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长江三峡水利枢纽

来源:本站 | 作者: 本站编辑 | 发布日期: 2021-04-22

三峡水利枢纽工程是开发和治理长江的关键性骨干工程,大坝坝址位于湖北省宜昌市三斗坪,距离已建成的葛洲坝水利枢纽约40公里。

三峡工程是中国、也是世界最大的水利枢纽工程,水库正常蓄水位175米,总库容393亿立方米。

三峡水利枢纽是具有防洪、发电、航运等综合效益的水资源多目标开发工程。

防洪 三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程.其地理位置优越,可有效地控制长江上游洪水。水库有防洪库容221.5亿立方米,建成后可使荆江河段防洪标准由现状的约十年一遇提高到百年一遇;遇千年一遇或类似于1870年曾发生过的特大洪水,配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用,可防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害;可极大地提高长江中下游防洪调度的机动性和可靠性,减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁;并可为洞庭湖区的根治创造条件.        

发电 三峡水电站总装机容量2250万千瓦,年平均发电量1000亿千瓦时,主要供电华东、华中地区,小部分送川东.与同规模的燃煤火电站相比,每年约可替代消耗原煤5000万吨.它将为经济发达、能源不足的华东、华中地区提供可靠、廉价、清洁的可再生能源,对经济发展和减少环境污染起到重大的作用.    

航运 三峡水库将显著改善长江宜昌至重庆660公里的航道,万吨级船队可直达重庆港.航道单向年通过能力可由现状的约1000万吨提高到5000万吨,运输成本可降低35~37%.经水库调节,宜昌下游枯水季最小流量,可从现状的3000立方米/秒提高到5000立方米/秒以上,使长江中下游枯水季航运条件也有较大的改善。        

枢纽布置与主要水工建筑物 

 坝址 三峡工程大坝坝址选定在湖北省宜昌市三斗坪.坝址控制流域面积100万平方公里,年平均径流量4510亿立方米。 坝址区河谷开阔,两岸岸坡较平缓.江中有一天然小岛(中堡岛)顺江而立,依岛设计使工程具备良好的分期施工导流条件.对外交通有铁路至宜昌市,长江水运可直达坝区.工程开工后,修建了宜昌至工地长约26公里的准一级公路及坝下游4公里的跨江大桥——西陵长江大桥,1996年10月均已通车.在坝区还修建了一批码头.现已具备较好的外部交通条件。枢纽建筑物基础为坚硬完整的花岗岩体,岩石抗压强度约100兆帕.岩体内断层、裂隙不发育,且大多胶结良好,透水性微弱,具有修建混凝土高坝的优良地质条件。两岸山体岩石风化壳较厚,一般在20-40米,主河槽则几无风化层.坝址上下游15公里范围内,无大的不良地质构造.坝址区及水库区地震活动强度小、频度低,属弱地震环境.经国家权威部门多次鉴定,坝址区地震基本烈度为Ⅵ度,枢纽主要建筑物按Ⅶ度设防。 

 枢纽布置:枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物等三大部分组成.主要建筑物的型式及总体布置,经各种可能方案的多年比较和研究,并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证,均巳确定.选定的枢纽总体布置方案为:泄洪坝段位于河床中部,即原主河槽部位,两侧为电站坝段和非溢流坝段.水电站厂房位于两侧电站坝段坝后,另在右岸留有后期扩机的地下厂房位置.永久通航建筑物均布置于左岸。 

 大坝:拦河大坝为混凝土重力坝,坝轴线全长2309.47米,坝顶高程185米,最大坝高181米。泄洪坝段位于河床中部,前沿总长483米,设有23个深孔和22个表孔.深孔尺寸7×9米,进口孔底高程90米;表孔净宽8米,溢流堰高程158米.下游采用鼻坎挑流方式消能。电站坝段位于泄洪坝段两侧,设有电站进水口,其底高程为108米.压力输水管道为背管式,内直径12.40米,采用钢衬钢筋混凝土联合受力的结构型式.枢纽最大泄洪能力可达102500立方米/秒,可宣泄可能出现的最大洪水。        

水电站 水电站采用坝后式,共设有左、右两组厂房.共安装26台水轮发电机组,其中左岸厂房14台,右岸厂房12台.水轮机为混流式(法兰西斯式),机组单机额定容量70万千瓦.电站厂房每台机组段长度为38.3米.厂房总高度93.8米,水下宽度68米,水上宽度38米。右岸山体内留有为后期扩机(6台,总容量420万千瓦)的地下电站位置,其进水口将与工程同步建成.水电站以500千伏交流输电线路向华中、川东送电;以500千伏直流输电线路向华东送电.电站出线共15回。        

通航建筑物 通航建筑物包括双线五级船闸和升船机,均位于左岸山体内.永久船闸为双线五级连续梯级船闸.单级闸室有效尺寸为280×34×5米(长×宽×坎上最小水深),可通过万吨船队。升船机为单线一级垂直提升式,承船厢有效尺寸120×8×3.5米,一次可通过一条3000吨级的客货轮.承船厢运行时总重量为11800吨.在靠近左岸岸坡处,设有一条单线一级临时船闸,以满足施工期通航的需要.其闸室有效尺寸为240×24×4米。        

施工规划及工期        

枢纽工程量 工程主体建筑物及导流工程的主要工程量为:土石方开挖10283万立方米;土石方填筑3198万立方米;洞挖151万立方米;混凝土浇筑2794万立方米;钢筋46.30万吨;金属结构25.65万吨;水轮发电机组26台套,1820万千瓦。        

施工导流 三峡工程采用分期导流方式,分三期进行施工        

第一期导流,在中堡岛左侧纵向修建一期土石围堰,上、下游并与右岸岸边相接,形成一期基坑.在一期围堰的保护下修建导流明渠和混凝土纵向围堰.同时在左岸岸坡修建临时船闸,并进行升船机土建施工,本施工期江水及船舶仍从主河槽通过。        

第二期导流,在右岸及河床上修建二期上下游横向围堰,与混凝土纵向围堰相接,围护形成二期基坑,进行河床泄洪坝段、左岸电站坝段和左岸电站的建设.同时在左岸山体中修建双线五级船闸.二期导流期间,江水经导流明渠下泄,船舶经导流明渠或临时船闸通行。 

 第三期导流,在导流明渠上下游截流,截流后修建上游三期碾压混凝土围堰,水库蓄水至135米高程,左岸电站及双线五级船闸随后开始投入运用.三期围堰与混凝土纵向围堰形成三期基坑,修建右岸大坝和电站.三期导流期间,江水经由泄洪坝段的深孔和导流底孔下泄,船舶经双线五级船闸通航。        

工期安排 工程分三个阶段完成全部施工任务,总工期需17年。 

第一阶段(1993~1997年)为施工准备及一期工程,施工需5年,以实现大江截流为标志。 

第二阶段(1998~2003年)为二期工程,施工需6年,以实现水库初期蓄水,第一批机组发电和永久船闸通航为标志。 

第三阶段(2004~2009年)为三期工程,施工需6年,以实现全部机组发电和枢纽工程全部完建为标志。 

 若干重大技术问题研究         主要有泥沙问题研究、水库诱发地震和库岸稳定问题研究、大江截流和二期深水围堰问题研究、永久船闸高陡边坡稳定和变形问题研究、大坝混凝土快速施工问题研究、特大型金属结构问题研究、垂直升船机问题研究、特大容量水轮发电机组问题研究、环境影晌与评价问题研究、水库淹没和移民安置问题研究等。        

泥沙问题研究 水库泥沙问题是世界性的水库建设难题.三峡水库年平均入库泥沙量达5.3亿吨,如泥沙问题处理不好,不仅会影响水库正常效益的发挥,缩短水库使用寿命,而且要影响长江这一黄金水道的通航。三峡水库的泥沙问题研究,始于六十年代.三峡工程的泥沙研究,采用原型观测、数学模型计算、物理模型试验、与已建实际工程类比分析的综合方法.根据三峡水库的地形、地貌特征,采用“蓄清排浑”的水库调度方式,可以保证水库的长期有效运用;工程上采取的一系列排沙、防淤工程措施,配合恰当的调度和航运辅助清淤,可以保证航道畅通和水电站正常运行。        

水库诱发地震和库岸稳定问题研究 自70年代起,三峡工程的水库诱发地震一直被列为重点课题进行研究.全面研究了水库区的岩性特性、地质构造和渗透条件,在坝区和库首附近进行了300~800米的深孔地应力等观测,对坝区周围几条断裂展布区进行了地震强化观测,以及三维有限元等各种数值解析成果,对三峡水库诱发地震进行预测评价。根据长期的地质勘测研究和水库诱发地震研究成果,三峡坝区和库区地壳稳定,均不孕育发生严重地震的地质背景.三峡水库蓄水后,虽不排除发生水库诱发地震的可能性,但从高估计,影响到坝区的最高地震烈度不会超过Ⅵ度,不会影响按Ⅶ设防的主要建筑物的安全。经对干流及173条支流岸坡稳定性的专项调查,彩红外和黑白航片的判译和现场核对,33个重点崩滑体的大比例尺地质测绘及相应的勘察、试验和分析计算,距大坝26公里以内的库段,不存在可能失稳的大型崩滑体,可能发生的库岸崩滑不会影响枢纽建筑物的安全。 

 大江截流和二期深水围堰 

 大江截流 三峡工程大江截流设计流量14000~19400立方米/秒,龙口最大水深达60米,使其成为世界大江大河截流史上规模最大、难度极高的截流工程.经过长期的设计、科研工作,最后选用预平抛垫底抬高河床配合单戗立堵的方案.经过精心组织施工,大江截流已于1997年11月8日胜利合拢. 

 二期深水围堰 二期上下游横向围堰足三峡工程二期施工的屏障.上游围堰设计洪水标准为百年一遇(洪峰流量83700立方米/秒),并按200年一遇洪水88400立方米/秒不漫顶作校核.下游围堰设计洪水标准为50年一遇(洪峰流量79000立方米/秒).上游围堰最大高度约为80米,上下游围堰土石方总填筑量为1032万立方米.二期围堰工程量特大,施工期仅约半年,工期紧迫,施工强度特高,且约80%的堰体填筑量需采用水下抛投施工,无法采取机械碾压. 经比较研究,二期围堰形式采用了砂石堰壳、混凝土防渗墙心墙上接土工织物防渗的方案.考虑到上游围堰河床深槽部位防渗墙最大深度达74米,该部位采用双排墙以策安全. 

 二期围堰防渗总面积为9.22万平方米,其中混凝土防渗墙面积为83450平方米.防渗墙需穿过平抛垫底层、淤沙层、以及花岗岩块球体等复杂地层,嵌入新鲜基岩0.5米.围堰混凝土防渗墙深度和工程量大,工期紧,加以基础条件复杂,是二期围堰设计和施工的主要难点. 

 大江截流合拢后,配备大批大型施工设备进行高强度的填筑和防渗墙施工.为了防止在水下抛投的松散的风化砂中造孔坍塌,采取了振冲加密、灌浆堵漏、小药量爆破、埋管灌浆等工艺,深槽部位的第二道防渗墙,采用了高喷成墙技术,1998年汛前,二期围堰基本建成,6月中旬开始基坑限制性抽水.9月12日,大江基坑基本抽干. 

 永久船闸高陡边坡稳定和变形 永久船闸布置在大坝左侧的山体内.船闸线路总长6442米,其中上游引航道长2113米,宽180米(口门宽220米);船闸主体段长1607米;下游引航道长2722米,宽128~180米(口门宽200米).因船闸上下游最大水头为113米,故设5级闸室分担水头.双线船闸主体段全部位于新鲜基岩内,其两侧高陡边坡最大开挖深度达170米;两线船闸间保留宽60米的岩石中隔墩,闸室下部为高约60米的直立墙.船闸闸室采用薄混凝土衬砌结构,不起支护岩体作用,两侧边坡需依靠岩体自身维持结构稳定.高陡岩石边坡的稳定和变形量(特别是开挖完成后的残余变形量),是工程设计和施工中最关键的技术问题.根据多年研究的成果,判定岩石边坡开挖后其稳定性(变形)可控制在允许范围内.在设计和施工上还采用了设置防渗和排水系统、控制爆破、喷锚支护及预应力锚索、高强锚杆加固等一系列措施. 

 大坝混凝土快速施工 三峡工程混凝土总量高达2800万立方米,质量要求高,施工难度大,因此必须采用成套先进的混凝土快速施工新技术,才能保证工程的质量和工期. 大坝施工的难点是:泄洪坝段设有溢流表孔、深孔和导流底孔三层孔口;厂房坝段布置有电站进水口和排砂孔口,且有内径为12.4米的钢衬钢管混凝土压力管道,结构复杂;三峡坝区气候骤降频繁,夏季高温持续时间长,对混凝土温控有特殊要求;混凝土浇筑与金属结构和机组埋件安装、以及与固结灌浆、帷幕灌浆、接缝灌浆并行作业的相互干扰. 

 经反复的科学论证主要采用以塔带机连续浇筑混凝土为主的综合施工技术和混凝土原材料及配合比优化,并建立起一整套快速施工工艺和管理体系。 

 特大型金属结构 

 三峡工程的金属结构门类品种多,总重量达25.65万吨. 

 闸门和启闭机 各类闸门、启闭机品种类型多、数量大.整个工程共有各类闸门282扇,启闭机135台套. 

 多数闸门结构尺寸大,受力条件复杂,技术要求高.例如:大坝泄洪深孔弧形工作门,孔口尺寸7×9米,设计水头85米,校核水头90.4米,设计总水压力63,000千牛顿;电站进水口快速工作门,孔口尺寸9.2×3.2米,设计水头67.0米,为动水快速关闭的平板门;永久船闸首级人字门,设计水头37.75米,单扇门尺寸20.2×39.5米,重约900吨,是国内外罕见的巨型闸门. 

 三峡工程135台套启闭机中,114台为大容量液压启闭机,设计、制造和安装的难度也很大.例如:电站进口快速工作闸门液压启闭机,启门力达5000千牛顿,持住力8000千牛顿,活塞杆行程16000毫米.永久船闸人字门,运行时最大淹没水深达36.0米,液压启闭机油缸内径580毫米,活塞杆最大推力2700千牛顿(非工作状态时最大推力5400千牛顿),工作行程7276毫米. 

 压力引水钢管 水电站杌组采用单管引水,压力引水钢管共26条,每条钢管全长122.2米,内径12.4米.压力管道承受的最大静水头为113米,HD值达1730平方米. 

 垂直升船机 升船机是用于客轮快速过坝的重要通航建筑物,一次可通过一条3000吨级的客货轮.升船机为单线一级垂直提升式,采用带平衡重的钢丝绳卷扬提升方式.根据国务院批示,升船机缓建,升船机初始运行水位根据投产时间提高到145米.不论是过船吨位、提升重量、提升高度,三峡升船机均远远超过了世界上已建和在建的大型升船机。 

 特大容量水轮发电机组 三峡水电站将安装26台70万千瓦的水轮发电机组,供电范围跨华中、华东和西南三大电网,今后还将与华北、华南联网,在电力系统中地位十分重要.确保机组的稳定、安全运行,是对水轮发电机组最主要的要求. 

 单机容量70万千瓦的三峡水电站水轮发电机组,属世界最大的水电机组之列.因防洪和排沙的需要,三峡机组在汛期需降低水位运行,故其运行水头变幅很大,达52米,最大水头(113米)与最小水头(71~61米)的比值达1.59~1.85.在如此巨大水位变幅的条件下,既要确保机组运行稳定,同时又具有较优的效率和气蚀特性,使机组设计、制造和安装难度增大,超过世界上己有的任何大型机组. 

 环境影晌评价 兴建三峡工程对生态与环境的影响引起了世界的广泛关注.三峡工程的环境影响研究工作始于50年代.80年代以来,随着我国环保法规的完善和环境科学的发展,三峡工程的环境评价工作也不断深化.1991年12月,编制了《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》,1992年初完成了国家法定的审批程序。 

 主要结论是:兴建三峡工程对生态与环境的影响有利有弊,主要有利影响在长江中游地区;主要不利影响在库区;大部分不利影响采取恰当的对策措施后可以得到减免;生态与环境问题不制约三峡工程的可行性。 

 水库淹没和移民安置 

 淹没实物指标 

 根据三峡工程移民规划,三峡工程建成后水库淹没涉及湖北省、重庆市20个县区,淹没陆地面积约632平方公里,淹没耕园地24.5千公顷,淹没房屋面积3473.15万平方米,淹没工矿企业1599个。按1992年普查统计,三峡工程淹没线以下人口84.75万人,考虑到人口自然增长等因素,规划搬迁人口最终约130万人。 

 根据国务院确定的“中央统一领导,分省负责,县为基础”的移民安置管理体制,移民安置规划以县为单位分别编制。自1993年以来,库区各级党委和政府,把移民工作摆在整个工作的首位,按照已制定的分县移民实施规划,根据“突出重点,远近结合,移民进度与工程进度相衔接,在资金到位的情况下,宜早不宜晚”的原则,统筹安排移民资金,合理利用当地资源,达到移民“搬得出,稳得住,逐步能致富”的目标。 

 截至2008年,重庆库区175米水位线以下移民搬迁和清库全面完成,共移民125.5万人。 

 工程投资 

 经国家正式批准的三峡工程初步设计静态概算(1993牟5月末价格,不包括物价上涨及施工期贷款利息)为900.9亿元。其中枢纽工程投资500.9亿元,水库淹没处理及移民安置费用400亿元。三峡工程施工期长达17年,且其资金来源多元化,计入物价上涨及施工期贷款利息的动态总投资,原粗略估算额为2039亿元.九年来由于贷款利率和物价指数下调,由于加强工程管理,现估算动态总投资为1800亿元。 

 工程勘测设计情况 

 工程勘察、规划和设计 兴建三峡工程的设想始于本世纪初,最早提出在三峡建坝的是伟大的民主革命先行者孙中山先生.1944年,美国著名大坝专家萨凡奇查勘三峡江段后,编写了《扬子江三峡计划初步报告》。1946年原国民党政府和美国内政部垦务局签订委托设计的合约,并进行了初步的勘察、规划和设计工作.三峡工程大规模的规划,勘察和设计工作从50年代中期开始并持续不断。因工程规模宏大,技术复杂,涉及的科学技术、社会经济、环境保护等专业范围极广,除承担勘察、规划、设计和科研工作的长江水利委员会(即原长江流域规划办公室,简称长江委)的数千名专业技术人员外,国内一大批高等院校、科研院所、施工单位和设备制造等部门,各行各业的专家学者,也参加了工程的研究工作,并多次组织过全国范围的专家论证和审议。1986~1989年的三峡工程重新论证,包括了全国各行各业共412位著名专家,历时近三年。自40年代起,特别是80年代以来,美国、加拿大、前苏联、意大利、法国、德国、瑞典、挪威、日本、比利时、瑞士、巴西等国的不少专家也曾参与了工程的研究和咨询工作. 

 长江委于1989年底完成可行性研究报告,在报经国务院三峡工程审查委员会组织全面审查后,全国人大七届五次会议于1992年4月3日审议通过.同年12月,长江委编制完成了《长江三峡水利枢纽初步设计报告(枢纽工程)》,经国务院三峡工程建设委员会组织审查,于1993年7月正式批准.重要工程单项技术设计共8项,即:大坝、水电站、永久船闸、升船机、二期上游围堰、机电、大坝安全监测、变动回水区港口及航道整治(含坝下游河道下切影响及对策研究)。除最后一项外,其余均已在1996年底以前全部完成.招标设计和施工详图设计,根据工程施工进展逐步展开。 

 工程建设管理基本体制 为了确保工程建设的顺利进行,国务院成立了三峡工程建设委员会(三建委).三建委是三峡工程的高层次决策机构,由国务院总理任主任,国务院有关部委及重庆市、湖北省主要负责人为委员.三建委下设办公室(三建办)及移民开发局,三建办负责三建委的日常工作,移民开发局负责制定三峡工程移民安置的方针政策,审批移民安置规划和实施计划,并对移民搬迁的具体实施进行监督(后经机构改革将移民局并入三建办). 

 经国务院批准成立的中国长江三峡工程开发总公司(三峡总公司)是一个独立核算、自主经营、自负盈亏,具有法人地位的经济实体,是三峡工程的项目法人(业主),全面负责三峡工程的建设和建成后运行管理,负责工程建设资金含水库淹没处理和移民安置费用的筹措和偿还. 

 三峡工程建设自1993年开工以来进展顺利.工期完全按照总进度计划实施,工程质量符合设计要求,投资控制在国家批准的概算以内。 2010年底已实现175米试验性蓄水,电站防洪、发电、航运、补水等综合效益全面得以发挥。三峡工程分为三期建设,工期为17年。一期工程从1993年至1997年,其中,包括施工准备期,1994年工程正式开工,以1997年实现大江截流为结束标志。二期工程从1998年到2003年,其中,2001年临时船闸开通,2002年导流明渠截流,2003年下闸蓄水、船闸通航、发电,三峡工程建设取得阶段性成果,开始发挥效益。三期工程从2004年到2009年,其中,2006年大坝全线浇筑到顶、巨型围堰爆破成功、提前蓄水至156米,2007年双线五级船闸通过完建验收,2008年实现175米蓄水条件、26台70万千瓦发电机组全部投入运行、累计完成125.5万人的搬迁安置任务,2009年三峡主体工程顺利通过正常蓄水175米验收,2010年10月26日,三峡试验性蓄水至175米,标志三峡工程初步设计任务已如期完成,防洪、发电、航运、补水等综合效益得以全面发挥。 三峡地下电站首台机组于2011年5月成功并网发电,6月2日第二台机组成功投产运行。2011年9月21日,地下电站厂房及首批机组顺利通过国务院验收。2012年7月4日,地下电站最后一台机组正式移交长江电力,标志着三峡工程机组建设全面完成。2012年10月,三峡工程连续3年蓄水至175米;2016年9月18日,历经50年论证,8年建设的三峡升船机试通航成功,被水利部陈雷部长誉为“又一人间奇迹”。2018年4月24日,习近平总书记视察三峡大坝,强调三峡工程为国之重器。三峡工程的成功建成和运转,使多少代中国人开发和利用三峡资源的梦想变为现实,成为改革开放以来我国发展的重要标志。这是我国社会主义制度能够集中力量办大事优越性的典范,是中国人民富于智慧和创造性的典范,是中华民族日益走向繁荣强盛的典范。真正的大国重器,一定要掌握在自己手里。核心技术、关键技术,化缘是化不来的,要靠自己拼搏。2018年12月21日,三峡电站年发电量首破1000亿度,成为国内首座年发电量超千亿千瓦时的单座电站。2019年12月27日,三峡枢纽升船机工程完成通航暨竣工验收。 

 工程获奖情况:主持完成的三峡大江截流设计获1998年水利部优秀工程设计金质奖,并获1999年国家第八届优秀工程设计金质奖;三峡一期土石围堰设计获1999年国家第八届优秀工程设计银奖;三峡五级船闸获2007年度工程设计金奖;三峡工程设计获新中国60周年十佳感动中国工程设计大奖。 2011年9月28日,被国际大坝协会评为“混凝土国际里程碑工程”。2013年7月,三峡大坝变形监测获全国优秀水利水电工程勘察金奖、三峡坝后电站工程设计获全国优秀水利水电工程设计金奖。2013年10月被国际咨询工程师协会评为“菲迪克百年重大土木工程项目杰出奖”,其长江设计院院长钮新强当选菲迪克百年优秀咨询工程师。2019年9月7日三峡升船机喜获FIDIC工程项目优秀奖。《三峡工程大坝混凝土关键技术与应用》成果获中国大坝工程学会科技进步特等奖。2020年1月10日,三峡工程获国家科学技术进步奖特等奖。2020年11月1日,水利部、国家发展改革委发布公告,三峡工程完成整体竣工验收全部程序,三峡工程建设任务全面完成,工程质量满足规程规范和设计要求、总体优良,运行持续保持良好状态,防洪、发电、航运、水资源利用等综合效益全面发挥。

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