三峡工程规划设计历程及关键技术研究与实践

2012-09-13郑守仁

中国三峡 2012年7期

郑守仁

上：三峡左岸电厂中控室。摄影/刘华

一工程规划设计论证历程

三峡上起重庆市奉节，下迄湖北省宜昌市，全长192km，穿越瞿塘峡、巫峡、西陵峡三段峡谷。两岸悬崖峭壁，重峦叠嶂，奇峰异石，景象万千，是我国也是世界一大名胜地。三峡是长江上游100万km2径流唯一出口，“上引巴蜀，下控荆襄”，具有得天独厚的优越地理条件，上游是绵延数百里的高山峡谷，下游是沃野千里的江汉平原和洞庭湖区，又是连接天府之国和中下游平原湖泊地区的交通要道。在三峡建坝蓄水，无论从控制洪水、利用水能发电，还是改善川江航运的角度都是最优选择。

修建三峡工程始于伟大的革命先行者孙中山先生，1919年孙中山先生在《建国方略》一书中，首次提出在三峡“以水闸堰其水，使舟得以溯流以行，而又可资水力”的设想。20世纪40年代，当时的国民政府和美国垦务局合作，对三峡工程做过一些初步的勘测、设计和研究工作。在美国垦务局总工程师、著名大坝专家萨凡奇的带领下，40多位中国工程师参与工作，于1944年9月提出了《扬子江三峡计划初步报告》，拟在南津关建一座高225m的大坝和装机容量1056万kW的电站。后来国民政府还组建机构，开展了勘测工作，并与美国垦务局进行联合设计，但于1947年完全中止。

萨凡奇在木船上考察三峡。资料图片

1949年10月新中国成立后，全面开展了三峡工程规划、勘察、设计、研究论证工作。1950年2月，水利部长江水利委员会（以下简称长江委）成立，全面负责长江治理开发和保护工作，并开始收集整理长江流域的水文、地形地质和堤防等基础资料。1954年5月～8月间，长江流域连降暴雨，中下游地区发生了近100年来的大洪水，受灾耕地333.3万亩，受灾人口近2000万人，死亡约3万人。1954年大洪水进一步说明了长江中下游防洪问题的严重性和紧迫性。为解除荆江地区毁灭性洪灾的威胁，解决长江中下游平原区防洪问题，在50年代开始研究修建三峡工程，以解决长江防洪问题。但考虑到工程规模巨大、技术复杂，党中央采取了积极而慎重的方针。1956年6月，毛泽东主席在武汉写下“截断巫山云雨，高峡出平湖”的壮丽诗篇，展望三峡建坝的美好远景，显示党和国家领导人修建三峡工程的意愿。1958年3月党中央成都会议通过的《中共中央关于三峡水利枢纽和长江流域规划的意见》指出：“从国家长远的经济发展和技术条件两方面考虑，三峡水利枢纽是需要修建，而且可能修建的，……现在应当采取积极准备和充分可靠的方针，进行各项有关工作。”成都会议结束后，周恩来总理即指示有关部门立即组织全国的科研大协作，以解决建设三峡工程中的重大科技问题。在60年代初我国经济三年暂时困难时期，周总理对三峡工程指示：“雄心不变，加强人防”。1970年，中央决定先建葛洲坝工程，并作为三峡工程的“实战准备”。80年代初，中央制定我国远景发展规划时，准备修建三峡工程，国务院于1984年原则批准了三峡工程150m方案的可行性研究报告，并决定立即开始进行施工前期工作。此后，由于社会各方面及有关专家对兴建三峡工程提出一些不同意见和建议，党中央、国务院于1986年决定组织重新论证，“以求更加细致、精确和稳妥”。原水利电力部根据中央的指示，组织了412位专家，聘请21位特邀顾问，划分10个专题，成立14个专家组，对三峡工程进行重新论证。从1986年至1989年，经过三年多的重新论证工作，先后完成并经论证领导小组审议通过14个专家组的专题论证报告。论证最终推荐“一级开发、一次建成、分期蓄水、连续移民”，正常蓄水位为175m的建设方案，“一级开发”指从三峡坝址到重庆之间的长江干流上只修建三峡工程一级枢纽；“一次建成”指三峡大坝设计坝顶高程185m，大坝及枢纽各建筑物一次连续建成；“分期蓄水”指枢纽建成后水库运行水位分期抬高至正常蓄水位175m，以缓解移民的难度，并可通过初期蓄水运用，验证泥沙试验研究的成果，“连续移民”指移民分批连续搬迁，一次搬迁到位。论证结论明确提出三峡工程“建比不建好，早建比晚建有利”的重要判断。1990年，长江委据此重新编制了《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》。1991年8月国务院组织专家审查通过了《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》，决定提请全国人民代表大会审议。1992年4月3日，全国人大七届五次会议审议通过了《关于兴建三峡工程的决议案》。1993年国务院决定开始进行三峡工程的施工准备，这标志着三峡工程经过40多年的勘测设计、科研和反复论证，已开始转入实施阶段。

由于三峡工程规模巨大，国务院三峡工程建设委员会（以下简称三峡建委）决定把三峡工程初步设计分为枢纽工程、移民工程和输变电工程三大部分，单独编制初步设计报告，分别审查。长江委于1992年12月编制完成《长江三峡水利枢纽初步设计报告（枢纽报告）》（以下简称《三峡工程初步设计》），上报三峡建委。三峡建委办公室组织专家进行了初审，1993年7月三峡建委批准《三峡工程初步设计》，作为下阶段设计和施工的依据。三峡建委在批准《三峡工程初步设计》的同时，责成长江委编制大坝、电站建筑物、船闸、升船机等8个单项技术设计，并授权中国长江三峡工程开发总公司（现中国长江三峡集团公司，简称三峡集团公司）负责审查单项技术设计。三峡集团公司成立技术委员会并聘请157位专家组成8个专家组负责审查工作。单项技术设计为各建筑物招标设计及招标文件编制和施工详图设计奠定了基础。三峡工程于1993年开始施工准备，1994年12月开工以来，长江委设计院共提供设计图3.53万张，设计报告2150份，并派出各专业设计代表驻工地配合工程施工，提出设计通知及施工技术要求9500份，认真负责地做好技术服务工作，设计技术供应满足了施工需要，为工程建设顺利进行提供了技术支撑。三峡工程1997年11月大江截流，2003年6月蓄水至水位135m，7月左岸电站首批机组发电，双线五级船闸试通航，进入围堰挡水发电运行期；2006年5月，大坝全线混凝土浇筑至设计高程185m，6月，碾压混凝土围堰拆除，由大坝挡水，10月蓄水至水位156m，进入初期运行期；2008年10月左右岸电站26台水轮发电机组全部投产，经国务院三峡工程验收委员会验收，工程具备设计正常蓄水位175m运行条件，汛末开始175m水位试验性蓄水，2010年10月蓄水至设计水位175m运行。

二大坝坝址选择

三峡大坝坝址选择历程。制图/神笔

20世纪五十年代，长江委开始研究三峡大坝坝址，在西陵峡美人沱至南津关约50km长的河段内选择了两个河段作为研究对象。上段从美人沱迄莲沱长25km，称为美人沱坝区(后改称三斗坪坝区)，该河段基岩为花岗岩，河谷比较开阔。下段从石牌迄南津关长13k m，称为南津关坝区，该河段基岩为石灰岩，河谷狭窄陡峻。在美人沱坝区选择10个比较坝址，第一阶段比较后选定三斗坪坝址作为美人沱坝区的代表性坝址。在南津关坝区选择5个比较坝址，第一阶段比选后选定南津关坝址作为南津关坝区的代表性坝址。第二阶段围绕南津关坝址石灰岩岩溶问题和三斗坪坝址结晶岩的风化壳等问题，进行了较大规模的补充勘测工作和设计研究工作。①地质方面：南津关坝址岩溶发育严重，水文地质条件复杂，坝基透水性强；断层倾角平缓，且有粘土质充填，处理较困难；完整的基岩强度较高，但受溶蚀及构造影响的岩石强度较低。三斗坪坝址结晶岩的岩性坚硬，完整；坝址虽有断层通过，但倾角较陡，处理较易，对兴建高坝具有明显的优越性，比南津关坝址稳妥可靠。②水工方面：南津关坝址除大坝工程量较小外，水电站厂房需布置地下式厂房，洞挖工程量大，因两岸地形陡峻，地下水电站进出口开挖量大；两岸山体较高，船闸布置困难，且开挖量大。三斗坪坝址可布置坝后式厂房；左岸地形有利于布置船闸，工程量较小。③施工方面：南津关坝址必须采用隧洞导流，洞挖工程量巨大，围堰高度大，河床窄而深，工程难度大，三斗坪坝址有条件采用分期导流，施工较有把握；三斗坪坝址有宽阔平缓的沟谷和滩地可作为施工场地，但对外交通较南津关坝址相对困难；南津关坝址施工工期受地下工程和船闸工程控制，比三斗坪坝址工期要长2年。综合比较，三斗坪坝址明显优于南津关坝址。

三峡工程修建在三斗坪坝址，枢纽下游尚有35km的峡谷航道处于天然状态，需研究航道的改善措施。大坝修建在南津关坝址，这一河段全部在水库内，航道可得到彻底改善。但是进一步研究表明，三峡水电站日调节下泄流量变化对下游航运造成的影响，不论选择三斗坪坝址还是南津关坝址，均需在下游修建反调节水库（即现已建成的葛洲坝水利枢纽）。因此长江委推荐三斗坪坝址作为三峡工程大坝坝址。20世纪六十、七十年代，为了研究大坝防空炸问题，又重新深入研究了太平溪和石牌坝址，并与三斗坪坝址作进一步比较。1983年5月，国家计委审查《长江三峡水利枢纽工程可行性研究报告（150m方案）》，同意选用三斗坪坝址。1986年三峡工程重新论证，长江委在1989年重编的《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》（正常蓄水位175m）仍推荐三斗坪坝址，并经国务院三峡工程审查委员会审查通过。1993年，三峡建委对长江委编制的《三峡工程初步设计》审查意见中明确，“同意报告选定的三斗坪坝址”。

三正常蓄水位的选定

20世纪五十年代以来，三峡工程正常蓄水位研究范围从128m至260m。六十年代，为了适应“备战”的形势和减少工程初期投资的积压，研究了大坝分期“加高”，工程规模逐步扩大的“分期开发方案”。七十年代研究“高坝中用”方案，提出正常蓄水位190m，初期运用水位141m及正常蓄水位200m，初期运用水位150m两个方案。八十年代初，为尽量减少淹没损失，重点研究了正常蓄水位150m方案，长江委于1983年编制了《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》，经国家计委组织审查通过，1984年4月国务院批准三峡工程按正常蓄水位150m、坝顶高程175m进行建设。后因150m水位方案不能解决长江中下游防洪问题，又不满足重庆市和交通部门的航运要求，国务院决定对三峡工程重新进行论证。

根据多年来研究的成果，正常蓄水位的重新论证范围为150～180m，正常蓄水位150、160、170、180m。经技术经济比较认为：三峡工程从尽可能满足防洪、发电、航运三项任务要求出发，正常蓄水位宜选高水位方案。正常蓄水位175m分期蓄水方案，防洪库容有221.5亿m3，可以满足防洪的基本要求；万吨级船队直达重庆的保证率可达45%～50%；调节库容有165亿m3，调节流量5860m3/s，基本可以协调电站调峰和下游航运的关系；发电可装机18200MW，年发电量847亿kW•h。该方案移民人口113万人，可以妥善安置。泥少淤积对重庆港区的影响可通过水库优化调度、结合港口改造、采取整治和疏浚措施加以解决。由于分期蓄水，水库前后期运行水位差40m，带来的工程技术问题，如双线五级船闸的首级船闸如何适应初期与后期不同水位，水轮发电机组如何适应这种变化，技术上都可以解决。大坝坝顶高程定为185m，为今后水库运用留有必要的余地。1993年5月，三峡建委审查批准《三峡工程初步设计》，三峡工程设计正常蓄水位为175m。

浇筑中的三峡大坝。摄影/丁川华

三峡工程枢纽布置。制图/神笔

四枢纽布置及主要建筑物

（一）枢纽布置

三峡工程坝址处河谷宽阔，河段弯曲，左岸为凸岸，岸坡平缓，右岸为凹岸，岸坡较陡峻。右侧有中堡岛顺河分布，将长江分为主河槽和后河。葛洲坝工程蓄水后，三峡坝址河床两岸滩地被淹，枯水期水面宽约1000m。坝址基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩，岩体均一完整，微风化和新鲜岩石抗压强度达100MPa，变形模量30～40GPa。坝区属地震环境，基本烈度为Ⅵ度，建筑物设计按Ⅶ度设防。

枢纽由大坝、电站厂房和通航建筑物组成。枢纽布置为：拦河大坝泄流坝段位于河床中部、两侧厂房坝段和非溢流坝段。茅坪溪防护坝位于拦河大坝右岸上游约1k m的茅坪溪出口处，与拦河大坝共同承担挡水任务。电站厂房位于两侧厂房坝段坝后，另在右岸布置地下电站，在左岸山体布置电源电站。通航建筑物双线5级船闸和垂直升船机均布置在左岸。

（二）枢纽建筑物

深孔、表孔、导流底孔正视图（下游面）。制图/神笔

拦河大坝为混凝土重力坝，坝顶高程185.0m，坝顶总长2309.5m，最大坝高181.0m。泄洪坝段布置在河床中部，泄水设施为深孔和表孔。泄洪坝段前缘总长483.0m，分为23个坝段，共设23个深孔和22个表孔。每个坝段中部设宽7.0m、高9.0m的泄洪深孔，进口底高程90.0m；两个坝段之间跨缝布置净宽8.0m的泄洪表孔，溢流堰顶高程158.0m。为满足施工导流及截流要求，在表孔的正下方跨缝布置22个导流底孔，出口宽6.0m、高8.5m，中间16孔进口底高程56.0m，两侧各3孔进口底高程57.0m，全部底孔已于2007年3月回填混凝土封堵。泄洪坝段两侧的厂房坝段及其坝后厂房共布置26条电站引水压力管道，进水口位于大坝上游侧，进口底高程108.0m，直径12.4m。在其下部布置7个圆形排沙孔，直径4.5m，进口底高程70.0m及90.0m。在泄洪坝段与两侧厂房坝段相接的导墙（右侧兼作纵向围堰）坝段各布置1个排漂孔，宽10.0m、高12.0m，进口底高程133.0m；右岸厂房安Ⅱ坝段设1个排漂孔、宽7.0m、高10.0m，进口底高程130.0m。两岸非溢流坝段与厂房坝段相接，在左岸非溢流坝段内布置升船机上闸首和临时船闸坝段，临时船闸坝段前缘长62.0m，分为3个坝段，中间坝段长24.0m，施工期为临时船闸上游的航道，已改建2孔（进口底高程102.0m，出口宽5.5m，高9.6m）冲沙闸。

茅坪溪防护大坝为沥青混凝土心墙土石坝。坝顶长度1890.0m，顶高程185.0m，最大坝高104.0m，坝顶宽20.0m，迎水侧设混凝土防浪墙，墙顶高程186.5m。

电站分设左、右岸坝后式厂房和右岸地下厂房。左、右岸厂房长度分别为643.7m和584.2m，安装14台和12台水轮发电机组，机组中心间距均为38.3m，机组单机容量700MW。主厂房净宽34.8m，结构总高度93.8m。右岸地下电站包括进水口、引水隧洞、主厂房、尾水洞、辅助洞室、尾水平台及尾水渠、500kV升压站等。地下主厂房最大跨度32.6m，高86.24m，长329.5m，布置6台单机容量700MW的水轮发电机组。尾水洞为变顶高型式，城门洞形，出口最大尺寸为15.0m×24.5m(宽×高)。在左岸电站左侧的山体内布设电源电站，安装2台50M W水轮发电机组。三峡电站总装机容量22500M W，平均年发电量882亿kW•h。

三峡船闸开挖施工。摄影/黄正平/CFP

通航建筑物包括船闸和升船机，均布置在左岸。船闸为双线五级船闸。线路总长6442m。上游引航道长度2113m，底高程130.0m、宽180.0m，右侧设土石隔流堤，口门宽220.0m；下游引航道长度2708m，底高程56.5m、宽180.0m，右侧设土石隔流堤，口门宽200.0m；船闸主体段长1621m，设置6个闸首、5个闸室，单级闸室有效尺寸为长280.0m、宽34.0m；坎上水深5.0m。两线船闸均布设在左岸山体深切开挖槽内，中间保留宽57.0m、高50～70m岩体作为中隔墩。闸首和闸室采用分离结构，其边墙为衬砌式，部分边墙上部为重力式、下部为衬砌式。船舶（队）通过五级船闸主体段的历时约2.4h，从上游引航道口门至下游口门历时约3.1h。船闸单向年通过能力5000万t。为解决施工期通航，在左岸非溢流坝段下游布置单线一级临时船闸，闸室尺寸长240.0m，宽24.0m，坎上水深4.0m，现已改建为冲沙闸消力池。

升船机采用齿轮齿条爬升平衡重式垂直升船机，布置在双向五级船闸右侧，两者相距约1km。升船机由上游引航道及靠船设施、上闸首、船厢室段、下闸首、下游引航道及靠船设施组成，全长约6km。其上、下游引航与船闸共用。升船机上闸首是船厢室的上游挡水建筑物，为大坝挡水前缘的一部分，顺水流向长125.0m，航槽宽18.0m，依次布置有挡水闸门、辅助门、工作闸门，顶部布置启闭机；下闸首是船厢室的下游挡水建筑物，顺流向长32.5m，航槽宽18.0m，布置有可快速适应变化的双扉，下沉式工作闸门、检修门，顶部布置启闭机。上、下闸首之间为船厢室段，装载船舶过坝的承船厢布置在船厢室内，船厢室净宽25.8m，底高程50.0m。升船机最大提升高度113.0m，承船厢有效尺寸长120.0m、宽18.0m、水深3.5m，承船厢与厢内水体总重约1.55万t。升船机单向运行的间隔时间约40min，双向运行的间隔时间约70min，按过货轮计算，年单向通过能力约400万t。

三峡大坝航拍。摄影/刘华

五枢纽建筑物设计关键技术

（一）大坝及电站建筑物

1、大坝泄洪及消能

大坝按万年一遇洪水流量98800m3/s；万年一遇洪水加大10%，洪水流量124300m3/s校核。大坝泄洪设施采用深孔和表孔相间布置，在表孔的正下方布设施工导流底孔。施工期，深孔与导流底孔联合泄流量达70000m3/s；正常运行期，深孔与表孔联合运用并考虑排漂孔、排沙孔和厂房机组过流后总泄流能力100000m3/s。泄洪孔采用挑流消能型式。深孔设计水头85.0m，孔中流速达35m/s，设计采用有压短管接明流泄槽跌坎型式，以提高掺气减蚀效果。

2、大坝坝内大孔口结构

大坝坝体过流孔及闸门槽（井）尺寸大、数量多，挖空率大，结构受力复杂。深孔过水历时长、运用操作频繁，水头高、变幅大，且孔口周边拉应力需配置的钢筋数量多，设计采取有压段局部钢衬，横缝灌浆增大孔口侧壁刚度，止水局部后移等结构措施，降低孔口应力，减少了钢筋用量。

3、岸坡厂房坝段坝体岩体缓倾角结构面处理

两岸部分厂房坝段下游布置坝后式厂房，致使坝基下游面临空，形成67.8m的高陡边坡，近百米高的混凝土重力坝坐落在坡顶，坝基岩体缓倾角结构面构成潜在的不利滑动面，成为深层抗滑稳定的控制滑面。设计采用先进的特殊勘探手段，查明坝基深部岩体的长大缓倾结构面的位置，产状、规模和形状，并进行现场原型抗剪断试验辅以大量室内试验，确定了缓倾角结构面抗剪断指标，通过多种方法计算和地质力学结构模型试验研究对比，按最不利的工况及参数计算抗滑稳定安全系数，并采取坝基加强固结灌浆、岩体增设排水洞、横缝设键槽并灌浆以提高整体作用、坝厂联合受力等综合措施，提高坝基深层抗滑稳定安全度，确保大坝安全运行。

4、大坝混凝土设计

大坝混凝土除满足强度要求外，还应满足抗渗、抗冻、抗裂、抗冲磨、抗碳化、抗侵蚀性及防止碱骨料反应等耐久性方面的要求。大坝混凝土配合比设计从传统的强度设计转为按耐久性为主设计，采取优选混凝土原料、优化配合比、降低用水量、采用优质引气剂、掺Ⅰ级粉煤灰等多种措施，提高混凝土耐久性指标。

5、电站引水进水口及引水压力管道

电站引水进水口采用单孔小喇叭进口体型，为减小孔口拉应力，采取横缝灌浆、局部横缝止水后移等结构措施。引水压力管道坝内管为钢管与坝体混凝土浇筑在一起的联合承载结构；坝后背管采用钢衬钢筋混凝土联合受力管道，设计安全系数为2，其中钢衬安全系数1.2。

6、电站排沙及排漂

大坝泄洪深孔较两侧电站进水口高程低18.0m，进入坝前的粗沙，一般沿河床深泓自深孔下泄，电站进水口前形成漏斗，不致因泥沙淤积而影响机组发电。设计考虑两岸电站进水前缘较长，为防止进水口淤积和减少粗沙过机组，设置了低高程的排砂孔。并在坝体设置排漂孔，将坝前的漂浮物排至大坝下游。

（二）通航建筑物

1、引航道布置及通航水流条件

上、下游引航道长度、宽度、底高程和线路布置均按交通部门提出的通航水流条件要求，控制口门纵向流速小于2m/s，横向流速小于0.3m/s，回流流速小于0.4m/s，涌浪高度小于0.5m。

2、船闸闸首及闸室结构

双线五级船闸布设在左岸山体深切开挖槽内，中间为岩体隔墩。闸首及闸室均采用分离结构，其边墙为钢筋混凝土衬砌式。设计突破了大型船闸通常采用重力式结构的传统，研究提出了衬砌墙与岩体联合受力，保留中隔墩岩体的新型船闸闸墙结构。

3、船闸输水系统及水力学

船闸最大工作水头113米，分为5级，单级工作水头45.2m，是当前世界已建规模最大、水头最高的内河船闸。输水系统采用分散式进水口布设在首级闸首上游的引航道内，每线船闸岩体内对称布置2条输水洞，在闸室底板布置8支管4区段等惯性出水加消能盖板的充（泄）水支廊道，泄水经末级闸室的泄水廊道，下接箱涵横穿下游引航道隔流堤，从堤外坡脚处入长江。2条输水洞最大流量550m3/s，闸室一次充泄水量23.7万m3，时间12～13min。设计研究采用输水系统抗空化的综合技术，解决了阀门段及阀门防空化问题。

4、船闸高边坡开挖及支护

船闸两侧的边坡高度120～160m，闸室边墙部位为50～70m高的直立坡。针对边坡岩体受构造、裂隙切割，开挖高度大，轮廓较复杂，开挖后需作为船闸结构的组成部分，对岩体变形控制要求高等特点。设计采取合理确定闸槽开挖形态，严格控制开挖施工程序和爆破工艺等措施；并设计一系列防渗排水和加固支护方案，有效地控制边坡岩体变形量及稳定性。

5、船闸运行监控系统

针对三峡船闸复杂的运行工况，设计研究提出适应双线五级船闸安全可靠运行，按“硬件冗余、软件容错”的原则配置，采取“集中管理、分散控制”分布式集散结构的五级船闸监控系统。解决了在复杂工况下，安全、可靠、灵活地对船闸进行操作、监控运行的难题。与其配套的通航信号及广播指挥系统、工业电视监视系统的设置，构成了完整的船闸整体运行控制、监视、指挥、管理、通信的中枢。

（三）机电设计关键技术

1、巨型水轮发电机组

针对三峡电站机组具有单机容量大、水头变幅大、过机水流含有泥沙和启停频繁，要求性能优、安全稳定运行等特点。对水轮机进行了多项重大科技攻关，确定了主要参数、主要尺寸和结构、辅助设备的配套、刚度及强度标准等。国内制造厂优化了水力设计，经模型试验验证，成功降低了水轮机压力脉动幅值，基本消除了高水头、高部位负荷区“特殊压力脉动峰值带”这一技术难题，提高了机组运动稳定性；在我国首次提出按水头、负荷分区对水轮机尾水管、无叶区等各测量部位压力脉动幅值的量化考核指标；为拓宽高水头工况机组稳定运行区域，在发电机设置了108%额定容量的最大容量和采取了预留强迫补气等措施。这些研究成果为国内自主研发700MW巨型水轮发电机组奠定了基础，促进了行业的技术进步，并被国内其他大型水电站所采用。设计还重点研究解决冷却方式、推力轴承等重大技术问题。左岸电站14台水轮发电机组全部采用半水冷方式，右岸电站12台机组有部分机组采用全空冷方式。经过工业性真机局部模拟试验，地下电站6台机组采用具有我国知识产权的蒸发冷却技术。机组推力轴承的推负荷按6kt级设计，为当前世界上机组推力轴承最大的推力负荷，超过美国大古力水电站700MW水轮发电机推力负荷4.7kt。

2、电站水轮机蜗壳埋设方式

700M W水轮发电机组的水轮机蜗壳HD值高（1773m•m），受力条件复杂，蜗壳埋设方式影响结构安全性、机组运行稳定性及厂房动态特性等。设计对蜗壳直接埋入式，垫层埋入式和保压埋入式进行了动力、静力计算，并对直接埋入式进行了物理模型试验研究。根据研究成果，针对各种埋设方式的特点，选用埋设方式。电站32台水轮发电机组，其中9台采用垫层埋入式，21台采用保压埋设方式、1台采用直接埋入式，1台采用直接埋入与垫层埋入的组合埋入式。结合电站机组的安装调试和运行，在各种水位条件下，对各种埋设方式进行了真机监测并对监测数据进行了分析，监测结果与理论计算成果基本一致。各种埋设方式水轮发电机组运行总体良好，机组的振动、摆度、推力瓦温正常，表明蜗壳外围混凝土结构合理，能保障水轮发电机组安全稳定运行。

三峡左岸电厂厂房。摄影/胡凯

3、三峡-葛洲坝梯级联合调度为目标的综合自动化系统设计

葛洲坝工程是三峡工程的航运梯级，是反调节梯级枢纽。机电设计提出三峡-葛洲坝梯级进行联合统一调度，并设立由梯级调度中心统一调度的综合自动化系统。对三峡-葛洲坝梯级枢纽进行防洪、发电、航运等方面的联合统一调度。该系统具有监控对象多、涉及面广，功能齐全、可靠性和实时性要求高、技术复杂而先进等特点，共涉及机组53台，总装机容量25115MW的5个电站厂房，4座500kV升压站和1座220kV变电站，集中控制的各类泄洪、排漂及冲沙闸门共计75扇，3座一级船闸，1座双线五级连续船闸和1座升船机，同时还必须准确、及时收集枢纽控制流域内雨情、水情、气象等信息。系统下设8个分系统，根据不同情况在分系统下设相应的现地子系统。

2003年投运以来的实践表明，该系统运行情况较好，实现了设计目标。

六结语

三峡工程建成投运标志长江治理开发和保护进入新阶段。三峡水库2008年汛末开始175m试验性蓄水，2010年10月试验性蓄水至设计水位175m运行。三峡集团公司加密了枢纽各建筑物的各项监测，并进行水轮发电机组在高水位运行的各项试验工作。监测资料表明，大坝、电站厂房、船闸等建筑物变形、渗流、应力应变符合正常规律，监测值均低于设计计算值，各建筑物工作性态正常，运行安全；700M W水轮发电机组各项试验数据表明，机组运行安全稳定，能量、空蚀及电气等性能良好，主要性能指标达到或优于规程规范和合同要求。三峡工程运行实践证明，枢纽建筑物设计安全可靠、先进合理，施工质量优良。

三峡工程是我国水利水电建设史上的重要里程碑，工程设计中的关键技术问题，通过大量的科学试验研究和设计计算分析，以及借鉴国内外水利水电工程设计施工运行经验，都已解决并经过实践检验。通过三峡工程设计、施工和运行实践表明，我国在大坝高水头，大流量泄洪消能技术，坝体大孔口结构设计及封堵技术，坝基岩体不利结构面处理技术，坝基渗流控制技术，大型金属结构设计、制造及安装技术，巨型水轮发电机组的工程设计、制造及安装技术，大型船闸通航水力学及输水系统关键技术，高陡边坡开挖支护及加固技术，地下电站变顶高尾水洞技术等方面达到国际先进水平。其中多级船闸关键技术，巨型水轮机安全稳定运行综合措施的设计研究，大坝混凝土高强度施工及温度控制防裂技术，大流量深水河道截流及深水高土石围堰技术等为国际领先水平。三峡工程建设为我国大型水利水电工程培养和输送了一批高水平的设计、施工、监理、科研和运行管理人才，大大促进了我国水利水电科学技术的发展。

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三峡工程规划设计历程及关键技术研究与实践