经采用先进手段查明,坝基下存在不利的缓倾结构面,大坝下游又有较深的开挖形成的临空面,影响稳定性。经深入分析研究,决定适当降低建基面高程,并将坝体与厂房紧密结合,基础采用抽排等措施,以确保大坝的深层抗滑安全系数能满足要求。

  2.3 坝体导流及泄洪消能

  坝体底部预留的导流底孔是保证后期施工中大坝安全度汛的措施。经详细试验,比较了“短有压管(即明管)”和“长有压管(即压力洞式)”方案的优缺点,综合考虑各种因素后,决策采用长有压管(即压力洞)方案,以提高安全度。对于坝体泄洪总布置,表、深、底孔的具体体型设计及水力试验,也经多次讨论、审议,不断改进和优化。

  2.4 大坝部分采用碾压混凝土问题

  大坝部分区域(主要在底部)采用碾压混凝土,有许多优点,但必须采取一切必要措施确保施工质量,并要充分发挥碾压混凝土的特点,争取压缩更多的工期。审查后已决定在一期混凝土围堰上进行全面的现场生产性试验。但审议中不少专家认为,三峡工程是否适宜和必需采用碾压混凝土尚值得商榷;且在一期围堰试验中也出现一些问题。这个问题尚待结合施工设备的招标采购作综合考虑后确定。

  2.5 厂房布置和结构

  三峡工程的厂房是目前世界上最大的水电站厂房,洪水时尾水位也很高,要妥善解决好从进水口到尾水管的布置、结构和水力学上的问题。在设计和审议中,搜集了世界上许多巨型水电厂房的资料进行分析对比,尤其对厂房结构刚度、下游墙体结构方案和蜗壳外围混凝土结构型式等问题研究更多,以期提高厂房的抗震能力。有些问题还在进一步比较中。

  2.6 永久船闸

  三峡的永久船闸是当今世界上水级最高、规模最大的双线船闸。设计中要解决好总体布置、水工结构、金属结闸、高边坡稳定和闸阀水力学等一系列重大问题。经过长期的设计、试验和审议讨论,目前船闸的轴线、总体布置、闸室和闸墙结构、输水系统布置和结构等均已确定。由于输水闸阀的水头特大,因而防止空化是个重要课题。经反复研究,决定采用反向孤门,因为在国内外均有成熟经验,葛洲坝工程中已经过长期考验。同时,采用增大初始淹没水深,快速启门和在门后设置顶扩、底扩等措施,以解决消能和防蚀等问题。

  船闸的人字门承受极其巨大的水压力,为保证安全,确定超灌水头不得超过20cm,开启时间控制在2min左右,启闭机采用液压直推式,并在闸门设计和安装中留有适当余地以适应两侧闸墙可能发生的变形。

  永久船闸闸室系从山体中开挖而成,形成了高边坡。为保证其安全稳定,进行了大量科研和试验工作,按动态原则进行设计、采取多种措施加固,并从施工期起就进行观测反馈。

  2.7 升船机

  根据技术设计阶段的研究,将升船机位置适当左移,并将其轴线扭转一小的角度,这样可为今后有需要时在升船机右侧修筑实体隔流堤留下余地。升船机的初始运行水位也根据这种情况提高到145m.

  根据国务院批示,决定三峡枢纽的升船机缓建。这样有较充裕时间可对其结构和机电部分的设计进行更深入的研究和优化。但大部分土建工作仍需先行完成。与左岸1~5号厂房坝段地基条件相似,升船机上闸室地基内也存在不利结构面和稳定问题。经研究后决定把建基面高程由110m降低20m,闸基长度由90m增长35m,闸墙下游垫层厚度由15m增到30m,并适当嵌入基岩,以确保闸室结构在缓建期和运行期内的安全。

  2.8 二期围堰

  二期围堰修建在深水中和淤沙地基上,挡水高度和工程量都很大,是影响三峡工程施工成败的关键性施工建筑物,所以专门进行了单项技术设计。现在堰址的地质条件已基本查清,围堰的布置、堰顶高程和基本结构型式都已确定。围堰的第1年度汛标准确定采用20年一遇(72300m3/s),较初设定的百年标准有所降低,现正在报批中。结构型式上,在深槽段决定采用低双塑性混凝土防渗墙接土工膜心墙防渗,塑性墙厚度均为1m,其他部位采用单塑性混凝土防渗墙,墙厚(0.8~1)m.防渗墙适当嵌入弱风化基岩。

  截流合龙时间定在1997年11月下旬至12月上旬,力争提前,并采用该时段内5%频率的日平均流量(14000~9010)m3/s为截流设计流量。截流戗堤设置在上游围堰的下游侧,采用单戗双向立堵进占、下游围堰尾随的截流方案,并将做比尺为1∶80的动床模型试验。龙口段的游沙是清除还是保护涉及一系列问题,将视试验成果而定。

  围堰施工中的两大关键是截流和防渗墙施工。设计已提出了围堰施工的程序、进展、方法和现场布置等。龙口抛投的最大水深为60m,要防止在最后阶段截流戗堤堤头的稳定。将根据试验成果决定对策和调整龙口布置。防渗墙将采用“两钻一抓”工艺施工。主孔采用冲击反循环钻机造孔,副孔用液压导板抓斗成孔。防渗墙须嵌入陡岩,有时要钻透覆盖中的块球体,难度很大,对工期尤有影响,拟引进双轮铣槽机来保证防渗墙进展。

  2.9 机电

  三峡枢纽的水轮发电机组单机容量达70万kW,属于世界上最大水轮机组之列,而且技术条件极为复杂,制作安装进度很急,在技术设计中研究和审议了以下问题:

  (1)三峡枢纽将分期蓄水,前后期水头变幅很大,故前4~6台机组将更换转轮,初期转轮按(61~94)m水头设计。

  (2)机组安装进度仍按2003年投产2台,以后每年投产4台考虑。

  (3)为提高电站运行的稳定性和运行效率,将尾水管长度增加到50m,深度定为30m.

  (4)发电机优先采用空冷方式,推力轴承优先采用布置在水轮机顶盖上的方案。

  (5)机组的采购根据技术和融资方面的考虑,三建委确定第一批(12台)机组进行国际招标,由外国厂家负责,国内厂家参与,并逐步增加参与比重;第二批(1台)机组以国内为主制造。

  (6)厂房内的桥机采用2台1200/200t桥机加2台100/32t小机的方案。大小桥机分两层布置,大机在下。

  (7)左、右岸首端换流站的布置,在技设中从技术和经济上考虑推荐将它们与电站500kV开关站结合的接线方式,并布置在三峡枢纽范围内,电力部门从管理和发展角度考虑,建议采取分开布置的方案,需由三建委确定方案。

  2.10 坝区泥沙

  坝区泥沙问题以通过模型试验,并在三四个地方进行独立试验以资验证校核。技术设计中,统一了试验的条件,集中力量研究采取在不同布置方案和措施下,航道上下口门和航道内外泥沙冲淤及水流条件,对通航建筑物的防淤、清淤、减淤等有关措施进行试验比较,为最终选定方案创造了条件。

  2.11 安全监测

  目前已确定了三峡工程安全监测系统的总体结构设计,各建筑物及独立子系统的监测项目和测点布置,以突出重点、精简布置为原则。还比选了监测仪表和自动化系统,研究了建立变形、水力学及动力监测网等问题。对二期围堰的监测实施计划也作了研究。另外,对部分已开工的项目如船闸高边坡等抓紧审定设计及时开展监测以取得原始和基本数据。

  2.12 概算

  在技术设计中审定了三峡工程业主执行概算编制大纲和勘测设计费业主执行概算编制大纲。据此还审定了右岸一期工程、左岸一期开挖工程和勘测设计资业主执行概算编制大纲。据此审定了右岸一期工程、左岸一期开挖工程和勘测设计费的业主执行概算,为实现科学管理、国家结算工程造价、控制静态投资,考核工程造价盈亏提供了依据。开工以来,各项工程概算的控制是令人满意的。

  3 主要待定问题

  三峡工程的技术设计虽已取得了很大成绩且已接近尾声,但由于工程规模宏伟和问题复杂,有些问题仍然有待今后抓紧解决或决策。主要待定问题如下。

  (1)大坝是否部分采用碾压混凝土。这个问题关系到大坝的进度、施工管理水平和质量保证率,最终采取的浇筑手段和上坝能力,以及是否要争取提前发电或保留一些工期上的余地等问题,须由总公司全面衡量各项因素作出决策。

  (2)厂房钢蜗壳与外围混凝土是否联合承载或部分联合承载,是否充分打压后浇灌混凝土,进水口采用单孔或双孔方案等问题尚存在不同意见,有待作进一步比较后选定。

  (3)永久船闸、升船机等通航建筑物在上游需设置隔流堤。目前提出3个方案:①短隔流堤方案;②将升船机置于隔流堤以外的“小包方案”;③将升船机置于隔流堤以内的“大包方案”。船闸进水也有正面进水、侧面进水两种方式。以上方案目前正由清华大学、长江科学院和南京水科院按统一条件进行比较试验。

  从已做的泥沙和水力学试验成果看,在三峡工程建成的二三十年内,坝前淤积不多、水深较深;即使在洪水期间,水流也较平顺,船队可安全进出航道口门。到水库运行50~70年后,如不考虑上游建库影响,水库内的泥沙逐步淤高,水流流速增加,船队航行将受到一定影响,需采取措施解决。对此,一种意见主张现在就修建“大包方案”的隔流堤,一次建成;另一种意见主张集中力量确保永久船闸安全运行,升船机在洪水期可降低通航标准;还有一种意见是先修建较简单的短隔流提方案,满足近30年内的需要,为修建“大包方案”创造条件,在以后视需要修建。这些不同意见有待今后协调。

  (4)水轮发电机组。由于三峡水库水位变幅大,机组难以在各种水头下都处于在高效率、好工况下运行。而最大水头与额定水头之比达1.4,显然太大。在最大水头时水轮机的振动和气蚀较严重,难以稳定运行。因此,在技术设计和审议中已提出多种措施,包括适当提高设计水头、增大发电机容量,考虑降低水轮机转速,以及在初期运行时有一批机组采用初期转轮等。但所有这些措施还有待进一步研究并通过招标落实。

  4 国务院领导指示

  1995年11月1日,李鹏总理主持召开国务院三峡工程建设委员会第5次会议。三峡工程总公司在会上汇报了工程建设及上述技术设技进展及审查情况,有关部门领导也汇报了移民、筹资、电网建设和后续工程(向家坝、溪落渡)情况。会上,李鹏总理和邹家华副总理作了重要指示。

  李鹏总理指出:三峡工程1994年正式开工,实际工作做了两年,总的进展是好的。初步证明中央对三峡的方案是正确的。实行业主负责、招标投标、施工监理的体制是顺的,产生了良好影响。工程的形象进展和移民进展都取得显著成就,需要总结一下,向国家写个报告。下一阶段的任务就是集中力量为在1997年实现大江截流而奋斗。1996年是关键的一年,除要完成巨大的土石方工程外,外围工程都要完成,实现“四通”和完成砂石料工程。

  李鹏总理对技术工作表示满意,他指出,关于升船机问题,国务院已有文明确:即方案保留,施工推迟。其他技术问题可通过专家论证,统一意见,最后的大问题(如隔流堤方案)由三建委决策。有些问题如采用碾压混凝土由总公司决策,在无钢筋的部位可以采用,特别在辅助工程上。对于不影响当前工作的问题可以论证得深一些。变流站的分歧意见较大,可详细考虑。原则是一考虑节约,二考虑便于管理,三考虑安全稳定,四考虑发展。

  李鹏总理在谈到向家坝、溪落渡工程时指出:水电发展不起来很大原因是体制问题。三峡有力量向后续工程投资。要为子孙后代,滚动开发下去,滚到虎跳峡。开发方式采取滚动方式,三峡总公司就是业主,由它来管。前期费要花一些。三峡总公司要把它视为自己的工程,争取“九五”提出可行性研究报告,“十五”开展工作。

  李鹏总理对移民工作也做了详细和重要的指示。

  邹家华副总理要求三建委按总理讲话精神抓好下一步的工程建设、移民、企业建设和干部作风等工作。他指出,三峡工程的进展是个不断深化的过程。今后还会出现新的形势、规律和要求,要实事求是地解决问题。工程必须是第一流的。

  邹副总理对水电发展的“流域、梯级、滚动”开发道路问题作了详尽论述。他要求三峡总公司现在建设三峡,以后不断滚动,今后可能是长江开发公司。其他流域也一样,例如由二滩滚动开发锦屏。他还就现代企业建设问题提出了重要意见。

  邹副总理最后提醒我们,有些长远性问题现在要考虑,如尽可能减少泥沙入库,开展上游水保工作,这是个战略任务。设备问题,电网建设问题也越来越近,要抓紧工作了。


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