设为首页  |  加入收藏  |  联系我们
共和国科技档案:从葛洲坝到三峡大坝
2009/9/15 9:10:41    新闻来源:千龙网
  从葛洲坝到三峡大坝,中国人“高峡出平湖,当惊世界殊”的愿望已变成现实。 

  两座镌刻着国人水电科技创新足迹的水坝,不仅守护着长江中下游的两岸百姓和一方水土,还源源不断地向华中、华东和广东地区输送着廉价清洁的电能。“高峡出平湖,当惊世界殊”。昔日毛泽东挥笔写下的《水调歌头·游泳》,如今已变成现实。 

  从一无所有到“世界大坝博物馆” 

  大规模的实践探索,使中国水电建设从完全依赖国外设计到实现自主创新,并跻身世界水电工程的科研、设计、施工、制造和管理强国的行列。 

  2009年7月12日,在宽敞、明亮的三峡电站厂房,一字排开的水轮机组正飞速运转着。这一天,三峡电站26台机组全部并网发电,当日发电量达到4亿千瓦时。 

  “三峡电站总装机容量2250万千瓦,是世界上最大的水电站。”中国三峡总公司党组书记、总经理李永安不无自豪。 

  而在新中国成立时,旧中国水电总装机只有36万千瓦,还不足三峡工程一台机组的容量。翻开历史不难发现,中国水电开发经历了从无到有、从有到强的历程。建国后,新中国“自主设计、自制设备、自己建设”了第一座大型水电站——新安江水电站。1975年,首座百万级的刘家峡水电站建成。此后,又陆续建成了葛洲坝等一批百万千瓦级水电站。 

  而今,跨世纪的世界第一大水电工程——三峡工程,业已转入运行为主的新阶段。今年上半年,三峡枢纽运行良好,水库总体平稳,防洪、发电和通航三大效益明显,发电量和船闸通航量持续增长。 

  迄今为止,中国修建了20多座百万千瓦以上的大型水电站,数以百计的中型水电站,成为名副其实的“世界大坝博物馆”。中国水电建设大规模的实践探索,实现了从完全依赖国外设计到独立自主创新的跨越,并跻身世界水电工程的科研、设计、施工、制造和管理的技术强国行列。 

  到2007年底,全国水电装机总容量已达1.45亿千瓦,其中80%水电机组是国内设计制造的。预计到2010年我国水电总装机容量将达到1.8亿千瓦。 

  修建葛洲坝:三峡工程大练兵 

  葛洲坝二、三江工程及水电机组安装荣获国家科技进步特等奖,葛洲坝大江截流荣获国家优质工程金奖。 

  美国能源协调委员会一位主任工程师面对葛洲坝惊叹:中国人有能力建成任何一座他们自己认为需要建设的大坝。 

  兴建葛洲坝,是修建三峡大坝的必要条件;为了建设三峡大坝,也必须建好葛洲坝。 

  早在20世纪20年代,孙中山就曾在建国方略中提出建设三峡工程。上世纪40年代美国专家萨凡奇博士亲临三峡并提出建坝方案,但他还来不及研究一道具体的课题。这就是未来三峡高坝建成前,为保持长江宜昌段至荆江段正常航运水位,必须在三峡下游附近修建一坝,形成一座反调节水库,消解三峡水库下泄变幅给航运带来的不利影响。 

  于是,1970年,中共中央正式批复,同意兴建葛洲坝工程。除了技术层面的意义外,中央明确指出,它是为三峡工程作实战准备的。1972年,周恩来主持召开会议并强调:过去没有实践经验,现在修建葛洲坝工程,要使它成为三峡工程实验坝。 

  “也就是说,我们要在葛洲坝工程建设中,探索和积累在长江这样的大江大河上修建大坝的成熟施工经验,为建三峡工程练兵。”葛洲坝集团公司科技部部长郭光文说。 

  葛洲坝从1970年动工到1988年建成,历时18个年头。 

  “当时可以说是政府举全国之力修建葛洲坝工程。”郭光文说,为解决以前国内工程未曾遇到的一个个技术难题,来自全国最优秀最权威的水利以及相关学科专业的专家学者,组成了国家级技术委员会,完全独立自主地开展了科技创新工作。 

  修建葛洲坝,就是在实践中创造和突破的过程。郭光文举例说,建坝后河道泥沙淤积问题,就是一大难题。人们无法忘记当年修建三门峡工程之后,黄河回水直逼上游陕西关中的历史教训。科研设计人员通过反复试验,提出并确立了“静水通航、动水冲沙”的设计理念,流水引来的泥沙,就交由流水冲走。 

  这是一个创举,既解决了水库和大坝下游江段的泥沙淤积问题,又满足了通航的安全要求。葛洲坝工程20多年的成功运行,进一步证实了这一设计思想的科学性和有效性,并在三峡的规划设计和枢纽布置方面得到了应用与发展。 

  “再如葛洲坝主体工程混凝土1000万立方米,最高日产达到1万立方米。”郭光文说,大体积高强度混凝土浇筑的温控制技术,是大坝施工的又一重点与难点。湖北宜昌地区夏秋季节气温很高,对于混凝土施工极为不利,施工过程中首创一整套温度控制技术,被命名为“七度工程”,也就是从砂石骨料冷却、混凝土拌和加冰,拌制好的混凝土温度为7℃。再通过坝体内预埋冷却水管进行后期降温。这解决了我国夏秋季炎热地区大坝混凝土浇筑的“老大难”问题,降低了成型坝体混凝土热胀冷缩的剧烈程度和破坏力。 

  郭光文说,此外,葛洲坝工程土石方开挖中,最早研究并成功应用了预裂爆破技术,保证了建筑物基岩面和高边坡的完整性;首次在长江干流上成功截流的实践,丰富发展了大江大河导流截流的理论、设计与施工技术;葛洲坝船闸中树立的号称“天下第一门”的人字门,不仅轮廓尺寸大,各项技术指标达到国际先进水准,提高了我国大吨位金属结构制造技术;还有我国低水头大型水轮发电机组的制造,水电站运行相关自动控制技术,以及50万伏直流远距离输电技术,在当时条件下,都是国内顶尖水平。 

  美国能源协调委员会一位主任工程师面对葛洲坝惊叹:中国人有能力建成任何一座他们自己认为需要建成的大坝。 

  三峡工程:创造了100多个世界之最 

  通过引进消化吸收再创新和集成创新,将创新的科技势能转化成产业动能,从而提升我国水电科技的整体水平。 

  1978年,全国科学大会迎来了“科学的春天”。大会审议通过的国家1977—1985年科技发展规划中,三峡工程就作为重大技术问题列入其中。此后,三峡工程在邓小平、江泽民两代中央领导人的关注下,进行了反复的论证、严格的审查和慎重的决策。 

  1986年,水利电力部成立了三峡工程论证领导小组,水利电力部部长钱正英任组长;副部长陆佑楣任副组长;水电部总工程师、中科院学部委员潘家铮为副组长兼技术总负责人。 

  来自全国各行各业一流水平的412位专家、21位特邀顾问,组成14个专家组,围绕地质地震、水文与防洪、泥沙与航运、电力系统规划、水库淹没与移民等10个专题进行论证。论证结论的主要观点为:三峡工程是难得的具有巨大综合效益的水利枢纽,经济效益是好的,建比不建好,早建比晚建有利。 

  1992年,人民大会堂。第七届全国人大第五次会议上,兴建三峡工程完成立法程序,正式通过决议,进入实施阶段。 

  “以前计划经济年代里,水电建设机制无非是三种方式,建设指挥部制、自营开发制和投资包干制,这些管理机制我都经历过。”李永安说,“在三峡工程建设之初,就全面实行招标投标制、合同管理制、工程监理制,建立和完善了三峡工程的进度、质量、投资控制体系,形成了以市场化为基础的项目管理模式,确保了工程建设的顺利进行。” 

  李文伟,三峡总公司科技与环境保护部副主任。大学毕业时,同学参观了葛洲坝,回来后告诉他,那是多么了不起的工程。当时适逢筹建三峡总公司,李文伟毫不犹豫地选择了献身三峡工程。他也见证了大型水电工程走过的自主创新之路。 

  “十几年来,三峡工程进展顺利出乎我所料。没有一个工程返工,没有一个指标未实现,没有一台机组停下来。这与其研究论证的周密谨慎、实施过程的精细严格密不可分。”李文伟说,“从技术层面上,葛洲坝到三峡,实现了从人拉肩扛的粗放型施工到机械化、精细化施工的转变,特别值得一提的是,我们制定、颁布、实施了符合三峡工程特点并高于国内行业标准、涵盖各施工专业的111个质量标准,并按照标准严格落实。” 

  “计划经济下‘人海战术’、‘群众运动’式的生产方式也一去不复返了。”李文伟如是感慨。 

  “质量是三峡工程的生命。”建设伊始,国务院就成立了由国内权威院士、专家组成的三峡枢纽工程质量检查专家组,每年两次赴现场对三峡工程建设质量进行检查和指导,并定期向国务院三峡工程建委会提出质量检查报告。 

  国内外的坝工界就有一句名言:“无坝不裂”,尤其是大体积混凝土产生裂缝实属平常。李文伟回忆,2000年冬,三峡大坝泄洪坝段曾出现裂缝,虽然是表面或表层裂缝,但仍然引起各方高度重视。根据国内17名知名专家到坝上“会诊”的意见,采取了4道处理措施,做到万无一失,直到专家检查认定已没有隐患。 

  三峡大坝施工采用的混凝土综合温控技术,在葛洲坝经验之上又有创新。李文伟把这个过程比喻成“从粗犷式放养到精细喂养独生子女”的过程。他说,在大坝混凝土施工中,首次使用高效减水剂,优化混凝土配合比,将单位用水量达到世界领先水平;首创混凝土骨料二次风冷技术,创立了一整套大容量、全方位、全过程的混凝土温控综合生产体系。 

  在李文伟看来,三峡工程的建设过程,也是一个不断改进创新的过程,特别是进入第三期建设阶段,技术和管理有了飞跃式的发展,三峡三期工程质量上了新的台阶,结束了国内外坝工界“无坝不裂”的历史。 

  专家组成员潘家铮院士检查三期工程的右岸大坝时,面对没有一条裂缝的500余万立方米大体积混凝土,赞叹“创造了世界水利建设史上的奇迹”。 

  奇迹不止于此。“三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程,也是代表当今世界最高技术水平的创新工程。我们以国家重点工程为依托,着力推进自主创新,创造100多项世界之最。”李永安说。 

  三峡电站单机容量70万千瓦,机组尺寸和容量大,水头变幅宽,设计和制造难度居世界之最。此前,我国只有自主设计制造单机32万千瓦水轮发电机组的能力。从30万千瓦跃升到70万千瓦,至少需要20—30年时间。 

  1996年6月,三峡左岸电站14台70万千瓦机组一次性国际招标采购时,三峡总公司在机组招标文件中明确要求引进关键技术、消化吸收再创新。经过谈判桌上的博弈,哈尔滨电机厂有限责任公司和东方电机股份有限公司作为技术受让方,与三峡总公司紧密配合,参与左岸电站机组的设计与生产,掌握了特大型机组整体设计与制造的核心技术和关键工艺,拥有了水轮机水力设计、定子绕组绝缘、发电机空冷等具有自主知识产权的核心技术。后来由哈电和东电自主设计、制造的右岸电站8台机组,目前已全部投产,运行安全稳定,性能优良,综合指标达到国际先进水平。 

  三峡工程从左岸电站到右岸电站的主要设备,从以国外为主顺利地转变为以国内为主。 

  “实践证明,以三峡工程为依托,通过引进消化吸收再创新,实现大型水轮发电机组国产化的战略是成功的,走出了一条以市场换技术、再以技术占领市场的新路子。”李永安介绍说。 

  从葛洲坝到三峡工程,留下了中国水电技术创新的轨迹。中国水电开发之流,早已开山劈岭,集水成洋,并正汹涌成更为澎湃的高潮。

  1954年的夏天,对于还只有12岁的李永安来说,是一段难忘的记忆:长江发生特大洪水,武汉繁华的中山路可以行船,长江中下游淹没农田318万公顷,死亡3万多人,京汉铁路中断100天。

  李永安长大后不仅与水利打了数十年的交道,还作为三峡总公司领导人,亲自参与、指挥建设了三峡工程。

  童年的梦魇不再。而今,在长江中游,横亘着两座大坝——三峡大坝和葛洲坝,分别龙盘上流,虎踞下游。上万年肆意奔流不羁的长江水在两座大坝的梳理下,从此变得驯服起来。 

  三峡工程主要技术成果 

  三峡总公司科技与环境保护部副主任李文伟介绍,在系统总结和全面吸收国内外大型水电工程成功经验和先进技术的同时,三峡工程建设各方科技人员取得了多项技术创新成果,创造了100多项世界之最。获得国家科技奖励14项,省部级科技进步奖200多项,获得专利数百项,多项成果具有世界领先水平。 

  (一)革命性的混凝土浇筑方案 

  混凝土浇筑方案和配套工艺是大坝混凝土施工的关键。经国内外多次调研、深入论证,决定引进国外最先进的大坝浇筑专用设备——塔带机,确定了以塔带机为主的混凝土浇筑方案。在国外并无多少成熟经验情况下,不断创新,摸索总结出了一整套保证质量的施工工艺。主要有:克服了骨料分离的难点,成功地用塔带机浇筑四级配混凝土;由于塔带机不宜输送砂浆,成功研究出“软着陆”替代方案;对多层水平钢筋网、廊道、模板周围等塔带机浇筑困难的部位,形成一整套成熟工法,在连续三年刷新世界混凝土年浇筑量记录的同时,保证了大坝混凝土质量。 

  (二)创新性的混凝土温控防裂技术 

  大体积混凝土温控防裂是大坝施工的又一重点与难点。由于皮带机运送预冷混凝土时温度回升较大(夏天高温季节时,每运送150米,混凝土温度约回升1℃),更增加了这一问题的难度。三峡工程在这个世界水电工程的老大难问题上取得了突破性进展:首创了混凝土骨料二次风冷技术,盛夏时将拌和楼生产出的混凝土温度控制不超过7℃;并对高标号混凝土进行“个性化”通水冷却,较好地控制了混凝土最高温度;低温季节采用保温性能优良的聚苯乙烯板进行大坝表面的永久保温;创造性地制订出“天气、温度控制、间歇期”三项预警制度,保证了混凝土温控各个环节的质量。 

  (三)设计、制造最先进的70万千瓦水轮发电机组 

  多次组织专家到国内大型电机厂深入了解材料研制及机组设计情况,并推动引进技术吸收。在多方共同努力下,通过采用先进的计算手段,以及大量的模型试验,自主研制成功840兆伏安/70万千瓦级大型水轮发电机组。尤其是哈电研制的首台国产840兆伏安全空冷水轮发电机,成功解决了全空冷机组定子线棒轴向温度分布不易均匀,铁芯与线棒间温差较大,以及定子铁芯热膨胀时可能引起定子叠片翘曲等技术难题。在26台机组安装过程中,积极采用新技术、新方法,不断优化安装施工路线,克服了运行工况十分复杂、机组负荷变化剧烈等技术难关,安装质量一台比一台好,创造了国内大型水轮发电机组的精品工程。 

  (四)高难度的船闸高边坡开挖及支护 

  船闸主体建筑物段长1607米,最大边坡高度达170米。在主体建筑物段形成双陡槽式双侧边坡。在陡槽部位开挖成直立边坡,闸室的边墙为锚固在直立边坡上的混凝土薄衬砌。为有效解决船闸高边坡稳定性难题,集中国内爆破专家的智慧,吸收当今最新开挖爆破技术,严格执行高边坡支护、排水的设计方案,取得了成功。经过长期运行观测,船闸边坡变形控制在远低于设计要求的水平。 

  此外,在两次大江截流中,针对水深、堤头坍塌严重的难题,创造性地采用了深水平抛垫底措施;在围堰防渗施工中,引进了国际最先进的防渗墙设备,结合自行开发的新设备与新工艺,探索出世界领先水平的水下防渗施工技术。 

地址:北京市海淀区车公庄西路22号院A座11层 电话:010--58381747/2515 传真:010--63547632 
中国水力发电工程学会 版权所有 投稿信箱:leidy5378@126.com
京ICP备13015787号-1 

京公网安备 11010802032961号

 技术支持:北京中捷京工科技发展有限公司(010-88516981)