鄭守仁

上：三峽左岸電廠中控室。 攝影/劉華

一 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)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(dú)厚的優(yōu)越地理?xiàng)l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(yùn)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(shè)想。20世紀(jì)40年代，當(dāng)時(shí)的國民政府和美國墾務(wù)局合作，對三峽工程做過一些初步的勘測、設(shè)計(jì)和研究工作。在美國墾務(wù)局總工程師、著名大壩專家薩凡奇的帶領(lǐng)下，40多位中國工程師參與工作，于1944年9月提出了《揚(yáng)子江三峽計(jì)劃初步報(bào)告》，擬在南津關(guān)建一座高225m的大壩和裝機(jī)容量1056萬kW的電站。后來國民政府還組建機(jī)構(gòu)，開展了勘測工作，并與美國墾務(wù)局進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)、研究論證工作。1950年2月，水利部長江水利委員會(huì)（以下簡稱長江委）成立，全面負(fù)責(zé)長江治理開發(fā)和保護(hù)工作，并開始收集整理長江流域的水文、地形地質(zhì)和堤防等基礎(chǔ)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(zāi)耕地333.3萬畝，受災(zāi)人口近2000萬人，死亡約3萬人。1954年大洪水進(jìn)一步說明了長江中下游防洪問題的嚴(yán)重性和緊迫性。為解除荊江地區(qū)毀滅性洪災(zāi)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(shù)復(fù)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?cái)辔咨皆朴?，高峽出平湖”的壯麗詩篇，展望三峽建壩的美好遠(yuǎn)景，顯示黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人修建三峽工程的意愿。1958年3月黨中央成都會(huì)議通過的《中共中央關(guān)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(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)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(yīng)當(dāng)采取積極準(zhǔn)備和充分可靠的方針，進(jìn)行各項(xiàng)有關(guān)工作。”成都會(huì)議結(jié)束后，周恩來總理即指示有關(guān)部門立即組織全國的科研大協(xié)作，以解決建設(shè)三峽工程中的重大科技問題。在60年代初我國經(jīng)濟(jì)三年暫時(shí)困難時(shí)期，周總理對三峽工程指示：“雄心不變，加強(qiáng)人防”。1970年，中央決定先建葛洲壩工程，并作為三峽工程的“實(shí)戰(zhàn)準(zhǔn)備”。80年代初，中央制定我國遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃時(shí)，準(zhǔn)備修建三峽工程，國務(wù)院于1984年原則批準(zhǔn)了三峽工程150m方案的可行性研究報(bào)告，并決定立即開始進(jìn)行施工前期工作。此后，由于社會(huì)各方面及有關(guān)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(wù)院于1986年決定組織重新論證，“以求更加細(xì)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(gè)專題，成立14個(gè)專家組，對三峽工程進(jìn)行重新論證。從1986年至1989年，經(jīng)過三年多的重新論證工作，先后完成并經(jīng)論證領(lǐng)導(dǎo)小組審議通過14個(gè)專家組的專題論證報(bào)告。論證最終推薦“一級(jí)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(shè)方案，“一級(jí)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(jí)樞紐；“一次建成”指三峽大壩設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)用，驗(yàn)證泥沙試驗(yàn)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(jié)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(bào)告》。1991年8月國務(wù)院組織專家審查通過了《長江三峽水利樞紐可行性研究報(bào)告》，決定提請全國人民代表大會(huì)審議。1992年4月3日，全國人大七屆五次會(huì)議審議通過了《關(guān)于興建三峽工程的決議案》。1993年國務(wù)院決定開始進(jìn)行三峽工程的施工準(zhǔn)備，這標(biāo)志著三峽工程經(jīng)過40多年的勘測設(shè)計(jì)、科研和反復(fù)論證，已開始轉(zhuǎn)入實(shí)施階段。

由于三峽工程規(guī)模巨大，國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)（以下簡稱三峽建委）決定把三峽工程初步設(shè)計(jì)分為樞紐工程、移民工程和輸變電工程三大部分，單獨(dú)編制初步設(shè)計(jì)報(bào)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(shè)計(jì)報(bào)告（樞紐報(bào)告）》（以下簡稱《三峽工程初步設(shè)計(jì)》），上報(bào)三峽建委。三峽建委辦公室組織專家進(jìn)行了初審，1993年7月三峽建委批準(zhǔn)《三峽工程初步設(shè)計(jì)》，作為下階段設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。三峽建委在批準(zhǔn)《三峽工程初步設(shè)計(jì)》的同時(shí)，責(zé)成長江委編制大壩、電站建筑物、船閘、升船機(jī)等8個(gè)單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)，并授權(quán)中國長江三峽工程開發(fā)總公司（現(xiàn)中國長江三峽集團(tuán)公司，簡稱三峽集團(tuán)公司）負(fù)責(zé)審查單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)。三峽集團(tuán)公司成立技術(shù)委員會(huì)并聘請157位專家組成8個(gè)專家組負(fù)責(zé)審查工作。單項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)為各建筑物招標(biāo)設(shè)計(jì)及招標(biāo)文件編制和施工詳圖設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。三峽工程于1993年開始施工準(zhǔn)備，1994年12月開工以來，長江委設(shè)計(jì)院共提供設(shè)計(jì)圖3.53萬張，設(shè)計(jì)報(bào)告2150份，并派出各專業(yè)設(shè)計(jì)代表駐工地配合工程施工，提出設(shè)計(jì)通知及施工技術(shù)要求9500份，認(rèn)真負(fù)責(zé)地做好技術(shù)服務(wù)工作，設(shè)計(jì)技術(shù)供應(yīng)滿足了施工需要，為工程建設(shè)順利進(jìn)行提供了技術(shù)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(jī)組發(fā)電，雙線五級(jí)船閘試通航，進(jìn)入圍堰擋水發(fā)電運(yùn)行期；2006年5月，大壩全線混凝土澆筑至設(shè)計(jì)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(jìn)入初期運(yùn)行期；2008年10月左右岸電站26臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組全部投產(chǎn)，經(jīng)國務(wù)院三峽工程驗(yàn)收委員會(huì)驗(yàn)收，工程具備設(shè)計(jì)正常蓄水位175m運(yùn)行條件，汛末開始175m水位試驗(yàn)性蓄水，2010年10月蓄水至設(shè)計(jì)水位175m運(yùn)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(jì)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(guān)約50km長的河段內(nèi)選擇了兩個(gè)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(guān)長13k m，稱為南津關(guān)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(gè)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(guān)壩區(qū)選擇5個(gè)比較壩址，第一階段比選后選定南津關(guān)壩址作為南津關(guān)壩區(qū)的代表性壩址。第二階段圍繞南津關(guān)壩址石灰?guī)r巖溶問題和三斗坪壩址結(jié)晶巖的風(fēng)化殼等問題，進(jìn)行了較大規(guī)模的補(bǔ)充勘測工作和設(shè)計(jì)研究工作。①地質(zhì)方面：南津關(guān)壩址巖溶發(fā)育嚴(yán)重，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，壩基透水性強(qiáng)；斷層傾角平緩，且有粘土質(zhì)充填，處理較困難；完整的基巖強(qiáng)度較高，但受溶蝕及構(gòu)造影響的巖石強(qiáng)度較低。三斗坪壩址結(jié)晶巖的巖性堅(jiān)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(guān)壩址穩(wěn)妥可靠。②水工方面：南津關(guān)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(jìn)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(guān)壩址必須采用隧洞導(dǎo)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(dǎo)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(guān)壩址相對困難；南津關(guān)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(guān)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(guān)壩址，這一河段全部在水庫內(nèi)，航道可得到徹底改善。但是進(jìn)一步研究表明，三峽水電站日調(diào)節(jié)下泄流量變化對下游航運(yùn)造成的影響，不論選擇三斗坪壩址還是南津關(guān)壩址，均需在下游修建反調(diào)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(jì)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(jìn)一步比較。1983年5月，國家計(jì)委審查《長江三峽水利樞紐工程可行性研究報(bào)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(bào)告》（正常蓄水位175m）仍推薦三斗坪壩址，并經(jīng)國務(wù)院三峽工程審查委員會(huì)審查通過。1993年，三峽建委對長江委編制的《三峽工程初步設(shè)計(jì)》審查意見中明確，“同意報(bào)告選定的三斗坪壩址”。

三 正常蓄水位的選定

20世紀(jì)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(yīng)“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(kuò)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(yùn)用水位141m及正常蓄水位200m，初期運(yùn)用水位150m兩個(gè)方案。八十年代初，為盡量減少淹沒損失，重點(diǎn)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(bào)告》，經(jīng)國家計(jì)委組織審查通過，1984年4月國務(wù)院批準(zhǔn)三峽工程按正常蓄水位150m、壩頂高程175m進(jìn)行建設(shè)。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(yùn)要求，國務(wù)院決定對三峽工程重新進(jìn)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(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)為：三峽工程從盡可能滿足防洪、發(fā)電、航運(yùn)三項(xiàng)任務(wù)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(jí)船隊(duì)直達(dá)重慶的保證率可達(dá)45%～50%；調(diào)節(jié)庫容有165億m3，調(diào)節(jié)流量5860m3/s，基本可以協(xié)調(diào)電站調(diào)峰和下游航運(yùn)的關(guān)系；發(fā)電可裝機(jī)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(diào)度、結(jié)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(yùn)行水位差40m，帶來的工程技術(shù)問題，如雙線五級(jí)船閘的首級(jí)船閘如何適應(yīng)初期與后期不同水位，水輪發(fā)電機(jī)組如何適應(yīng)這種變化，技術(shù)上都可以解決。大壩壩頂高程定為185m，為今后水庫運(yùn)用留有必要的余地。1993年5月，三峽建委審查批準(zhǔn)《三峽工程初步設(shè)計(jì)》，三峽工程設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)閃云斜長花崗巖，巖體均一完整，微風(fēng)化和新鮮巖石抗壓強(qiáng)度達(dá)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(shè)計(jì)按Ⅶ度設(shè)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(cè)廠房壩段和非溢流壩段。茅坪溪防護(hù)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(dān)擋水任務(wù)。電站廠房位于兩側(cè)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(jí)船閘和垂直升船機(jī)均布置在左岸。

（二）樞紐建筑物

深孔、表孔、導(dǎo)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(shè)施為深孔和表孔。泄洪壩段前緣總長483.0m，分為23個(gè)壩段，共設(shè)23個(gè)深孔和22個(gè)表孔。每個(gè)壩段中部設(shè)寬7.0m、高9.0m的泄洪深孔，進(jìn)口底高程90.0m；兩個(gè)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(dǎo)流及截流要求，在表孔的正下方跨縫布置22個(gè)導(dǎo)流底孔，出口寬6.0m、高8.5m，中間16孔進(jìn)口底高程56.0m，兩側(cè)各3孔進(jìn)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(cè)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(jìn)水口位于大壩上游側(cè)，進(jìn)口底高程108.0m，直徑12.4m。在其下部布置7個(gè)圓形排沙孔，直徑4.5m，進(jìn)口底高程70.0m及90.0m。在泄洪壩段與兩側(cè)廠房壩段相接的導(dǎo)墻（右側(cè)兼作縱向圍堰）壩段各布置1個(gè)排漂孔，寬10.0m、高12.0m，進(jìn)口底高程133.0m；右岸廠房安Ⅱ壩段設(shè)1個(gè)排漂孔、寬7.0m、高10.0m，進(jìn)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(nèi)布置升船機(jī)上閘首和臨時(shí)船閘壩段，臨時(shí)船閘壩段前緣長62.0m，分為3個(gè)壩段，中間壩段長24.0m，施工期為臨時(shí)船閘上游的航道，已改建2孔（進(jìn)口底高程102.0m，出口寬5.5m，高9.6m）沖沙閘。

茅坪溪防護(hù)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(cè)設(shè)混凝土防浪墻，墻頂高程186.5m。

電站分設(shè)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(tái)和12臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組中心間距均為38.3m，機(jī)組單機(jī)容量700MW。主廠房凈寬34.8m，結(jié)構(gòu)總高度93.8m。右岸地下電站包括進(jìn)水口、引水隧洞、主廠房、尾水洞、輔助洞室、尾水平臺(tái)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(tái)單機(jī)容量700MW的水輪發(fā)電機(jī)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(cè)的山體內(nèi)布設(shè)電源電站，安裝2臺(tái)50M W水輪發(fā)電機(jī)組。三峽電站總裝機(jī)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(jī)，均布置在左岸。船閘為雙線五級(jí)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(cè)設(shè)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(cè)設(shè)土石隔流堤，口門寬200.0m；船閘主體段長1621m，設(shè)置6個(gè)閘首、5個(gè)閘室，單級(jí)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(shè)在左岸山體深切開挖槽內(nèi)，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(jié)構(gòu)，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(duì)）通過五級(jí)船閘主體段的歷時(shí)約2.4h，從上游引航道口門至下游口門歷時(shí)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(jí)臨時(shí)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(jī)采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直升船機(jī)，布置在雙向五級(jí)船閘右側(cè)，兩者相距約1km。升船機(jī)由上游引航道及靠船設(shè)施、上閘首、船廂室段、下閘首、下游引航道及靠船設(shè)施組成，全長約6km。其上、下游引航與船閘共用。升船機(jī)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?biāo)飨蜷L125.0m，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(jī)；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(yīng)變化的雙扉，下沉式工作閘門、檢修門，頂部布置啟閉機(jī)。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(nèi)，船廂室凈寬25.8m，底高程50.0m。升船機(jī)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(nèi)水體總重約1.55萬t。升船機(jī)單向運(yùn)行的間隔時(shí)間約40min，雙向運(yùn)行的間隔時(shí)間約70min，按過貨輪計(jì)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(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

（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(shè)施采用深孔和表孔相間布置，在表孔的正下方布設(shè)施工導(dǎo)流底孔。施工期，深孔與導(dǎo)流底孔聯(lián)合泄流量達(dá)70000m3/s；正常運(yùn)行期，深孔與表孔聯(lián)合運(yùn)用并考慮排漂孔、排沙孔和廠房機(jī)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(shè)計(jì)水頭85.0m，孔中流速達(dá)35m/s，設(shè)計(jì)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(nèi)大孔口結(jié)構(gòu)

大壩壩體過流孔及閘門槽（井）尺寸大、數(shù)量多，挖空率大，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。深孔過水歷時(shí)長、運(yùn)用操作頻繁，水頭高、變幅大，且孔口周邊拉應(yīng)力需配置的鋼筋數(shù)量多，設(shè)計(jì)采取有壓段局部鋼襯，橫縫灌漿增大孔口側(cè)壁剛度，止水局部后移等結(jié)構(gòu)措施，降低孔口應(yīng)力，減少了鋼筋用量。

3、岸坡廠房壩段壩體巖體緩傾角結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)面構(gòu)成潛在的不利滑動(dòng)面，成為深層抗滑穩(wěn)定的控制滑面。設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的特殊勘探手段，查明壩基深部巖體的長大緩傾結(jié)構(gòu)面的位置，產(chǎn)狀、規(guī)模和形狀，并進(jìn)行現(xiàn)場原型抗剪斷試驗(yàn)輔以大量室內(nèi)試驗(yàn)，確定了緩傾角結(jié)構(gòu)面抗剪斷指標(biāo)，通過多種方法計(jì)算和地質(zhì)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究對比，按最不利的工況及參數(shù)計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，并采取壩基加強(qiáng)固結(jié)灌漿、巖體增設(shè)排水洞、橫縫設(shè)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(yùn)行。

4、大壩混凝土設(shè)計(jì)

大壩混凝土除滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)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(yīng)等耐久性方面的要求。大壩混凝土配合比設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為按耐久性為主設(shè)計(jì)，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(zhì)引氣劑、摻Ⅰ級(jí)粉煤灰等多種措施，提高混凝土耐久性指標(biāo)。

5、電站引水進(jìn)水口及引水壓力管道

電站引水進(jìn)水口采用單孔小喇叭進(jìn)口體型，為減小孔口拉應(yīng)力，采取橫縫灌漿、局部橫縫止水后移等結(jié)構(gòu)措施。引水壓力管道壩內(nèi)管為鋼管與壩體混凝土澆筑在一起的聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)；壩后背管采用鋼襯鋼筋混凝土聯(lián)合受力管道，設(shè)計(jì)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(cè)電站進(jìn)水口高程低18.0m，進(jìn)入壩前的粗沙，一般沿河床深泓自深孔下泄，電站進(jìn)水口前形成漏斗，不致因泥沙淤積而影響機(jī)組發(fā)電。設(shè)計(jì)考慮兩岸電站進(jìn)水前緣較長，為防止進(jìn)水口淤積和減少粗沙過機(jī)組，設(shè)置了低高程的排砂孔。并在壩體設(shè)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(jié)構(gòu)

雙線五級(jí)船閘布設(shè)在左岸山體深切開挖槽內(nèi)，中間為巖體隔墩。閘首及閘室均采用分離結(jié)構(gòu)，其邊墻為鋼筋混凝土襯砌式。設(shè)計(jì)突破了大型船閘通常采用重力式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

3、船閘輸水系統(tǒng)及水力學(xué)

船閘最大工作水頭113米，分為5級(jí)，單級(jí)工作水頭45.2m，是當(dāng)前世界已建規(guī)模最大、水頭最高的內(nèi)河船閘。輸水系統(tǒng)采用分散式進(jìn)水口布設(shè)在首級(jí)閘首上游的引航道內(nèi)，每線船閘巖體內(nèi)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(jīng)末級(jí)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(shí)間12～13min。設(shè)計(jì)研究采用輸水系統(tǒng)抗空化的綜合技術(shù)，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(hù)

船閘兩側(cè)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(gòu)造、裂隙切割，開挖高度大，輪廓較復(fù)雜，開挖后需作為船閘結(jié)構(gòu)的組成部分，對巖體變形控制要求高等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)采取合理確定閘槽開挖形態(tài)，嚴(yán)格控制開挖施工程序和爆破工藝等措施；并設(shè)計(jì)一系列防滲排水和加固支護(hù)方案，有效地控制邊坡巖體變形量及穩(wěn)定性。

5、船閘運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

針對三峽船閘復(fù)雜的運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)研究提出適應(yīng)雙線五級(jí)船閘安全可靠運(yùn)行，按“硬件冗余、軟件容錯(cuò)”的原則配置，采取“集中管理、分散控制”分布式集散結(jié)構(gòu)的五級(jí)船閘監(jiān)控系統(tǒng)。解決了在復(fù)雜工況下，安全、可靠、靈活地對船閘進(jìn)行操作、監(jiān)控運(yùn)行的難題。與其配套的通航信號(hào)及廣播指揮系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)置，構(gòu)成了完整的船閘整體運(yùn)行控制、監(jiān)視、指揮、管理、通信的中樞。

（三）機(jī)電設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

1、巨型水輪發(fā)電機(jī)組

針對三峽電站機(jī)組具有單機(jī)容量大、水頭變幅大、過機(jī)水流含有泥沙和啟停頻繁，要求性能優(yōu)、安全穩(wěn)定運(yùn)行等特點(diǎn)。對水輪機(jī)進(jìn)行了多項(xiàng)重大科技攻關(guān)，確定了主要參數(shù)、主要尺寸和結(jié)構(gòu)、輔助設(shè)備的配套、剛度及強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)等。國內(nèi)制造廠優(yōu)化了水力設(shè)計(jì)，經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，成功降低了水輪機(jī)壓力脈動(dòng)幅值，基本消除了高水頭、高部位負(fù)荷區(qū)“特殊壓力脈動(dòng)峰值帶”這一技術(shù)難題，提高了機(jī)組運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性；在我國首次提出按水頭、負(fù)荷分區(qū)對水輪機(jī)尾水管、無葉區(qū)等各測量部位壓力脈動(dòng)幅值的量化考核指標(biāo)；為拓寬高水頭工況機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，在發(fā)電機(jī)設(shè)置了108%額定容量的最大容量和采取了預(yù)留強(qiáng)迫補(bǔ)氣等措施。這些研究成果為國內(nèi)自主研發(fā)700MW巨型水輪發(fā)電機(jī)組奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，并被國內(nèi)其他大型水電站所采用。設(shè)計(jì)還重點(diǎn)研究解決冷卻方式、推力軸承等重大技術(shù)問題。左岸電站14臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組全部采用半水冷方式，右岸電站12臺(tái)機(jī)組有部分機(jī)組采用全空冷方式。經(jīng)過工業(yè)性真機(jī)局部模擬試驗(yàn)，地下電站6臺(tái)機(jī)組采用具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。機(jī)組推力軸承的推負(fù)荷按6kt級(jí)設(shè)計(jì)，為當(dāng)前世界上機(jī)組推力軸承最大的推力負(fù)荷，超過美國大古力水電站700MW水輪發(fā)電機(jī)推力負(fù)荷4.7kt。

2、電站水輪機(jī)蝸殼埋設(shè)方式

700M W水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)蝸殼HD值高（1773m?m），受力條件復(fù)雜，蝸殼埋設(shè)方式影響結(jié)構(gòu)安全性、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性及廠房動(dòng)態(tài)特性等。設(shè)計(jì)對蝸殼直接埋入式，墊層埋入式和保壓埋入式進(jìn)行了動(dòng)力、靜力計(jì)算，并對直接埋入式進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)研究。根據(jù)研究成果，針對各種埋設(shè)方式的特點(diǎn)，選用埋設(shè)方式。電站32臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其中9臺(tái)采用墊層埋入式，21臺(tái)采用保壓埋設(shè)方式、1臺(tái)采用直接埋入式，1臺(tái)采用直接埋入與墊層埋入的組合埋入式。結(jié)合電站機(jī)組的安裝調(diào)試和運(yùn)行，在各種水位條件下，對各種埋設(shè)方式進(jìn)行了真機(jī)監(jiān)測并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，監(jiān)測結(jié)果與理論計(jì)算成果基本一致。各種埋設(shè)方式水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行總體良好，機(jī)組的振動(dòng)、擺度、推力瓦溫正常，表明蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)合理，能保障水輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

三峽左岸電廠廠房。 攝影/胡凱

3、三峽-葛洲壩梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度為目標(biāo)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

葛洲壩工程是三峽工程的航運(yùn)梯級(jí)，是反調(diào)節(jié)梯級(jí)樞紐。機(jī)電設(shè)計(jì)提出三峽-葛洲壩梯級(jí)進(jìn)行聯(lián)合統(tǒng)一調(diào)度，并設(shè)立由梯級(jí)調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。對三峽-葛洲壩梯級(jí)樞紐進(jìn)行防洪、發(fā)電、航運(yùn)等方面的聯(lián)合統(tǒng)一調(diào)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(shí)時(shí)性要求高、技術(shù)復(fù)雜而先進(jìn)等特點(diǎn)，共涉及機(jī)組53臺(tái)，總裝機(jī)容量25115MW的5個(gè)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(jì)75扇，3座一級(jí)船閘，1座雙線五級(jí)連續(xù)船閘和1座升船機(jī)，同時(shí)還必須準(zhǔn)確、及時(shí)收集樞紐控制流域內(nèi)雨情、水情、氣象等信息。系統(tǒng)下設(shè)8個(gè)分系統(tǒng)，根據(jù)不同情況在分系統(tǒng)下設(shè)相應(yīng)的現(xiàn)地子系統(tǒng)。

2003年投運(yùn)以來的實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行情況較好，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

六 結(jié)語

三峽工程建成投運(yùn)標(biāo)志長江治理開發(fā)和保護(hù)進(jìn)入新階段。三峽水庫2008年汛末開始175m試驗(yàn)性蓄水，2010年10月試驗(yàn)性蓄水至設(shè)計(jì)水位175m運(yùn)行。三峽集團(tuán)公司加密了樞紐各建筑物的各項(xiàng)監(jiān)測，并進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組在高水位運(yùn)行的各項(xiàng)試驗(yàn)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(yīng)力應(yīng)變符合正常規(guī)律，監(jiān)測值均低于設(shè)計(jì)計(jì)算值，各建筑物工作性態(tài)正常，運(yùn)行安全；700M W水輪發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定，能量、空蝕及電氣等性能良好，主要性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于規(guī)程規(guī)范和合同要求。三峽工程運(yùn)行實(shí)踐證明，樞紐建筑物設(shè)計(jì)安全可靠、先進(jìn)合理，施工質(zhì)量優(yōu)良。

三峽工程是我國水利水電建設(shè)史上的重要里程碑，工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，通過大量的科學(xué)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)計(jì)算分析，以及借鑒國內(nèi)外水利水電工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，都已解決并經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。通過三峽工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行實(shí)踐表明，我國在大壩高水頭，大流量泄洪消能技術(shù)，壩體大孔口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及封堵技術(shù)，壩基巖體不利結(jié)構(gòu)面處理技術(shù)，壩基滲流控制技術(shù)，大型金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及安裝技術(shù)，巨型水輪發(fā)電機(jī)組的工程設(shè)計(jì)、制造及安裝技術(shù)，大型船閘通航水力學(xué)及輸水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，高陡邊坡開挖支護(hù)及加固技術(shù)，地下電站變頂高尾水洞技術(shù)等方面達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中多級(jí)船閘關(guān)鍵技術(shù)，巨型水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行綜合措施的設(shè)計(jì)研究，大壩混凝土高強(qiáng)度施工及溫度控制防裂技術(shù)，大流量深水河道截流及深水高土石圍堰技術(shù)等為國際領(lǐng)先水平。三峽工程建設(shè)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(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、科研和運(yùn)行管理人才，大大促進(jìn)了我國水利水電科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

專家論壇

三峽工程規(guī)劃設(shè)計(jì)歷程及關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐

三峽工程是我國水利水電建設(shè)史上的重要里程碑，工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，通過大量的科學(xué)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)計(jì)算分析，以及借鑒國內(nèi)外水利水電工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，都已解決并經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。通過三峽工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行實(shí)踐表明，我國壩工技術(shù)的許多方面已達(dá)到國際先進(jìn)水平，有不少方面已居于為國際領(lǐng)先水平。

專家論壇

世界核電機(jī)型誰主沉浮

世界核電發(fā)展主戰(zhàn)場已轉(zhuǎn)移到新興經(jīng)濟(jì)體和迫切要求振興經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中國家。核電機(jī)型要適銷對路，符合新興經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中國家的特點(diǎn)，確保安全，造價(jià)要低，單機(jī)規(guī)模要適中。二代改進(jìn)達(dá)三代，將成為世界核電發(fā)展的主流。降低造價(jià)是高造價(jià)三代生存發(fā)展的必由之路。

特別策劃

城市內(nèi)澇

城市雨洪，是對城市化地區(qū)的降雨產(chǎn)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(zāi)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(jià)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(diǎn)

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(gè)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(huì)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(dòng)中使人們看到了解決的希望。《從科技大壩到人文大壩》認(rèn)識(shí)和思考三峽工程別開一境，值得一讀。