极简科学课丨三峡工程如何突破技术难题？

中央纪委国家监委网站 于露

近日，水利部、国家发展改革委向社会公布，三峡工程日前完成整体竣工验收全部程序。根据验收结论，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。

从1994年12月14日举行开工典礼，到2009年三峡工程全部完建，涵盖枢纽工程、移民工程和输变电工程三大工程的三峡工程是迄今为止世界上规模最大的水利枢纽工程和综合效益最广泛的水电工程，同样也是世界施工难度最大的水利工程。

面对工程建设中一系列前所未有的世界级难题，建设者们是如何自主创新、攻坚克难的？上完这一堂极简科学课，相信你一定会有所了解。

“夏吃冰棍、冬穿棉袄”，造就三峡右岸“无裂缝大坝”的世界奇迹

2006年5月，三峡大坝全线达到坝顶185米设计高程

“夏吃冰棍、冬穿棉袄”，对我们来说是正常“操作”，可是你知道吗，三峡大坝的混凝土也享有这样的“待遇”。正是这样细致周到的呵护，才造就了三峡右岸“无裂缝大坝”的奇迹。

在国内外水利水电工程建设中，历来有混凝土大坝“无坝不裂”之说。这是由于大体积混凝土在凝固过程中会产生热量，导致大坝内部温度升高。当外界环境温度较低时，大坝内外部的温度差形成的拉力会破坏混凝土，产生温度裂缝。

三峡大坝是三峡工程最核心的建筑物，属于混凝土重力坝，混凝土工程量很大。“三峡工程是优质工程，建设者们创造了奇迹——大坝右岸连发丝般的裂缝都没有，二期浅层温度裂缝经技术修补处理也没有留下隐患。”中国两院院士、负责三峡工程验收的专家组组长潘家铮如是说。

三峡大坝施工中研发出的综合混凝土温控生产体系和施工工艺，形象地被人们比喻为“夏吃冰棍、冬穿棉袄”。

夏季混凝土温控三部曲

冬季混凝土保温措施

“夏吃冰棍”指的是夏季（25摄氏度以上的高温季节）拌和混凝土时加入冰屑，配合负温风冷骨料（用零下10摄氏度以上的冷风对骨料进行冷却）等措施，拌和出7摄氏度低温混凝土，从而减少混凝土内部温度与外界环境温度差，避免产生温度裂缝。其实，夏季施工的混凝土不光吃冰棍，还会“坐”上皮带机，在遮阳棚的保护下被运往浇筑现场。

“冬穿棉袄”指的是冬季（5摄氏度以下的低温季节）来临之前，给一年以内的拆除模板的坝段，在混凝土表面覆盖保温被、泡沫塑料板等保温材料，防止混凝土表面因为外界环境温度骤降产生温度裂缝。一到冬季，符合条件的坝段“穿”上色彩鲜艳的保温服，为色彩单调的冬季增加了靓丽的景色。

“三围长江、两改江流”，终使“截断巫山云雨，高峡出平湖”成为现实

1997年11月8日，三峡工程大江截流实景

三峡大坝是在江水中建起来的吗？大坝横亘于长江之中，说它是在水里建起来的，当然不错。但是实际上，为了保证大坝混凝土浇筑质量，修建大坝一般需先用“围堰”（临时挡水的坝）把将要建大坝的位置全部或部分围起来形成“基坑”，同时让江水“改道”，流向预先建好的泄水通道，这一过程在水利水电行业中称之为“施工导流”。

为了统筹解决好大坝施工导流过程中的江水宣泄、通航等关系，一般需进行施工导流方案选择和规划。考虑到长江作为我国水运交通动脉施工期间不能断航，以及三峡大坝坝址的自然条件等因素，经过多种技术方案比较，三峡工程施工导流采用“三期导流、明渠通航”的施工方案，在整个建设过程中“三围长江、两改江流”。

负责1997年的大江截流和2002年的导流明渠截流的，是三峡工程的工程设计总工程师、中国工程院院士郑守仁。郑守仁说，这是“一生最大的挑战，也是最大的荣耀”。

1997年的大江截流，是在葛洲坝工程形成的水库中实施的，水深达60多米，超出一般的特大型工程截流水深的两三倍，江底还有20多米的松软淤沙。导流明渠截流流量大、落差高，龙口合龙单宽能量世界第一，江底为人工开挖修整形成，平整光滑，截流难度可想而知。

面对困难，郑守仁集中群体智慧，首创“人造江底，深水变浅”预平抛垫底方案，在正式截流前一个枯水季，用石渣料将大江截流龙口深槽河段的最大水深先垫至水深40米以内，把截流江段江底的淤沙“压住”，这样既可以确保安全施工，又降低了截流合龙时的抛投强度。导流明渠截流前，他花了两年时间，通过水工模型反复试验和比较研究，提出“双戗截流、分担高水头落差”的良方。

三峡枢纽工程三期导流和两次截流，其规模、难度和复杂程度堪称世界之最。三期导流的顺利实施，确保了施工期长江航运通畅，使三峡大坝顺利建成、横贯长江，让“截断巫山云雨，高峡出平湖”的愿望变成现实。

“切豆腐、纳鞋底”，从花岗岩山体中整体开挖出世界上最大的双线五级船闸

2011年，三峡双线五级船闸年通过量首次突破1亿吨

一提到三峡枢纽工程，很多人脑海中都会浮现出宏伟壮观的三峡船闸，还有借助船闸“爬楼梯”过坝的大小船舶。

三峡船闸的全名是“三峡工程双线五级连续梯级船闸”，也被称为“三峡工程双线五级永久船闸”，是目前世界上级数最多、上下游水位落差最大、输水系统承担的水头（能量单位，指单位重量的液体所具有的机械能）最大的内河船闸。永久船闸共有24扇人字闸门，其外形与重量均为世界之最，号称“天下第一门”。

五线船闸全长6.4公里、宽300米，堪称是从坚硬的花岗岩山体中整体开挖出来的一条“人工运河”。由于船闸上下游水位落差达113米，它的直立边坡最高达175米。如何控制高边坡岸体内容易发生的断裂、潜流、渗水及风化等地质活动，使船闸避免出现失衡滑坡的危险，是水利施工中公认的一道世界难题。

据当时的新闻报道，担负主要施工任务的原武警水电部队工程技术人员与我国水电专家一道共同努力，先后运用100多项新技术、新材料、新工艺和声光、电子、化工、冶金、液压传动、材料力学等10多个学科知识，成功解决了船闸施工中遇到的各种难题。

梳理记载原武警水电部队施工过程的相关资料，其中有两个比喻让记者印象深刻。一个是关于开挖边坡的：他们采用光面爆破和预裂爆破等控制爆破技术，“像刀切豆腐一般”从坚硬的花岗岩山体中开挖出直立高边坡。据测算，如果将船闸开挖完成的土石方垒成截面１平方米的石墙，可以绕地球赤道一周。另一个比喻是关于高边坡加固的：他们对高边坡实施锚固锁定方案，在岩体中“像纳鞋底一样”，打入10万根高强锚杆和数千根锚索，将直立墙和两侧的高边坡密密匝匝地“缝”成铜墙铁壁。

此外，他们还在边坡内修建了14条排水洞，解决了高边坡岩体渗水问题。相关监测结果表明，永久船闸高边坡十分稳定，变形值有效控制在设计允许的范围内。

无数的科技工作者挥洒心血和汗水、充分发挥聪明才智，创造性地将各种先进技术进行集成整合和交叉融合，解决了三峡工程建设中的一系列难题。放眼世界，从海洋深处到茫茫宇宙，人类改造自然的努力从未止步，对于未来，我们不妨有更多期待……

（本文图片及部分资料由中国长江三峡集团有限公司提供）