采访长江三峡工程技术设计审查组专家、三峡枢纽工程质量检查专家组专家、清华大学水利水电工程系教授谷兆祺的时间,正好与长江三峡三期围堰爆破的时间临近。虽未能亲临现场,但是,听着谷教授讲解关于三峡大坝的故事,相像着爆破的场面,不由被三峡的一切所陶醉。 自主创新坝管分离 三峡大坝的坝体是世界上最大的,装机容量也是世界之最。一台发电机的功率为70万千瓦,一期装机26台共计1820万千瓦,二期将再装6台,32个发电机同时工作将产生2240多万千瓦的电力。
自主创新坝管分离
三峡大坝的坝体是世界上最大的,装机容量也是世界之最。一台发电机的功率为70万千瓦,一期装机26台共计1820万千瓦,二期将再装6台,32个发电机同时工作将产生2240多万千瓦的电力。
谷兆祺说:“一期的机组,主要由国外的厂家来提供,我们只是给人家打杂工、做粗活。一台进口发电机需要18亿,老引进国外的产品,我们的钱都让人家挣走了。于是,中国人学习国外的技术,自己消化、自己生产,做得不比国外差,而且还比他们便宜,我们自己生产同样规格的发电机,一台只要14亿。事实证明,中国人并不比外国人笨的。二期右岸的12个机组就分别由哈尔滨、四川德阳与一家国外企业各中标4个,到了三期右岸地下厂房共6个机组,将全部采用国产的机器。”
在设计安装发电引水管方面,通常采取的技术是,管道穿过坝身,通向机组的方法。这种老方法施工起来很麻烦,装钢衬和浇混凝土要交叉进行,同时施工。三峡的建设者们大胆创新,采取了“坝管分离”的新技术,管道在进口后,用较短的距离穿过坝身,再沿坝下游坡进入厂房,做成“背管”的方式。这样不但钢衬减薄一半,而且将坝的建设与管的安装分离开,很便于施工。
温控技术好弥补措施妙
有点混凝土施工知识的人都知道,混凝土结构的裂缝是建筑工程上的高难课题,全世界的混凝土大坝都难免出现表面裂缝。
谷兆祺说,为了防止裂缝的出现,三峡大坝建设过程中对常规混凝土采取了一整套温度控制的技术。首先要掌握混凝土的入仓温度,夏天和冬天的温度要求都是不同的。单次浇筑的面积、厚度和时间也都有要求。在第一层的初凝时间内,就要立即盖上第二层,这样才能保证分次浇筑的混凝土成为一个整体。而在三期围堰采取的碾混土浇筑办法,就像修沥青马路一样,一层层地平碾,速度非常快。两层之间的时间间隔要掌握好,如果超过了初凝时间,层与层之间就会出现冷缝,影响坝体的质量安全。碾混土浇筑的办法,保证了总方量达100余立方米,高100米的三期围堰在不到半年的时间内前全部完工。
然而三峡大坝的泄洪段,由于结构复杂,也发生了一些裂缝。2002年初,三峡左岸大坝发现裂缝后,针对为什么会裂、裂缝形成的原因以及如何解决等问题,院士和专家们多次会议进行研究分析。谷兆祺说,这些裂缝大多都很细,最多不超过0.3毫米,如果不注意仔细看是很难发现。经过反复探讨,专家决定采取五步措施加以补救。先在裂缝里面灌浆粘合剂,然后在裂缝表面凿开很小的缝,嵌入具有一定强度的止水材料,然后在外面做一块50公分厚的止水板,铆起来;最外面,再浇一块4米宽、50公分厚的钢筋混凝土作保护。
表深底三孔孔孔有学问
防洪是三峡工程的首要效益。三峡天然河段洪水量大和落差大,而大坝担负着拦蓄洪水、调蓄水位的功能,大坝必需有一定规模的泄洪能力。谷兆祺说,三峡的泄洪工程也是世界上最大的,是水利工程上前所未有的。
三峡大坝泄洪坝段布置了三层孔,从上层往下,依次叫溢流表孔、泄洪深孔、导流底孔,共67个孔。左右电厂厂房坝段设置了7个排沙孔、3个排漂孔。底孔和深孔均是世界上最大的。施工和设计也是独创的,有直径大,流量大,压力大的特点。
大坝最上一层的是22个净宽8米的溢流表孔,泄洪时将形成巨大的人工瀑布。第二层是23个7米宽、9米高的泄洪深孔,底坝高程为90米。泄洪深孔将是今后使用最多的孔,深孔可以在水位很低的时候就能把水放走,当发生千年以上洪水时,深、表孔将同时泄洪。最下一层有22个6米宽、8.5米高的导流底孔,是施工期内作为导流过水用的。在蓄水水位达到135~156米时,导流底孔将全部关闭,今后也将不再打开。3个排漂孔,是为保护发电而设的,其中2个也可兼作泄洪。
谷兆祺说,在水流流速很高的情况下,如果混凝土表面不平整,就会出现真空,达到一定程度后,水就会处于一种汽态和液态不断转化的不稳定状态,不断对坝体混凝土产生冲击,威力就像不断爆炸的小型炸药一样,坝身就会逐渐松垮、甚至坍塌。因此,要做到表面平整、曲线平顺。每座深孔弧形所承受的压力将近有1万吨,那么大的门,那么高的流速,要做到既平整又不漏水谈何容易。经过反复讨论和研究,最后由我们自己的专家组研究出了一种既保证质量,又便于施工的办法,成功解决了这一难题。
大船爬楼梯小船坐电梯
三峡大坝拥有世界上最大的船闸——五级船闸。不论是五级联合在一起,还是单个船闸都是国际上没有的。今年,三峡水库将蓄水至156米,三年后蓄水至175米,届时,长江航道条件将更上层楼,万吨级船队可从上海直达重庆。在枯水季节,三峡水库可增加下游流量,解决长江中游枯水期浅滩碍航难题,“黄金水道”将真正成为流金淌银的河流。
然而大大小小的船只如何顺利地通过高高的三峡大坝?谷兆祺用一句顺口溜概括了三峡大坝的奇妙设计——“大船爬楼梯,小船坐电梯”。也就是说,三千吨以下的客船可以乘坐电梯——升船机直接过坝。只要先将船开到一个升船机的大箱子里,然后用机器提升起来,过了坝后再将船放到水里,前后只要半个小时。大船和货船队则一级一级地走船闸,共有5级船闸,也就是船要上5个台阶,需要两个半小时。谷教授说,除了这世界第一的5级船闸外,升船机也是世界上最大的,升得最高的。“电梯”所承受的重量在世界上也是首屈一指的,虽然船只有不足3千吨,但是船加上水,再加上箱体本身的自重,足有1.2万吨的重量,这也是世界之最了。
南不拉闸北不缺水
提到三峡大坝对全国能源的影响,人们更多是想到它对华东、华中、华南地区电力紧张的缓解。谷教授说,三峡水力发电对华东、华中、华南的影响是很大的,可以提供几百万千瓦的电力,相当于北京的年平均用电量,这样到了夏季用电高峰期南方拉闸限电的次数就会少得多。三峡发的电还能通过河南输送到北京,对北方地区产生影响。三峡属于超大水电站,具有性价比高的优势,单位千瓦的投资相对要少很多。
除了电力,三峡工程还对缓解北方的水资源紧张起到重要作用。谷教授说,南水北调有东中西三条线,中线1400多公里长,要从丹江口水库取水,但是丹江口水库在枯水季水量不够,三峡水库丰富的蓄水可以帮助解决这一问题。可以保证南水北调中线每年至少供给北京十亿吨水。这对于连续几年发生水荒的北京来说,无疑是源源不断的甘露。