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　　三峡工程设计

　　1 设计概况
　　三峡工程设计包括可行性研究、初步设计、单项工程技术设计、招标设计、施工详图设计等五个阶段。三峡工程的设计最早可以追溯到1919年，孙中山先生在《实业计划》中提出了改善川江航运条件，开发三峡水能资源的设想。最早提出可称为开发计划的，是美国垦务局设计总工程师萨凡奇。他1944年考察了三峡，编写了一份《扬子江三峡计划初步报告》。

　　三峡工程的前期设计研究工作始于20世纪50年代中期。中央在50年代初即考虑尽早修建三峡工程，用以解决长江防洪问题。但考虑到三峡工程规模巨大、技术复杂，中央采取了积极而又慎重的态度。1970年，中央决定先修建葛洲坝工程，为三峡工程做“实战准备”。1984年，国务院原则批准了三峡工程150方案的可行性研究报告，并决定立即开始进行施工前期准备工作。后来由于有关部门和专家提出了一些不同的意见和建议，1986年党中央、国务院决定组织重新论证。经过近3年的补充论证工作，通过了14个专题论证报告。
三峡工程的设计工作由水利部长江水利委员会全面承担。1989 年,长江流域规划办公室根据重新论证成果完成可行性研究报告后，即着手开展初步设计阶段的工作。1992年4月3日,全国人大七届五次会议通过《关于兴建三峡工程的决议》后，初步设计工作全面展开。初步设计报告分为枢纽工程、水库淹没处理和移民安置、输变电工程三大部分。初步设计（枢纽工程）于1992年12月编制完成上报，1993年7月由国务院三峡工程建设委员会审查批准。随后即进行单项工程技术设计和部分工程的招标设计、施工详图设计。在三峡水利枢纽设计中，大坝、水电站厂房、永久船闸、垂直升船机、二期上游围堰等属于重要单项技术设计。

　　1992年全国人大审议通过的三峡工程设计方案是：水库正常蓄水位175米，初期蓄水156米，大坝坝顶高程185米，“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”。按初步设计方案，三峡工程土石方开挖约1亿立方米，土石方填筑约3000万立方米，混凝土浇筑约2800万立方米，金属结构安装约26万吨。结合施工期通航的要求，三峡工程采取分三期导流的方式施工。一期围中堡岛以右的支汊，主河槽继续过流、通航。在一期土石围堰保护下，开挖导流明渠，修建混凝土纵向围堰及三期碾压混凝土的基础部分，同时在左岸修建临时船闸，并进行升船机、永久船闸及左岸1-6号机组厂、坝的施工。一期工程包括准备工程在内共安排工期5年。二期围左部河床、截断大江主河床，填筑二期上下游横向土石围堰，在二期围堰保护下修建河床泄流坝段、左岸厂房坝段及电站厂房，继续修建永久船闸和升船机，江水改由右岸导流明渠宣泄，船舶由明渠和左岸临时船闸通过。二期工程具备挡水和发电、通航条件后，进行明渠截流，利用明渠的碾压混凝土围堰及左岸大坝挡水，蓄水至135米时，永久船闸及左岸部分机组开始投入运行。二期工程共安排工期6年。三期封堵明渠时，先填筑三期上下游土石围堰，在其保护下，浇筑三期上游碾压混凝土围堰至140米高程，水库水位由已建成的河床泄流坝段的导流底孔及永久深孔调节。在三期围堰保护下修建右岸厂房坝段、电站厂房及非泄流坝段，直至全部工程竣工。三期工程安排工期6年。

　　2 重要单项设计
　　2.1 大江截流和二期围堰工程
　　三峡工程大江截流是在已建的葛洲坝水库内进行的。截流水深达60米，居世界首位；截流最大流量11600立方米/秒，超过国内外水利工程实际最大截流流量；截流工程量大，施工强度高；截流段河床地形、地质条件复杂，截流期间不允许断航。为此，业主决定在导流明渠提前导流通航的前提下，采用平抛填底、缩小龙口宽度等措施。1997年11月8日，大江截流成功。

　　二期上下游横向围堰是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）。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，二期围堰型式采用砂石堰壳、混凝土防渗墙心墙上接土工织物防渗的方案。

　　大江截流合龙后，业主、施工单位配备大批大型施工设备对围堰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，设计上采取了振冲加密、灌浆堵漏、小药量爆破、埋管灌浆等工艺。随着三峡工程进展，上游围堰已于2002年5月1日破堰进水，下游围堰2002年7月破堰进水。

　　2.2 导流明渠截流和三期围堰工程
　　导流明渠截流是三峡二期转向三期工程建设的标志。此次截流采用双戗双向立堵方式，合龙时段选在2002年11月下半月，设计流量为10300立方米/秒，截流落差达4.11米。截流施工自2002年11月1日开始非龙口段进占，导流明渠断航；11月下半月截流合龙。上下游截流龙口宽分别为150米和140米，龙口部位均设置加糙拦石坎。

　　三期上游土石围堰为Ⅳ级临时建筑物，设计洪水标准为17600立方米/秒。围堰轴线全长约427米，主要由风化砂、反滤料石渣、石渣混合料和块石填筑而成。

　　三期下游土石围堰为Ⅲ级临时建筑物设计，设计洪水标准为79000立方米/秒。围堰轴线全长约415米，主要由风化砂、反滤料石渣、石渣混合料和块石填筑而成。

　　三期RCC（碾压混凝土）围堰为Ⅰ级临时建筑物，设计洪水标准为72300立方米/秒。三期RCC为重力式坝型，围堰顶高程140米，顶宽8米，最大底宽107米，最大堰高115米。围堰基础采用帷幕灌浆防渗，幕后钻设基础排水孔。

　　右岸导流明渠截流与三期土石围堰工程计划2002年8月开工，2003年1月完工。右岸三期RCC围堰工程计划于2002年8月开工，2003年6月完工。

　　2.3 大坝和电站厂房
　　大坝和水电站厂房为一级建筑物，按1000年一遇洪水设计。三峡工程的大坝有三类，即泄流坝段、电站厂房坝段和非泄流坝段。大坝整体断面按照重力坝设计的规范进行设计，采用挑流消能形式。三峡大坝的基础岩体坚硬完整，大坝设计地震烈度为Ⅶ度。

　　三峡电站厂房的规模很大，结构也较复杂。三峡电站采用70万千瓦的机组，总装机26台，厂房总长度1228米，全部采用坝后式厂房。每台机组用一条直径12.4米的引水钢管，管内流速为8米/秒。采用导排为主的方案，处理泥沙淤积和漂浮物，左右岸电站共设置7个排沙孔和3个排漂孔。厂房对外交通采用公路，重、大部件由水路运至坝区下游，用大型拖车运至厂内。电站的出线共13个回路，左岸电站7回，右岸电站6回，跨越下游尾水渠分别向左右两岸送出。

　　2.4 双线五级船闸高陡边坡稳定和变形
　　双线五级船闸布置在大坝左侧的山体内。船闸线路总长6442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，闸室底部为高约60米的直立墙。船闸闸室采用薄混凝土衬砌结构，需依靠岩体自身维持结构稳定。深挖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需要特别重视的问题。根据多年研究的成果，设计采取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。船闸地表设有防渗和排水系统，以防止和减少地面水渗入。为控制和降低渗水压力，船闸主体段两侧山体内，各布置有7层共14条贯通全长的排水洞；各层排水洞间设有排水孔帷幕。永久船闸开挖总量近4000万立方米，其中大部分为需进行爆破的坚硬岩石。设计中，各方对开挖爆破震动影响给予了特别的重视。在实地爆破试验的基础上，对爆破程序、爆破参数作了严格的控制，规定采用预留保护层和预裂爆破、光面爆破等防震工艺，并严格控制梯段爆破的单段起爆药量。为了保证高陡边坡的稳定和限制其变形，除施工期及时进行锚杆和喷混凝土支护外，边坡设有约3600余束300吨级的预应力锚索和约10万根高强系统结构锚杆。 

　　为监测船闸施工期和运行期的安全，永久船闸设置了内容广泛的安全监测系统。包括地面变形精密三角测量系统、地下水观测系统、岩体深部变形观测仪埋系统、锚杆锚索应力应变观测系统、爆破震动影响和岩体松弛监测等。

　　2.5 高强度混凝土浇筑
　　三峡工程主体和导流建筑物混凝土总量达2800万立方米， 1999-2001年是混凝土施工的高峰年，年浇筑强度均在400万立方米以上。2000年，计划浇筑混凝土540万立方米，相应月高峰浇筑强度达50万至55万立方米，远远超出国内外已建工程的最高水平。

　　为了保证三峡大坝的高强度施工，业主、设计多年来对各种可能的施工方案和主要施工机械进行过长期的比较和研究。最后选用的是塔带机与胎带机、高架门机、缆机相结合的综合机械化施工方案。塔带机是一种新型的混凝土浇筑机械，可实施从拌合楼至浇筑仓面的工厂化、连续式混凝土生产、运输、提升，直至入仓浇筑。这一方案具备高强度浇筑混凝土的显著优点。

　　2.6 水轮发电机组
　　三峡水电站将安装26台单机容量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，还将与华北、华南联网。单机容量70万千瓦的三峡水电站水轮发电机组，属于世界最大的水电机组。它不仅单机容量特大，因防洪和排沙的需要，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l．59至1.85。在此巨大水位变幅的条件下，既要确保机组运行稳定性，又要具有较优的效率，加之气蚀特性，给机组设计、制造和安装带来的特大难度超过世界上已有的任何大型机组。

　　2.7 升船机
　　升船机是用于客轮快速过坝的重要通航建筑物，承船箱有效尺寸同葛洲坝3号船闸（长 120米，宽18米，船箱水深3.5米），一次可以通过一条3000吨级的客货轮或一条895千瓦推轮顶推的1500吨级驳船。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。升船机与临时船闸毗邻布置在左岸，升船机位于左侧，由上游引航道、上闸首、升船机主体、下闸首及下游引航道等主要部分组成。

　　目前世界上已知和在建的大型垂直升船机的提升高度均在100米以内，承船箱带水重量也在9000吨以下，上下游通航水位变幅很小。而三峡升船机提升高度113米，船箱带水重量达11800吨，上游永久通航期最大变幅30米，下游通航水位变幅也达12米，且变率快。可见，三峡升船机的规模和技术复杂程度均属世界水平。

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