葛洲坝和三峡工程施工中的技术创新

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葛洲坝和三峡工程施工中的技术创新

葛洲坝和三峡工程是中国水利工程建设的两大里程碑,其施工过程中实现了多项重大技术创新。

葛洲坝工程位于湖北宜昌,是20世纪70年代至80年代建设的大型水利工程。作为中国首次在长江干流上修建的大型水利枢纽,葛洲坝工程在施工中采用了大体积混凝土浇筑、围堰分期导流等技术,成功解决了复杂地质条件下基础处理与防渗问题。同时,该工程还创新性地采用低水头径流式水电站设计,提高了发电效率,并为后续大型水利工程积累了宝贵经验。

三峡工程则是世界最大水利枢纽工程,其建设从1994年持续至2006年。在施工过程中,三峡工程实现了多项世界级技术突破:一是采用“分期导流、分段施工”的方法,成功控制长江洪峰;二是大规模应用高性能混凝土和温控防裂技术,确保大坝结构安全;三是引进和研发巨型水轮发电机组,提升单机容量至70万千瓦;四是建成世界上规模最大、技术最先进的双线五级船闸,显著提升了通航能力。此外,工程还广泛应用信息化管理系统,实现施工全过程的数字化监控。

综上所述,葛洲坝和三峡工程不仅推动了中国水利工程技术的发展,也体现了我国在重大基础设施建设中的自主创新能力和综合技术水平。

葛洲坝和三峡工程施工中的技术创新

  2低温混凝土生产技术   20世纪50年代,我国有几座混凝土坝曾发生了有害裂缝,如佛子岭、柘溪、丹江口等,前苏联50年代建设的布赫达尔明和克拉斯洛亚尔斯克坝也曾出现过有害裂缝。丹江口工程初期混凝土发生裂缝后,水电部指示,组织“丹江口温控防裂科研组”。经过半年调研,提出了调研报告,认为这些裂缝与混凝土施工质量、温度控制措施、气温骤降等有着密切关系,建议采取预冷粗骨料和加冷水拌和等措施生产低温混凝土。混凝土内通水冷却db44/t 1498-2014 电气设备用双层固定电容器(超级电容器) 第1部分:通用规范,降低水泥水化热产生的温升。大坝采取薄层柱状块段间歇均匀上升等办法浇筑混凝土,并对混凝土表面进行保温、保湿,以提高混凝土的抗裂能力。   丹江口大坝混凝土生产工艺为:对混凝土粗骨料,先用冷水浸泡降温,再加冷水拌和混凝土。粗骨料预冷工艺是在大型预冷缸中用冷水(温度2.2~3.5℃)浸泡80~100min,使粗骨料温度由22~27℃降至3.0~5.4℃,再经脱水工序送至拌和楼顶部的储料仓,运送途中温度有所回升,再加冷水拌和,混凝土拌和后温度可控制在14℃以下。这套工艺效率低、成本高,且出机温度只能降低至14℃,不能满足葛洲坝和三峡工的需要。为此,葛洲坝和三峡工程都需进一步科技攻关,采用更先进和更经济的工艺,并使混凝土拌和后温度降至7!,且效率更高、成本更低。   2.1葛洲坝低温混凝土生产工艺   葛洲坝混凝土浇筑特点是板、框架结构多,平面尺寸大而厚度较小,混凝土凝固后的降温幅度比丹江口更大,所以混凝土拌和后温度必须降至7℃才行。可行的办法是参照美国德沃夏克7℃混凝土的生产工艺,即采用隰水冷+风冷+加冰拌和 的生产方式。当时,外购是不现实的,只有自行设计。长江委的设计人员通过研究,设计出了具有世界先进水平的低温混凝土生产系统。   (1)水冷系统。首先改进冷水浸泡工艺,采取更先进的皮带输送淋冷水工艺。即修建专门的隔热廊道,其中布置两条宽1.4m、长150m的皮带,皮带在廊道内缓慢运行,在骨料上喷淋3~4℃的冷水。按7月份的平均温度设计,所使用的4种骨料由初温28.4℃分别降至6℃(大石)、7℃(中石)、8℃(小石)和13℃(粉末石)。冷水的制冷循环系统装机容量为4652kW,制冷量400万kcal/h,制冷水的螺旋管蒸发器面积为2560m2。为节省冷冻容量,对废水加药沉淀过滤后重复使用。为避免水冷后的骨料在风冷时结冰,对水冷后的骨料用振动筛脱水。   (2)风冷系统。其工艺为:利用拌和楼顶部的储料仓通冷风,冷却后直接进入拌和机,紧靠拌和楼另建制冷楼。常用的KL型空气冷却器体积大、重量大,为此专门研制了GKL型高效空气冷却器,其传热系统比KL型大1倍,在同样生产能力时,其面积只有后者的一半。这使制冷楼的体积和荷载大为降低。普通的离心式鼓风机,其转速低、体积大、重量大。设计者选用高效的轴流式鼓风机,转速高、体积小、重量轻,使冷耗大为降低,安装也很容易。   (3)制冰工艺。混凝土生产用冰代替水拌和,可以利用由冰化成水所释放的冷量。如果用常规办法先制冰砖,再破碎,不仅损耗大,且拌和时间仅3min,有的冰块尚未融化掺在混凝土中,会影响混凝土的质量。设计人员从国外杂志上了解到铠片冰机 原理,经过科研攻关,研制成功国产铠片冰机 ,投入实际运用,效果良好。

  3三峡船闸高边坡锚固技术   三峡双线五级船闸长1600m,是在左岸山体中挖出来的深槽中建闸,最大挖深170m。20世纪80年代以前设计方案是在深槽下部闸室部分挖成直立坡,深50m,然后建混凝土重力墙来抵挡边坡岩体压力,需混凝土400万m3。但施工期边坡稳定问题尚未解决。在初步设计中采用锚索、锚杆支护,在岩体中采用排水减少渗水压力来加固稳定边坡的新技术,并在国家铠七五 科技攻关(三峡工程技术)项目中加列了船闸高边坡技术专题,共分6个子题:①高边坡地质研究;②地应力研究(包括初始地应力场观测及开挖卸载后地应力场变化分析);③稳定及应力应变分析;%锚固设计;④防水排水系统研究;⑤开挖锚固排水施工程序和施工技术。长江委的设计、勘测和科研单位的相关专业参加了这项科技研究。   边坡轮廓设计为:闸顶以上开挖边坡控制坡比为微风化和新鲜岩体1(0.3,弱风化带1(0.5,强风化带1:1,全风化带1:1~1:1.5。在坡顶外 设周边沟,坡面喷混凝土并凿排水孔,山体内设排水洞和排水孔连通。闸室直立墙部分用薄混凝土板衬砌以便于锚固。   锚固设计方案是:在中隔墩上半部加两排300吨级预应力锚索,保证直立坡稳定并限制其流变;两侧直立墙部分也加两排300吨级预应力锚索对穿,长35~45m,其中一个锚头设在排水洞内;另加一些端头预应力锚索,其中100吨级长25~30m,300吨级长35~45m。坡面普遍布置非预应力锚杆,其中系统布置的锚杆长5~8m,随机布置的锚杆则视岩体稳定状况而定,两者均为全粘接砂浆锚杆。   施工设计所采取的施工程序为:先作坡顶地表排水系统及地下排水系统(排水洞及排水孔),以减少渗水压力,并可利用排水洞开挖作地质测绘了解地质情况,观测边坡位移,用以验证或调整锚杆数量。锚固自上而下,边挖边锚,以保证施工期边坡稳定。开挖中采用控制爆破技术(如预裂、光面、缓冲爆破、多段微差爆破技术等),以保护边坡岩体完整,并且要求预先作爆破试验以选定各项爆破参数,三峡船闸高边坡锚固方案布置参见文献[4]。由于施工设计科学、细致,并按动态设计原则及时跟踪调整施工方案,因此整个施工进展顺利,也很安全。三峡船闸于1994年开挖,1998年开始浇筑混凝土,2003年实现了正式通航。正是由于采用了这种先进的锚固技术,相对于采用重力挡墙方案,节约挖石方近1000万m3,混凝土200万m3,节省工程投资数亿元,而且保证了施工期安全。

 5结语   几十年来,长江委人为了治江工程,围绕治江工程,不断追求和探索施工技术的改进和创新,取得了一个又一个突破和创新,推动了我国水利工程施工技术的发展,为国家创造了巨大的效益。   参考文献:   [1]郑守仁,王世华,夏仲平,等.导流截流及围堰工程(上册)[M].北京:中国水利水电出版社,2004.   [2]郑守仁,王世华,夏仲平,等.导流截流及围堰工程(下册)[M].北京:中国水利水电出版社,2004.   [3]长江水利委员会编.三峡工程施工研究[M].武汉:湖北科学技术出版社,1997.   [4]钮新强,宋维邦.船闸与升船机设计[M].北京:中国水利水电出版社,2007

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