长江水利电力工程（共9篇）
长江水利电力工程 篇1
摘要：目前,国内外水电科技界尚没有一套完整的关于江河流域建成若干水库后,下游的洪水流量削减量的理论,缺乏实践数据,这是一项世界性难题,国内外大学教材也没有此方面的内容。通过40年的研究,笔者认为,长江上游经多年开发以后,中下游已经没有灾害性的洪水。对于长江中下游1 880 km干流的河段,建议开发建设梯级水利工程。
关键词：长江中下游,梯级水利,脱贫
1 概述
长江中下游自湖北省葛洲坝水电站至江口段1 880 km长的江段,水位从44 m高程降至海平面入海,目前从已公开发表的官方文件或个人论著中,都没有发现有关于梯级水利工程规划的相关内容。本文建议:建设3个梯级水利工程,并实施光伏扶贫计划,再配合本文提出的关于全国新旧水电上网电价并轨政策和让水电变成调峰电源的建议,可以让全国几千万贫困人口脱贫。
此江段落差达44 m,多年平均流量为2.88万m3/s。沿江的通江湖泊水面面积相当于20个长江三峡水库水面面积,能把长江的水流年内分配均匀化。经多年以来对国家水文局公布的实测资料数据的观察得出,长江中下游已经没有灾害性洪水的结论。每年冬季,由于没有水库调节流量和控制水位,造成洞庭湖和鄱阳湖的水白白流走,造成1 880 km长的江段水位降至江湖底、沿江供水困难、航运水深不足、生态环境恶化等一系列问题。如果建成本文建议的3项水利工程后,所有的负面影响可基本消除。
2 工程开发的建议
建议建设3项梯级水利工程,分别为江汉水利、湖安江水利和江口水利(如图1、图2、图3所示)。
建成后,实现全长江流域的梯级化开发,进而改变长江流域所有水电站的发电运行方式,改变其功能。实施后,半夜剩电时少发电,白天电力紧张时多发电的措施,取代目前的抽水蓄能电厂,形成全国电网的调峰电厂,成为国家电网中万一出现重大停电事故时的应急电源。
3 开发3项水利工程的关键性条件
从技术角度而言,工程项目确定与否的关键性条件是设计洪水条件。以武汉为例,长江上游已建成了三峡、向家坝、瀑布沟、锦屏、溪落度、二滩、构皮滩等大型梯级水电站,有效调节库容已达到380亿m3以上。近年来从国家水文局公布的实测资料证明:削减洪峰大体上已达到三成以上的水平。当洞庭湖、鄱阳湖等湖群也改造成调节水库后,洪峰又再消减三成左右,基本上能把干流流量年内均匀化。2014年,大通水文站实测洪峰流量为5.4万m3/s,仅相当于多年平均流量的1.9倍,而全国30个大中型水电站水库的洪峰流量为多年平均流量的40倍左右。
4 3项工程开发规划框架
4.1 江汉水利
通过建设湖北省调关镇下游长江改道工程,避开多个弯,裁弯取直入洞庭湖,消除长江最危险的荆江河段地上河洪水威胁,增加行洪能力三成多,沿江两岸布置自流灌溉渠系,可灌溉江汉平原面积达300万hm2。
4.2 湖安江水利
在长江中下游段的九江至安庆段选择一处建设湖安江梯级水利工程。
4.3 江口水利
在江苏省镇江附近建设江口梯形水利工程,降低长江入海口洪水位,减轻长江入海口洪水位对淮河出江行洪河道的洪水顶托,大幅度地提高淮河水系的防洪能力和灌溉规模,形成全长江干流梯级化开发建设,形成水库连接水库的黄金水道和长江沿岸高速发展的现代化经济带。由此形成以3项梯级水利工程为龙头带动全局发展的建设格局。
(1) 3项工程的正常水位都低于历史实测最高洪水位,均低于防洪堤顶高程。水库水面均控制在河床内,形成不出河槽的原河床水库,因此淹没赔偿极少,所带来的负面影响极小,需要论证的内容也很少。原来的防洪堤变成挡水建筑物,建筑物工作性质的改变需要局部加固。
(2) 3项工程都是具有改善生态、灌溉、发电、供水、航运、旅游等多种功能。
(3)长江中下游连同上游已建的梯级水库群,已能把洪水拦截在全流域的众多水库中,中下游已没有灾害性洪水。
(4)由于中游众多通江湖(也叫吞吐湖)的水面面积相当于长江三峡水库水面面积的20倍,建成后3项梯级水利工程由于江水低速流动,自净功能大幅提高,像红水河梯级电站一样,多个电站建成后,河水的含泥量大大减少,河水变清。
(5)目前,由于太阳能发电抽水的成本接近水力发电抽水的成本。因此,若3项工程建成后,长江沿岸多数能实现自流灌溉,少量可以建成众多沿江太阳能抽水提灌,建成巨大的沿江自流灌区配合提灌的综合性灌区。
(6) 3项水电站工程根据电网调度开机,最理想的情况是按照调节电网电力供需矛盾的要求设计,后半夜社会用电量小的时候少发电,3项工程装机容量按估算都可以达到4 800 MW。
(7) 3项工程都是建设规模巨大、工程技术简单的项目,如同治理淮河流域工程,绝大部分为土石方工程,工期短,见效快。
(8) 3项工程都是利远远大于弊的工程。
(9) 3项工程所得利益可让全国8 200万人口脱贫。
(10) 3项工程都是由国家制定创新扶贫政策,由业主主导开发,执行“四谁”政策,即谁投资,谁决策,谁担风险,谁受益,能缩短项目前期工作时间。
5 长江中下游防洪
过去在长江主干流的防洪方面,主要针对中下游最危险的荆江河段设防。三峡电站每年的4个月汛期内,无论有无洪水,均降低30 m水位运行,腾出222亿m3的有效库容来削减洪峰流量,造成每年少发电约280亿kW·h。研究发现:造成荆江河段形成10多m高的地上河的原因是长江水流经湖北省调关镇以后,至洞庭湖出口140 km的江段,江水拐了多个弯,洪水坡降每51 km水位才降1 m (纵坡为1/51 000),太缓。大洪水来时,造成上游荆江段水位抬高,最高高出平原10多米,威胁着江汉平原千百万人的生命财产安全。
当此项具有排涝、发电、航运、供水等综合功能的工程建成后,荆江河段可以消除灾害性洪水。换句话说,当洪峰来时,不会发生洪水冒出防洪堤顶的灾难性事件。
6 工程的负面影响
长江改道段占地0.6万hm2,有少量防洪堤外的小支流无法直接流入长江干流,此时需要抽水(由此存在经常性经费开支);干流防洪堤加固存在一定的难度,城市排污需要先清洁后才能流入长江,需要一定的投资。
7 工程效益
综合上述,3项水利工程的效益体现如下。
(1)可取消全长江流域水电站“汛期限制水位运行”的规定,每年多发电800多亿kW·h以上,相当于目前三峡水电站的发电量。
(2) 3个项目的年发电量可达到480亿kW·h左右。
(3)可取消荆江分洪区,建成都江堰式灌区。
(4)江汉和江苏平原灌区,每年可使粮食增产约2000万t,满足8 200万贫困人口口粮的需要,也为国家粮食安全提供保障。
(5)可让全长江干流所有水电站在后半夜电价低时少发电,白天获得高电价时多发电,变成调峰电厂,取代抽水蓄能电厂,获利翻倍。
(6)满足长江沿岸生产生活用水需要。
(7)鸟类过冬环境得以改善。
(8)改善航运条件,缩短航程。
(9)全国电网的安全性、稳定性、调节功能和应对事故能力将得到大幅度提升。无需再建抽水蓄能电厂(约3 000亿元投资),因此也随之避免1/4电力转换的损失。
(10)为长江经济带和全国经济高速发展提供了关键性的基础性条件。
据测算:长江流域原规划发电量为10 285亿kW.h,若建成3个项目产生的发电量、取消汛限水位增加的发电量、无需再建抽水蓄能电厂而损失的电力转换中1/4的电量,可使发电量增加约1 800亿kW·h,长江流域的总发电量可达到12 085亿kW·h,增幅为17.5%。因此,产生的总体经济效益相当于增加2座三峡水电站的经济效益。
8 资金来源
根据2011年《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》中央1号文件的精神,每年可从土地出让收益中提取10%用于农田水利工程建设。1号文件的第四条第(十一)款“继续实施大江河治理”中特别提出要“搞好黄河下游和长江中下游河势控制,继续推进主要江河整治和堤防建设,加强太湖、洞庭湖、鄱阳湖综合治理……”,本文提出的3个项目完全符合中央文件的精神①。
根据近几年来实际土地出让情况来看,每年的土地出让费高达4万亿元,完全可以满足这3个项目的需要。
9 项目利益分享
3个项目将产生直接和间接效益,数额巨大。资金来源于国家土地出让收益,形成国家投资的局面,因此间接利益由国家获得,而直接利益可全部用于扶贫。
注释
1中央1号文件.中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定[Z].2011.
长江水利电力工程 篇2
长江三峡工程由重庆到湖北宜昌市的巨大水利工程，造福了千万人民，是我国最大，最全面的水利工程，也是世界最大的水利工程。
虽然三峡水利工程给我们带来了巨大的好处，但我们都知道，凡事都是有利有弊的，不可能十全十美。三峡工程也是同样。
我们先来看这项工程带来的好处：首先就是发电。作为世界上最大规模的水电站，它缓解了我国的电力问题。它的年发电量超过了900亿千瓦时。缓和了华中、华东、华南地区电力紧张的问题，也减少了对大气的污染。再来说说三峡工程防洪的功能。它能抵御百年一遇的大洪水，防止了长江两岸发生毁灭性灾害，保证了下游数千万亩耕地和数千万人民的生命及财产安全。曾经在98年就抵抗了一次特大洪灾。
既然是水利工程，那么肯定也针对航运。这项工程从根本上改善了从宜昌到重庆间 600千米的川江航道落差大，水流急，险滩多，通航能力低的问题。使得长江两岸的人民交往畅通，使得长江真正成为了黄金水道。那么接下来就来看弊端：先从小处的说起，当生存环境改变后，长江中甚至长江周边的动植物难免会有不适应。上游水库的储水，水量变多后，对于到上游产卵的鱼就造成了影响。
大家都知道，白鳍豚是我国濒临灭绝的稀有动物，其活动范围主要是在长江沿岸，三峡水利工程的建设，使长江往来的渔船争多。渔船往来平凡，船与鱼相撞的事故也会争多，甚至还导致一些不法船商非法捕捉白鳍豚，这导致了白鳍豚的严重减少。
其次，长江水流速度等的改变也会对周边的天气甚至是气候都会造成影响。而且在堤坝的修建中还积聚很多的泥沙在大坝的周围，水的浑浊，还有中下游的泥沙的减少对环境都产生了负面的影响。对长江三峡周围的生态系统造成了不可弥补的破坏。甚至一些物种也因此灭绝。
三峡工程的建设还造成了众多当地居民移民搬迁的问题，为了建设此工程，差不多113万人口要进行搬迁。国家为了解决这个问题，甚至用掉了大约400亿人民币，搬迁面临的不仅仅是资金上的问题，更要面临移民的精神问题。
这项工程也淹没了一些耕地，甚至也有文物、古代人民在此地生活留下的遗迹。这也是在文化、考古方面不可挽回的，是无比巨大的损失。其实弊害还有很多，诸如：水库蓄水后，水流变缓，江水自净能力下降，面临水质问题；水库造成了血吸虫蔓延；三峡工程造成当地地震次数的增加等等。
长江水利电力工程 篇3
关键词：长江水利委员会,档案馆,数字,模式,信息资源
数字档案馆是我国档案信息化建设的重要目标。长江水利委员会 (以下简称长江委) 在几十年的治江事业中形成了包括流域水行政管理、水文、地质、测绘、流域区域规划、水利工程建设等几十个门类在内的水利专业档案。在“十二五”期间全国水利信息化快速发展的形势下, 加强档案信息资源的开发利用, 统一规划与设计全长江委档案信息化, 建设面向全长江委的服务型数字档案馆[1], 是长江委水利信息化工作的重要任务之一。
1 长江委数字档案馆建设的必要性
长江委档案工作实行“统一领导, 分级管理”的档案管理体制[2], 档案保管采取“长江档案馆 (委级档案馆) 集中保管与委属单位分散保管”相结合的方式。信息化时代, 加强档案信息资源整合, 建设全长江委数字档案馆显得尤为重要, 长江委数字档案馆建设的必要性如下:
1) 是水利工作及水利信息化建设发展的需要。水利档案是开展水利工作的重要依据和基础。传统的实体档案调阅模式效率低下, 不符合用户通过网络快速获取信息的行为习惯[3], 难以满足网络形势下广大水利工作者利用档案信息的需求。特别是在国家抗震救灾、抗洪调度等重大活动中, 时间就是效率和生命, 快速调阅第一手档案信息是水利信息化建设的重要目标。建设数字档案馆, 对全长江委档案数字信息资源进行有序规划与开发, 通过系统应用平台实现数据共享, 为长江委各单位提供技术支撑服务, 可有效满足水利工作快速获取档案信息的需求。
2) 是保护水利实体档案和历史文化的需要。长江委水利档案按形成阶段可分为以下3类:第1类, 解放前, 特别是民国期间形成的各类珍贵档案;第2类, 解放后至1978年改革开放前形成的水利档案;第3类是改革开放至今形成的水利档案。其中, 第1和2类档案保管期限较长, 随着时间的流逝, 很多实体档案已出现不同程度的磨损。建设数字档案馆, 对各类档案进行数字化处理, 可避免实体档案因借阅造成的磨损, 从而延长实体档案寿命, 并且通过开发档案数字信息资源可更好地保护和传承水利历史文化资源。
3) 是提高档案资源共享效率、节省国家财政资金的需要。目前, 长江委部分二级单位在积极推进档案信息化建设, 建设档案综合管理应用平台和各类档案数据库。但是, 各单位档案信息化建设都是各自为政, 档案数据库无法互联互通和共享, 且重复建设现象严重。因此, 建设数字档案馆, 对全长江委档案信息化建设统一规划和设计, 建立统一的档案数据资源共享平台, 可促进各类档案数据资源的共享, 避免重复建设造成的资金浪费。
2 长江委档案信息化建设现状
目前, 长江委档案管理网络体系结构主要分为以下3种:1) 委级档案馆, 即长江档案馆;2) 有档案机构的委属二级单位, 如水文局、长科院、长江设计院等委属二级单位都设有档案室;3) 无档案机构的委属二级单位, 档案一般由本单位行政部门代为保管。因此, 开展档案信息化建设的单位主要为长江档案馆和部分委属二级单位档案室, 其它大部分单位档案管理仍采取手工管理的传统模式。长江委档案信息化建设基本情况如表1所示。
结合表1, 可将长江委档案信息化建设现状概括为以下3种情况:
1) 不统一。虽然长江档案馆、水文局档案室等单位都在加强档案应用环境和数字资源建设, 把建设数字档案馆 (或数字档案室) 作为本级单位档案信息化建设的主要目标, 但由于缺乏整个委级层面的档案信息化建设规划与实施方案, 各单位档案信息化建设都是各自为政, 标准不一, 很难在全长江委实现档案数字资源的交换与共享。
2) 不平衡。受制于各单位对档案信息化重视程度、建设资金等多种因素的影响, 各单位在档案信息化投入方面有较大差异。长江档案馆、水文局、长江设计院、长江科学院等都建设了较为完善的网络应用环境, 并建立了部分档案目录与全文数据库, 但相当部分单位缺乏档案管理系统, 档案管理主要局限于传统的实体档案管理阶段。
3) 程度低。表现在4个方面, a) 档案数字化程度低, 大部分单位只是对馆藏 (或室藏) 档案进行目录建库, 全文数字化只是全部馆藏 (或室藏) 的小部分;b) 档案信息资源不够丰富, 缺乏多媒体、专题等数据信息;c) 电子文件归档程度不够, 除水文局、长江设计院等单位实现了电子文件在线归档外, 大部分单位电子文件都滞留在相应的业务系统中;d) 数据应用程度不高, 都局限在本部门应用, 没有实现跨部门数据交换与共享。
3 长江委数字档案馆建设模式的选择
基于长江委档案管理网络体系结构及各单位档案信息化建设实际情况, 数字档案馆的建设有2种模式可供选择, 如图1所示。
1) 集中式数据库建设模式。由长江委统一数字档案馆建设框架, 统一配置数字档案馆各种应用平台 (包括信息化软硬件基础设施层、数据资源层及应用平台层) , 统一档案数据资源开发内容, 统一数据格式, 统一建设档案数据中心, 统一运行管理。委属各单位按照规划的数据资源建设内容和格式, 逐期开发档案数据资源, 并分别提交档案数据资源至档案数据中心。这种模式的最大优点是能将长江委分散的档案数据资源集中起来, 实现统一管理和利用, 既避免了各单位各自为政建设数字档案馆 (或室) , 又最大程度地促进了档案数字信息资源的共享。但是, 这种模式对长江委统一协调各单位关系的力度要求比较高, 并且从顶层需要巨额建设资金的支持, 是一种理想化的建设模式。
2) 分散式数据库建设模式。采取“集中建设+分散建设”相结合策略, 由长江委建设统一的档案数据共享利用平台, 统一规定档案数据交换格式, 并从委属档案数据库中调度各类档案数据;委属各单位则自行配置档案信息化应用环境, 按照统一的档案数据格式开发档案数字信息资源, 并接受档案数据共享利用平台的数据调度。这种模式的优点是能够兼顾各单位档案信息化建设现状, 但是对档案数据的交互性和各单位应用环境建设有较高要求。
结合长江委各单位档案信息化建设实际情况, 可以把第2种模式作为长江委数字档案馆建设的实际操作方式。该种方式既保证了长江委各单位档案信息化建设的已有成果, 又能统筹规划后续阶段长江委数字档案馆建设的内容及步骤, 并且兼顾了长江委各单位的实际利益, 在实施过程中易于协调各方关系和推动项目进展。
4 长江委数字档案馆建设的内容
按照“总体规划、分步实施、急用先建、缓用后建”建设原则, 长江委各委属单位应在长江委统一安排与部署下, 建设面向全委的档案信息资源可共享的数字档案馆, 以档案数字信息资源、资源开发利用和安全保障等3大体系为核心建设内容[4], 全面提高档案工作为长江委中心工作服务的能力。数字档案馆主要建设内容按结构体系可分为3层。
1) 最底层为档案数字信息安全保障体系。包含以下建设内容:a) 信息化基础设施平台, 即采购与部署档案数字信息采集与管理所需的各类扫描仪、文件服务器、磁盘阵列、数据库管理系统、应用中间件等基础设施;b) 档案数据安全备份, 即建立档案数字信息异地备份中心[5];c) 制订档案目录数据结构、档案全文数据及多媒体数据格式、电子文件归档管理等多个信息化标准规范;d) 制订档案数字信息安全保密管理制度[6]。
2) 中间层为档案数字信息资源体系。包含以下建设内容:a) 电子文件接收与归档中心建设, 对长江委综合办公系统及委属各单位产生的电子文件, 分门别类地接收与管理;b) 建设水利档案目录、全文、全文检索、多媒体与专题等数据库;c) 设计开发水利档案数字档案馆综合管理系统, 对长江委产生的各类电子文件和档案进行分类整理、统计、管理、专业检索等操作。
3) 最顶层为档案数字信息资源开发利用体系。即开发档案数据资源共享利用中心平台, 整合长江委各类档案数字信息资源, 以基于用户身份设定的权限控制为手段, 提供“长江委现行电子文件阅览中心”、“长江委档案目录数据中心”、“长江委原文数据库中心”等多种档案数据的一站式集成应用。
5 长江委数字档案馆建设的有效措施
长江委委属二级单位较多, 各单位档案信息化建设基础不一, 且在市场化环境下各单位的档案利益诉求不一。在全长江委层面建设数字档案馆, 需重点解决以下问题:
1) 加强数字档案馆建设的统一规划与设计。数字档案馆建设是一项复杂的系统工程, 特别是全长江委档案网络体系结构复杂, 各单位利益不一。如何统一规范档案数据格式、建设哪些档案数据库、用户权限怎样配置、项目建设资金怎样分配等, 都需要从委级层面进行统一规划与设计, 并协调各方利益关系, 以保证数字档案馆建设质量。
2) 成立数字档案馆建设机构。该机构可以是虚拟的组织结构, 但必须由3部分组成, a) 数字档案馆建设领导小组, 由长江委及委属二级单位领导组成, 统一协调各种资源的调配;b) 数字档案馆实施小组, 由委属各单位档案机构业务人员组成, 具体负责项目各项建设内容的实施;c) 数字档案馆运行维护小组, 由委属各单位档案机构业务人员组成, 负责数字档案馆各类应用系统的管理与推广应用。
3) 各单位档案业务流程再造。在数字档案馆建设过程中, 技术是保障, 资源是核心, 业务流程规范是关键。因此, 在项目建设过程中, 各单位应重点对本单位档案业务流程进行再造, 建立规范的档案收集、整理、保管与利用业务流程[7], 根据用户权限设置层次清晰的借阅权限, 推广标准化的档案数字信息资源利用方式, 这样才能减少数字档案馆建设的压力, 更好地发挥项目建设的效益。
6 结语
长江委建设数字档案馆, 可以充分发挥档案的利用价值, 通过共享各类档案数据资源为水利中心工作服务。目前, 长江档案馆及委属部分二级单位都在积极申请数字档案馆 (或室) 基建项目基金, 但没有从全长江委层面进行数字档案馆的统一规划与设计。因此, 本论文可为长江委档案信息化工作起到一定的参考借鉴作用, 以期推动全委档案信息资源的优化开发与应用。
参考文献
[1]薛四新.档案馆信息化与档案管理变革——数字记忆之思考[M].北京:机械工业出版社, 2008:151-154.
[2]长江委长江档案馆.长江水利委员会档案管理规定[R].武汉:长江委长江档案馆, 2005:1-2.
[3]邱晓威.数字档案馆建设的需求、条件、实现方法及风险对策[J].档案学研究, 2010 (2) :59-61.
[4]张姬雯.江苏省档案信息化“十二五”发展思路探讨[J].档案与建设, 2011 (9) :16.
[5]李芳芳.档案信息化建设:资源建设、服务建设和安全体系[J].山西档案, 2010 (3) :30.
[6]詹晓琳.识别与应对数字档案馆建设中的风险[J].兰台世界, 2011 (11) :6.
长江水利电力工程 篇4
长江勘测规划设计研究院（简称长江设计院）隶属于水利部长江水利委员会，是从事工程勘察、规划、设计、科研、咨询、建设监理及管理和总承包业务的科技型企业，综合实力一直位于全国勘察设计单位百强前列，首批获得国家工程设计综合甲级资质，是国家商务部指定的援外工程勘察设计委托单位。
长江设计院拥有中国工程院院士2人，全国工程勘察设计大师4人，国家“新世纪百千万人才工程” 1人，水利部“5151人才工程”1人，突出贡献中青年专家2人，享受国务院政府特殊津贴专家65人，教授级高工130余人，高级工程师700余人，各类注册工程师逾千人，各类专业技术人员1900余人。具有工程设计综合甲级、工程勘察综合甲级等10多项高等级资质。单位分布在湖北、湖南、河南、重庆、上海、广东、西藏等7省市区，总部位于武汉。
长江设计院奉行“以科学管理、持续改进，奉献优质产品；用先进技术、诚信服务，超越顾客希望”的质量方针，拥有完善的质量管理体系。
50余年来，长江设计院完成了以长江流域综合规划为代表的大量河流湖泊综合规划和专业规划，承担了以三峡工程、南水北调中线工程为代表的一大批大型水利水电工程勘察设计，足迹遍布国内20多个省、市、自治区和全球20多个国家和地区。同时，在工程总承包、工程建设监理以及病险工程治理、输变电工程、风电工程、交通市政工程、建筑工程、环境工程勘察设计等业务领域取得显著业绩。
长江设计院先后荣获2项国家科技进步特等奖，6项国家科技进步一、二等奖，1项国家技术发明二等奖、6项国家优秀工程勘察设计金奖，共获得省部级以上科技奖励120余项，拥有国家授权专利26项。
长江水利电力工程 篇5
长江三峡水利枢纽是治理和开发长江的关键性骨干工程, 具有防洪、发电、航运等巨大综合效益。
三峡升船机是客货轮和特种船舶的快速过坝通道, 布置在枢纽左岸, 位于双线五级船闸右侧、左岸7#、8#非溢流坝段之间, 由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道等部分组成, 从上游口门至下游口门全线总长约5.00km。与双线五级船闸联合运行, 加大枢纽的航运通过能力和保障枢纽通航的质量[1]。
三峡升船机的过船规模为3 000t级, 最大提升高度113.00m, 上游通航水位变幅30.00m, 下游通航水位变幅11.80m, 具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点, 是目前世界上技术难度和规模最大的升船机。
2 活动桥的布置与组成
2.1 活动桥的布置
三峡升船机活动桥布置在上闸首挡水门槽下游, 为单叶立转桥, 用于连接上闸首航槽两岸的交通, 活动桥为双向单车道公路桥。活动桥等级按照公路II级设计, 桥体结构全长27.30m, 支承跨度22.50m, 桥面宽9.00m, 其中双向单车道宽7.00m, 每边人行道宽1.00m, 支铰跨度为6.00m。
水利工程通航建筑物上的活动桥型式主要以垂直升降式和绕水平轴转动的立转式应用较多, 三峡升船机项目中的活动桥经多方案对比, 最终确定为单叶立转式活动桥, 该方案的特点是桥梁下方不必预留固定的通航净空, 而当需要通航时, 将航道上方的活动桥开启, 让出通航净空以满足通航要求。
三峡升船机过船时, 活动桥绕一端的支铰向上开启约60°, 满足水面以上18.00m净空的通航要求。当坝顶需要交通时, 关闭活动桥, 桥面高程与坝面齐平, 车辆、行人可通过。活动桥布置如图1所示。
2.2 活动桥的组成
活动桥主要由活动桥、固定桥、桥体支铰座、固定支座、平衡重、缓冲装置、液压启闭机及液压泵站、开启位置的锁定装置、电气控制与检测设备和设备埋件等组成。
活动桥的旋转支铰座设在航槽左侧, 固定支座与关桥缓冲装置布置在航槽右侧。为使活动桥闭合时与路面顺利衔接, 在活动桥左侧设置桥宽3.35m的固定桥。铸钢平衡重块悬挂在活动桥体左侧尾部, 以平衡部分桥体自重, 减小启闭力。在固定桥下方为平衡重留有足够空间, 以避免桥体启闭时平衡重摆动而引起的碰撞。桥体由2×1 000k N双吊点液压启闭机操作, 启闭机驱动点设在航槽侧距支铰座4.00m处, 通过油缸伸缩使桥体启、闭。活动桥在开启状态由液压锁定装置锁定, 以承受风荷载和防止桥体自行下落, 锁定装置装设在桥体的尾端。
液压启闭机和锁定装置由液压泵站集中操作, 液压泵站及其电气控制设备布置在闸顶下方的泵房内。
3 设计条件与主要技术参数
三峡升船机活动桥的主要技术特性[2]。见表3-1。
4 活动桥的设计
4.1 设计荷载的选取
根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTG60-2004) 的规定, 公路桥涵设计的作用荷载分永久作用、可变作用和偶然作用三类。结合工程实际条件, 三峡升船机活动桥设计的荷载选取两类, 第一类为永久作用荷载, 第二类为可变作用荷载。由于桥面不考虑后期路面铺设, 所以永久作用荷载选取桥体的自重;可变作用荷载选取的有:车辆荷载、车道荷载、人群荷载、汽车制动力、汽车冲击力以及风荷载。
4.2 桥体结构设计
桥体的主体结构采用实腹式板梁结构, 主梁高度为2.114m。由两根工字型主纵梁、多根工字型主横梁、多根u型小纵梁以及桥面铺板组成。桥体总宽为9.00m, 考虑到两边各预留人行通道, 主纵梁的间距设为6.00m, 同时主梁采用了坡度为1:30的变截面形式, 这样即减轻了桥体的自重, 也使得桥体的结构重心尽量偏向支铰中心, 减小了桥体开启时自重产生的挠曲变形和启闭阻力距。
桥体结构的计算采用了许用应力法, 对主纵梁、主横梁、小纵梁以及桥面板等主要承载构件进行了应力、刚度以及局部稳定的计算和校核。通过计算和分析, 对桥体局部受集中应力的部位进行了结构加强, 如桥体和支铰座连接处, 桥体与油缸连接处以及锁定装置固定处等等。
4.3 桥面铺装的选择
对于活动桥的桥面铺装, 设计时比较了沥青混凝土和花纹钢板两种材料。由于桥体在关闭和开启过程中, 桥面将产生交变应力, 而沥青混凝土没有足够的抗拉强度来适应这种交变应力, 容易导致沥青混凝土破裂和剥落现象, 另外, 铺装沥青混凝土的重量较大, 对桥体的结构稳定不利, 还需要增大活动桥的配重和启闭机容量, 投资成本也较高, 故选用了花纹钢板铺装
4.4 桥体支铰座
桥体支铰座由铰链、铰套、轴承、支铰轴、密封及其附件等组成。由于铰链和铰套的结构比较复杂, 所以采用铸钢件, 材料均为ZG310-570。经过比较和计算, 支铰座的轴承采用的是调心自润滑滑动轴承, 该轴承可以沿径向中心摆动一定的角度, 以适应制造加工和安装过程的误差。支铰轴材料为40Cr。考虑调心自润滑滑动轴承的防尘以及防腐蚀, 在轴承两侧设置了J型橡胶密封圈, 通过密封压盖固定。
4.5 启闭机械和锁定装置设计
启闭活动桥的液压启闭机的布置如图1, 液压泵站布置在坝体预留的泵房内, 油缸的上吊头与主纵梁上的吊耳连接, 下吊头与闸墩上支铰连接, 均采用自润滑关节轴承, 以适应活动桥的制造、安装误差以及运行过程中的变位。通过计算, 液压启闭机的启桥力和闭桥力均选用2x1 000k N。
为使活动桥避免风吹的影响, 在活动桥端部设置了锁定装置。锁定装置采用的是液压油缸驱动锁定销轴的方式。锁定液压油缸的启闭力均为20k N。当活动桥需要开启时, 开启60°后, 液压油缸将锁定销轴推进闸墩上设置的锁定轴套, 当活动桥需要关闭时, 先由液压缸将锁定销轴拉出, 然后完成活动桥的关闭。
4.6 平衡重设计
配置平衡重的主要目的是减小启闭机械的启闭力。平衡重的配置与启闭机械的布置、桥体结构的布置以及车辆通行有密切的关系。理想的设计应该是桥体自重产生的力矩由平衡重完全克服, 启闭机械仅克服摩阻力和风阻力, 由于没有设置桥体关闭时的锁定装置, 同时为了保证车辆荷载在某一特定位置作用下不使桥体反转和颤动, 本工程在设计平衡重时, 按车辆通过时, 活动桥远端支铰的支座反力始终大于5%的桥体自重进行设计。
三峡升船机活动桥的平衡重采用了6块铸钢件, 6块平衡重块通过两根吊杆串联起来, 悬挂于活动桥桥体尾部的吊耳上。为满足平衡重在桥体启闭过程的自由摆动, 吊杆与活动桥尾吊耳的连接采用了类似十字铰的结构形式, 具体结构见图2。
5 设计要点
活动桥不同于普通的固定式桥, 活动桥能否顺利启闭和平稳运行对航道的正常通航起着决定性作用。结合活动桥的组成结构, 在设计过程中应注意以下设计要点:
1固定桥是为活动桥与路面的顺利衔接而设置的, 由于活动桥的端部在固定桥的下面, 活动桥启闭时应注意固定桥的结构不应与活动桥发生干涉。
2活动桥的启闭是通过两套液压油缸进行操作的, 双缸的同步可以通过活动桥本身的刚度来实现。但是为了保证活动桥平稳运行, 设计时双缸的同步应通过液压系统的纠偏回路以及电气同步的措施来实现。
3由于活动桥在开启到一定的角度后, 风力吹向桥体开启的方向时, 油缸可能需要持住力, 因此设计时应考虑相应措施以保证桥体的平稳启闭。
4活动桥的桥体支铰座采用的是调心自润滑滑动轴承, 这样使得桥体在运行过程可能发生整体向一侧偏移的现象, 因此在桥体缓冲装置一端的水工开槽应考虑桥体偏移的情况, 否则将会发生桥体与水工干涉的现象。
5活动桥的平衡重悬挂于桥体端部, 随着桥体的启闭, 平衡重将会产生一定的摆动, 为了防止平衡重的摆动对悬挂装置造成一定的损坏, 设计时应采取可以满足平衡重四个方向摆动的措施。
6由于液压启闭机和锁定装置的液压泵站布置在坝体内的启闭机室内, 设计时应考虑启闭机室的消防、通风、防潮等问题。
7活动桥的布置以及设备选型应从通航要求、荷载标准、运行环境和条件、经济合理性以及制造和安装等方面进行考虑。
6 结束语
三峡升船机活动桥目前已安装调试完成并投入运行, 该活动桥运行平稳可靠、自动化程度高、易于操作, 满足了设计和工程的需要。活动桥的安全平稳运行对航槽两岸的交通起到决定性的作用, 本文结合对三峡升船机活动桥的设计提出了一些设计思路, 希望对航道活动桥的设计提供参考和借鉴。
参考文献
[1]JTG60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].
长江南岸某工程岩土工程特性研究 篇6
1 淤泥质土成因、岩性及分布
该工程位于长江南岸, 为长江古河道, 主河道现已北移, 在北移的过程中由于河道的截湾取直的作用形成了牛轭湖相原始地貌, 但是由于长江水位的变化, 洪水季节使牛轭湖接受长江冲积物;使本区牛轭湖相的岩性含有较多粉砂级颗粒。由于上述原因本层岩性以还原相灰色及灰黑色为主, 偶含腐植物及贝壳, 局部地段有机质富集成为淤泥;本层以淤泥质粉质粘土为主, 洪水期形成的淤泥质粉土呈透镜体状分布;呈软塑-流塑状态, 高含水量, 高压缩性, 中灵敏度, 局部高灵敏度的土。本层厚度范围4m~16m, 一般厚度10m。
2 淤泥质土物理力学性质
在场地勘察中采用室内试验与原位测试相结合的方法进行, 对地基土的特性进行判别, 其中原位测试采用标准贯入原位试验、双桥静力触探、单桥静力触探, 土层物理力学指标推荐值见表2。
3 综合试桩
场地主要建筑物地基拟采用桩基方案, 并进行了Φ800mm旋挖灌注桩、Φ600PHC管桩进行综合试桩。通过综合试桩对本淤泥质土层桩基特性作如下结论。
(1) Φ800mm旋挖灌注桩在本淤泥质土层中存在扩径现象, 其充盈系数可在1.3左右, 成孔检测也表明在本层易造成扩径, 在具体施工时可通过控制泥浆指标和局部地段采用长护筒的措施。
(2) 管桩在本淤泥质土中上部基本自沉, 沉桩极为容易, 但在沉桩过程中要监控桩身垂直度, 并进行调整。在进行的孔隙水压力检测和土体深层位移检测中, 发现土层中超孔隙水压力急剧增长, 挤土效应严重, 增加的超孔隙水压力消散慢, 最大孔隙水压力增量超出上覆土压力的60%, 孔隙水压力在邻近桩打桩后迅速增大到最大值, 在打桩完毕后一周内孔隙水压力消散较快 (其中第一天消散量最大) , 随后消散速度趋于缓慢, 在打桩后30天孔隙水压力消散率均在70%~80%左右。在施工中采取必要的措施 (如在桩间土中插塑料排水板, 埋设孔压计、深层土体位移监测元件等) 消散饱和软土中的超孔隙水压力, 促进桩周土尽快恢复, 避免由于施工快、施工措施不当等造成桩断裂、上拔等问题。基础开挖必须等打桩引起的超孔隙水压力累计增量消散80%以上方可进行, 并尽可能避免由于局部土体失稳, 造成桩顶偏移现象。
4 复合地基试验
由于场地淤泥质土地基承载力无法满足附属构建筑物的要求, 为此进行复合地基试验, 通过勘探取样置备了水泥土试块并不同龄期、不同施工方式的水泥土试块进行了试验, 具体成果见表2。
从表中可以看出: (1) 干法水泥土试块强度明显高于湿法; (2) 由于添加了减水剂使得湿法水泥土试块前期强度增长较快。根据室内试验成果, 水泥土搅拌桩现场试验分为两组四区, 共布桩60根, 每区15根, 固化剂采用425#普通硅酸盐水泥, 掺入比为15%。水泥土搅拌桩桩径600mm, 桩长14m (桩端穿过淤泥质土, 进入下部粉砂层) , 桩间距为1.1m、13m, 湿法外掺剂选用0.2%水泥用量的木质素磺酸钙, 水灰比采用0.54;通过现场试验得出以下结论。
(1) 水泥土桩体桩身完整, 搅拌均匀, 适于在场地复合地基加固中应用。 (2) 从试验成果来看, 深层搅拌桩 (湿法) 与粉喷桩 (干法) 起到很好的加固效果, 而粉喷桩优于深层搅拌桩, 从室内试验、载荷试验、桩身芯样试验等结果来看, 粉喷桩桩身强度明显高于深层搅拌桩, 具有较好的加固效果。 (3) 根据室内水泥土试验和现场试验综合分析。 (4) 施工工艺, 粉喷桩宜采用二次喷浆四次搅拌 (复搅) , 深层搅拌桩宜采用桩身采用二次喷浆四次搅拌 (复搅) , 上面8m采用三次喷浆六次搅拌。为保证水泥与土充分搅拌, 应控制提升速度和搅拌头搅拌速度, 粉喷桩宜保证搅拌头搅拌一周时提升高度不超过16mm, 深搅桩提升速度控制在0.5m/rain以下。此外粉喷桩施工中应采用增加输灰罐压力和放慢搅拌头提升速度的方法来保证全桩体喷粉的均匀性。
5 结语
通过对本厂区淤泥质土全方位的勘探、测试及试验提出了本淤泥质土岩土工程设计所需的各种参数, 从原位测试、综合试桩和复合地基试验成果来看, 对于淤泥质土的岩土参数提出时, 应注意多种手段相结合, 在地基加固试验方案设计实施中针对淤泥质土的特性, 应注意成孔、挤土效应等方面, 为基础设计提供可靠的依据。
参考文献
[1]李俊雄, 孙光明, 魏民.重庆市李子坝滑坡特征及稳定性分析[J].四川建筑科学研究, 1990 (2) .
长江三峡工程的哲学分析 篇7
关键词：三峡工程,工程哲学,长江,水力发电
长江三峡工程是中华民族的百年梦想。从孙中山先生1919年首次提出这个设想, 经过几代中国人的不懈努力, 进行了70多年勘测、试验、规划、论证、设计工作, 到1992年, 全国人大通过了国务院关于兴建长江三峡工程的决议。
三峡工程是开发和治理长江的关键性骨干工程, 具有防洪、发电、航运等巨大的经济和社会效益。工程建设采用“一级开发、一次建成、分期蓄水、连续移民”的建设方案, 分三个阶段施工。首先, 防洪库容221.5亿立方米, 建成后可将防洪标准由现在的约十年一遇提高到百年一遇, 保护江汉平原;其次, 三峡大坝的修建可充分开发水能资源, 利用具有巨大势能的水体建成世界上最大的水电站;此外, 三峡水库建成后, 水深增加, 可拓宽长江上游水面宽度, 从而也使用水和航运条件得以改善。根据三峡工程的功能需求, 枢纽主要建筑物由大坝、电站厂房和通航建筑物三大部分组成。大坝为混凝土重力坝, 可宣泄历史上未出现过但有可能出现的最大洪水。三峡水电站为坝后式厂房, 有26台水轮发电机机组, 可用于发电。位于左岸的双线五级船闸设计年单向通过能力为5000万吨, 是世界上规模最大的内河船闸。
长江三峡工程由于规模巨大, 建造复杂, 一直是存在争议的工程。我们必须以科学审慎的精神、用合理的方法加以分析探索, 揭示其本质, 用哲学中的认识论、辩证法加以思辨, 才能科学利用三峡工程, 取得预期的效果, 实现永续发展。自三峡工程被提出的那一刻起, 三峡工程中的许多问题, 诸如移民、环境等, 就与其相生相伴。至今, 针对三峡工程大的争论已经进行了三次。
“我思故我在”和“我造物故我在”是两句哲学名言, “思”与“造物”是人类不可分割的完整的活动过程。人类在自己生存和发展的环境中不断地实践, 不断地思维, 不停地造物;工程师需遵循“实践—认识—再实践—再认识”的规律, 拓宽自身认知的视阈, 提高自身的认识水平, 揭开自然表象, 合理改变自然界的原貌。同时, 工程与技术有着不可分割的关系。工程师要做到技术理性, 一方面要辩证地看待工程技术的正负效应, 做好工程技术的伦理控制。另一方面, 任何一项工程技术都不能与社会发展进程相割裂, 须与一定的政治体制、历史背景和社会人文相关联。
由初级的思维到高级的思维, 由简单的造物到复杂的工程造物, 永无止境, 这就是人类的本质。没有无思维的造物, 也没有不造物的思维。毛泽东说“:什么是哲学?哲学就是认识论。”那么, 什么是工程哲学?工程哲学可以理解为对工程的认识, 对工程造物的思辨。
1.三峡工程建设与生态和环境
三峡工程建于长江干流著名的长江三峡, 即瞿塘峡、巫峡、西陵峡三大峡谷的河段, 坝址选在西陵峡河段。它形成了长600余公里、平均水深约70米的水库。然而, 巨大的工程也改变了长江原有的状态, 水库淹没了部分土地, 库区居民要搬迁, 库区生物种群的生存环境发生了改变, 长江泥沙运动状态发生了改变。我们必须遵循自然规律, 科学地进行分析, 用哲学的理念进行思辨, 以达到科学精神与人文精神的统一。
首先要弄清楚“什么是生态”“生态的主体是谁”“生态与环境的关系是什么”三大问题。
生态是指生物的生理特征和生活习性在一定的自然环境下生存和发展的状态, 也是指自然界各生物种群间和同种生物群体间生存依赖关系的状态。这一状态在自然界是不停地发生变化的。所谓生态平衡, 是指各种生物生存食物链和各种生存资源的平衡, 生态的平衡是相对的, 不平衡才是绝对的, 唯有这一不平衡, 才产生了时时刻刻向新平衡方向发展的自然推动力, 以期达到新的平衡, 在新的平衡中又孕育着不平衡。如此周而复始, 体现了“自然选择”“适者生存”的生物进化法则, 就是19世纪英国伟大科学家达尔文的进化论主要内容。
当前全球环境恶化, 生物种群减少, 人类意识到自身未来的生存、发展和可持续发展的危机, 注意到为了保护环境, 改善生态, 应付出巨大的努力。这一切都是为了人, 是以人为本的, 决不是脱离开人的所谓要以“自然为本”。人类早已不是生活在原始的纯天然环境中, 而是生活在自然和人工的混合环境中。用动态的眼光看世界, 从来就没有存在过所谓的“原生态”。长江三峡工程的建设正是遵循了自然规律, 改造了不利于人类的生存环境, 改善了以人为本的生态。
2.长江洪水灾害及其对策
长江是中华民族的母亲河之一, 它哺育了中华民族;但是同时因为抬高了河床, 致使中下游河道行洪能力不足, 造成洪水的泛滥, 也给人类带来巨大的自然灾害。造成长江中下游洪水灾害的洪水主要有以下三种类型:全流域型洪水、上游型洪水、中下游型洪水。自古以来, 人类在长期的抗洪斗争中积累了丰富的经验, 在不断的实践中, 认识了洪水的规律和本质, 通过建立防洪工程, 保护自身的安全。
经过漫长的历史时段的科学研究, 人们逐步形成了科学的长江防洪对策, 就是要建立完整的防洪综合体系。长江三峡工程就是长江防洪综合体系中的关键措施, 即在三峡河段的末端 (也是长江上游河段的末端) 兴建有足够容量的水库, 以调节长江的洪水流量, 削减下游河道的洪峰。这可以说是长江最重要的防洪措施。经过认真的科学规划和论证, 专家认为, 三峡水库的防洪作用不可能有其他方案能够替代, 也可以说防洪是三峡工程建设的必要条件。
三峡水库要淹没上游的部分土地, 保护下游的土地, 得与失的关系值得思辨。洪水灾害的本质是人与水争夺陆地面积的矛盾, 如果没有人, 也就不存在洪水灾害, 人的智慧就在于认识到这一点。我们必须给水留有一定的陆地, 做出必要的让步, 保护肥沃的平原, 让出劣质的贫瘠的山谷土地以换取人类生存安全。
3.三峡水库移民安置
修建三峡水库需要动迁113万人, 是一项复杂的社会工程。三峡库区涉及重庆市和湖北省的20个县市, 是18个集中连片贫困地区之一。三峡库区地形陡峭, 没有连片的平地, 可耕土地均为丘陵坡地, 几乎所有的集镇和县城都集中在江边峡谷坡地, 人口密集, 环境容量有限, 外来资金难以进入, 难以跟上全国经济发展的步伐。这一地区最大的优势就是有丰富的水能资源和地处长江的通航要道。三峡工程的建设对于这一地区来讲是唯一的发展机遇。经过十余年的努力, 目前已完成逾百万人的动迁, 库区十几座县城集镇都已焕然一新, 现代化的小城镇已经展现, 居民的生活质量与搬迁前相比有了跨越式的提高。
任何事物都有两面性, 移民也有不尽如人意之处。如居民搬迁以后的生活出路问题, 要靠自身的经济发展才能长治久安。从人类的历史看, 移民常常是社会进步的表现, 移民常常可以成为激活民族、地区进步的力量。移民的性质和类型可以分为自发性和强制性两种, 水库移民虽属于强制性移民, 但这样做的结果为移民创造了有利于其生存发展的条件, 强制性移民在一定条件下可以转化为自觉性移民。移民所造成的生态环境的变化可以向良性方向发展。
4.三峡水库水生物的生态平衡
三峡水库扩大了水域面积, 形成了638平方公里的水面, 水库平均水深70米, 最深处比建坝前增加了113米, 阻隔了原有的河道, 改变了流态, 改变了水温, 汛期大坝泄能使水体溶解气过饱和以及水质恶化等问题都改变了鱼类和其他水生物原有的环境, 使其生存的状态发生了变化。
长江水系有丰富的水生物, 其中水生浮游植物有321种, 非浮游植物有214种, 蜉蝣 (无脊椎) 动物有160余种, 底栖动物有220多种, 与人类关系最密切的鱼类有370余种, 这些水生生物在缓慢变化中形成了一个相对平衡的食物链。三峡水库的建成改变了水生物的生存环境, 一部分水生物会适应新的环境, 甚至会更多地繁殖, 如有些藻类植物和鱼类有了更为广阔的生存空间;另外一部分生物, 尤其是洄游鱼类, 由于被阻断了洄游通道, 原有产卵场所会消失或发生改变, 可能导致种群的减少甚至消亡。为了避免某些鱼类的减少或消亡, 长江三峡工程早在20世纪70年代兴建葛洲坝枢纽时就已经在宜昌设立了中华鲟人工繁殖研究所, 经过人工孵化再将中华鲟投放回长江。
应该看到, 当前长江鱼类种群的逐年递减并不是三峡水库造成的, 主要是捕捞过量、水质污染加重以及航运业的发展对鱼类的生存的干扰所致。这应该引起全社会的重视, 采取综合措施保护鱼类, 这也是为了人类能有一个可持续发展的未来。
长江三峡工程是社会发展和人类智慧共同作用的结果。长江三峡工程是一个经严密科学论证的工程, 规模庞大, 施工周期长。从思想和认识方面看, 它集中而又广泛地反映和凝结了人类在自然科学、社会科学、技术科学、工程科学、工程技术、工程设计、工程管理、工程施工、工程经济和其他许多有关领域的知识和智慧。从哲学上看, 我们承认作为客观存在的自然界和人类社会是可知的。实际上, 工程造物活动就是建立在“可知论”的思想基础之上的。但“可知论”绝不等于“全知论”, 因为我们清醒地认识到, 人类在任何一个时间节点上的认识能力和认识水平都是存在局限性的;不过, 这种局限性是可以随着人类实践的进展而不断突破的, 人类的认识是无穷无尽、无止境的。三峡工程的建设者对三峡工程的认识和实践并没有结束。历史在前进, 人类的认识和实践都在发展。只有在不断的实践中深化和提升人类的认识能力, 人类的工程能力才能不断提升, 工程理念才能不断升华, 工程与自然和社会的关系才能在愈来愈和谐的道路上愈加紧密。
参考文献
[1]殷瑞钰, 汪应洛, 李伯聪.工程哲学[M].北京:高等教育出版社, 2007.
[2]彭宜君.三峡工程引发的伦理论证及其对策研究[D].武汉:武汉理工大学, 2013.
[3]李伯聪.工程哲学引论:我造物故我在[M].郑州:大象出版社, 2002.
[4]陈万求.工程技术伦理研究[M].北京:社会科学文献出版社, 2012.
[5]黄真理.三峡工程中的生物多样性保护[J].生物多样性, 2001, 9 (4) .
[6]何燕生.三峡工程与可持续发展[D].北京:中国社会科学院研究生院, 2002.
[7]陈永柏.三峡工程对长江流域可持续发展的影响[J].长江流域资源与环境, 2004, 13 (2) :112-113.
[8]王儒述.三峡工程的环境影响及对策[J].长江流域资源与环境, 2002, 11 (4) .
长江水利电力工程 篇8
1 旧桥工程概况
德阳市区长江路大桥位于四川省德阳市内,是一座跨越绵远河连接东西两岸市区主干道的城市桥梁。桥梁全长307 m(见图1)。桥跨结构为26.65 m简支梁+54.85 m刚架桥+27.88 m简支梁+90 m中承式提篮拱桥+27.88 m简支梁+54.85 m刚架桥+26.65 m简支梁。桥宽布置为5 m人行道+2.5 m绿化带+18 m车行道+2.5 m绿化带+5 m人行道。设计荷载为汽—20、挂—100,人群荷载4.5 kN/m2(考虑可能在本桥梁上集会的需要———满足人群荷载工况,现行国家法规明确规定不得在桥梁上集会)。主桥为钢筋混凝土中承式提篮拱桥,提篮拱矢跨比为1/2,拱平面倾斜角13°;提篮拱和拱跨横梁及桥道板均按普通钢筋混凝土结构设计;简支梁和刚架桥的主梁均按预弯预应力钢筋混凝土结构进行设计(预弯预应力钢筋混凝土新结构在完成了短期和长期荷载试验并经专家评审后首次应用于该桥梁),桥梁横断面由7片现浇混凝土T形梁构成,T形梁间距为4.5 m,梁高为2 m。该桥于1992年开工建设,1995年竣工投入使用。
2 桥梁主要病害及原因分析
2.1 外观缺陷
1)混凝土脱落、露筋。2)钢筋锈蚀。
2.2 混凝土开裂
根据检测报告,混凝土开裂部位包括:
1)拱桥横梁:梁底有横向分布裂缝,裂缝宽度0.08 mm～0.30 mm,深度约76 mm～110 mm;2)中间简支梁纵梁底板及腹板裂缝较多,裂缝宽度0.12 mm～1.30 mm,深度90 mm～130 mm;3)刚架桥纵梁:底板、腹板裂缝较多,宽度0.10 mm～0.80 mm,深度80 mm～115 mm;4)边跨简支梁纵梁底板及腹板裂缝较多,宽度0.18 mm～1.60 mm,深度95 mm～135 mm。
2.3 桥面排水系统破坏
桥梁排水系统破坏,漏水严重。
2.4 主要病害原因简析
本桥简支梁和刚架桥的主梁均按预弯预应力钢筋混凝土新结构进行设计。预弯预应力钢筋混凝土是对预加载条件下的钢筋混凝土梁后浇受拉边混凝土制成的,并允许由预加载引起钢筋混凝土梁腹板及部分顶板下缘裂缝存在,该新结构通过了短期和长期荷载试验验证并经专家评审后首次应用于该桥梁。桥梁检测单位所发现简支梁和刚架桥主梁腹板及部分顶板下缘的裂缝基本属于桥梁施工阶段由预加载引起的裂缝,且这些裂缝在试验荷载作用下基本无变化;部分简支梁下翼缘的裂缝主要是因为预加载条件下后浇下翼缘混凝土施工难度较大,浇筑质量和混凝土密实性难以保证,导致混凝土后期收缩徐变明显增大,从而部分退化为普通钢筋混凝土结构,然而该区域裂缝宽度均未超过0.3 mm;本次荷载试验还表明桥梁结构各部分的刚度和应力测试值均在正常范围内,静载试验结果表明桥梁结构承载能力满足原设计荷载等级要求,据此初步设计专家论证会的与会专家一致认为本桥表现出的裂缝病害属于耐久性问题。
3 大桥维修处治施工
3.1 大桥维修处治思路
大桥局部缺陷及裂缝处治工程包括耐久性处治(含缺陷修补、裂缝封闭)及局部加固两部分。1)耐久性处治。对宽度小于0.1 mm的裂缝进行封闭处理;对宽度等于0.1 mm～0.3 mm的裂缝用壁可法进行灌缝处治;对宽度大于0.3 mm的裂缝用环氧浆液进行压力灌缝处治;对主拱、主梁、斜腿混凝土局部破损进行钢筋除锈和修补;整治、疏通桥梁排水系统;强化混凝土铺装层顶面的防水处治;更换车行道的沥青铺装面层(原设计厚度为3 cm),维修桥梁伸缩缝装置;对主拱结构露筋、锈蚀等缺陷密集的区域处治后再粘贴玻璃纤维布以保证结构耐久性。2)局部加固处治。对主梁裂缝相对密集区域或裂缝宽度较大的区域进行局部加固处治,一般原则为:主梁下翼缘平均裂缝密度大于1.0条/m的区域、主梁腹板及顶板裂缝宽度大于0.3 mm且相邻裂缝数量大于3条的区域采用粘贴碳纤维布加固处治。
3.2 大桥维修处治工艺
1)混凝土脱落处治。用小号气动冲击锤凿除周围质量较差的混凝土,高压水清洗结合面;结合面干燥后,人工用毛刷涂刷一层改性环氧基液,其厚度应不超过1 mm;涂刷基液后,一般等待30 min～60 min,使基液中的气泡清除;用环氧砂浆填塞凿开区域,然后捣实、抹平;如果混凝土脱落体积较大,可在环氧砂浆中拌和一定比例的洁净碎石。2)裂缝封闭灌浆。裂缝封闭流程如下:裂缝的检查及标注※清缝及裂缝表面处理※粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭※压气实验※灌注混凝土裂缝修补材料※灌注完毕待浆液聚合固化后拆除灌浆嘴※涂混凝土裂缝修补胶封闭。为保证结构耐久性,在主拱局部缺陷密集区域进行维修处治后,再粘贴一层玻璃纤维布;为增强裂缝处治后混凝土的抗裂能力,对该桥纵梁开裂相对严重或受拉区开裂的部位粘贴一层碳纤维布,碳纤维布规格为两种:200 g/m2的碳纤维布用于开裂相对严重的区域;300 g/m2的碳纤维布用于受拉区开裂的部位。粘贴碳纤维布流程:按设计尺寸裁剪碳纤维布施工准备※混凝土表面处理※底层树脂配制并涂刷※找平材料配制并对不平整处修复处理※浸渍树脂或粘贴树脂配制并涂刷※粘贴碳纤维布※表面防护。3)露筋、钢筋锈蚀处治。露筋是指钢筋局部裸露在结构表面。主要是由于保护层混凝土漏振,捣插不实,钢筋密集处粗骨料集中在其外部,混凝土或砂浆分布不匀,钢筋骨架走动,保护层厚度不够等原因造成的。处治流程如下:用小号的气动冲击锤清除不密实混凝土,钢筋下面混凝土至少清除2 cm;高压水清理混凝土表面,用钢丝刷对钢筋除锈;混凝土表面和钢筋干燥后,人工喷涂一层阻锈剂;用环氧砂浆抹平、填色、捣实;如果填补体积较大,可在环氧砂浆中拌和一定比例的洁净碎石。4)桥面铺装及防、排水系统修复。整治、疏通桥梁排水系统;拆除车行道的原3 cm厚沥青铺装面层;对原混凝土铺装层存在的裂缝进行修补;对修补后的混凝土铺装层表面进行严格的防水处治;新铺3 cm厚的橡胶沥青混凝土面层;清除桥梁伸缩缝杂物,并进行维修装置。
4 结语
大桥的维修处治委托了专门的施工监控单位对维修处治施工全过程进行监测和控制,以确保大桥维修处治施工全过程中桥梁结构的安全。经维修处治,桥梁结构的线形和内力最终满足设计要求,桥梁结构各截面均满足设计使用荷载的要求;维修后桥梁在使用荷载下的主梁混凝土裂缝宽度均可控制在0.1 mm以内。
参考文献
[1]谌润水,胡钊芳,帅长斌.公路旧桥加固技术与实例[M].北京:人民交通出版社,2002.
[2]CECS 146∶2003,碳纤维布加固修补混凝土结构技术规程[S].
[3]CECS 25∶90,混凝土加固技术规范[S].
[4]杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社,1989.
[5]周志祥,范亮,吴海军.预应力混凝土桥梁新技术探索与实践[M].北京:人民交通出版社,2005.
长江水利电力工程 篇9
南京长江隧道工程与南京扬子江隧道工程(简称纬三路隧道工程)在很多方面极其类似,在国际同类工程中颇具影响力,是近年南京市政府重大基础设施投资项目,对改善南京市交通状况,尤其是对江北经济发展起到至关重要的作用。
南京长江隧道工程位于南京长江大桥与三桥之间,上距三桥9km,下距大桥10km,连接河西新城区~梅子洲~浦口区。整个工程通道总长约5.853km,按双向6车道快速通道规模建设,设计车速80公里/小时。隧道设计为双管盾构隧道,隧道单线长度3510m,其中盾构段长度为3015m。
选用两台开挖直径14.98m的混合式泥水盾构机同向掘进施工。南京长江隧道工程总投资33亿元,其中盾构隧道双线投资约22亿元。工程从2005年9月开工建设,到2009年8月全线贯通,2010年5月全线通车运营,建设历时近5年。
南京扬子江隧道工程位于南京长江大桥与纬七路南京长江隧道之间,设计方案为双管双层8车道X形隧道,线路全长约7.2km,两条隧道交叉,上下两层共8车道,其中车道宽3.5m,每层高度为4.5m,隧道外径15m,设计时速为全线80公里。隧道N线长度6930m,其中盾构段长度为3537m,隧道S线长度7636m,其中盾构段长度为4135m,选用两台开挖直径14.98m的混合式泥水盾构机同向掘进。扬子江隧道工程总投资52亿元,其中N线投资25亿元,S线投资27亿元,工程从2011年2月正式开工建设。2020年预测交通流量6万辆/日。
2 两项隧道工程的相同点
2.1 盾构基坑设计与施工
纬七路和扬子江隧道工程盾构始发与接收深基坑设计类型与施工工法基本相同:均采用地连墙防护设计,明挖法施工,但是基坑的宽度和深度存在一定的差异。
2.2 盾构隧道设计与施工
纬七路和扬子江隧道工程盾构隧道衬砌设计均采用外径:14.5m,宽2m,厚60cm的C60钢筋混凝土预制管片,管片分块采用“9+1”形式,抗渗等级为S12。
两项工程也均采用开挖直径14.98m级超大复合泥水盾构开挖,但由于两项工程隧道穿越的地质状况不同,则盾构刀盘在设计方面存在一定的差异。
纬七路长江隧道盾构设计刀具总共是233把,其中边缘铲刀6把,先行刀24把,183把正面切刀,有71把切刀可以在常压下更换(见图1)。由于纬七路盾构刀盘设计直径达到14.93m,刀盘的六条腹臂均为空腔,作业人员能从中心人闸进入到这六条腹臂的内腔中在常压下更换其中的71把刀具。
在南京长江隧道工程盾构刀盘设计时,为了能在常压下更换刀具,有六条刀盘腹壁设计为空腔,这样极大占用了刀具布置的空间,造成纬七路长江隧道盾构刀具设计数量偏少,而在实际工程施工中,能在常压下更换的71把切刀所能起到的作用很有限,但是却占用了大量的空间,无法设计更多刀具,这是本工程刀盘设计最失败的地方。
在扬子江隧道工程中盾构刀盘的设计上,采用的是“简化刀盘结构,增加刀具数量和类型,常压换刀的思想”,这是明智的,也可行的,符合实际要求的(见图2)。其中设计先行刀80把,正面滚刀80把,中心滚刀6把,切刀总共448把,其中正面切刀是392把,边缘切刀16把,中心切刀40把。扬子江隧道工程盾构刀具是南京长江隧道工程盾构刀具的3倍,同时刀具磨损采用视频化监控可靠性更高,这是确保工程成败的关键。
3 两项隧道工程的不同点
3.1 隧道设计断面形式的差异
纬七路隧道设计单层单线三车道,而扬子江隧道工程设计单线双层四车道,布局更加合理,有效利用隧道空间,设计更加科学合理,提高了单位时间的交通流量(详见图4)。
3.2 隧道地质条件的差异
南京长江隧道工程穿越的地层分布主要有淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩层(图5);而扬子江隧道工程穿越的地层分布情况有淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、细砂、中粗砾砂、卵砾石、及部分中风化砂岩等地层(图6),从比较中可以看出,扬子江隧道工程穿越的地质条件更复杂,更恶劣,主要是存在700多米强度达到80MPa的中风化砂岩硬岩地层,而且掌子面分布不均,对盾构掘进是很大挑战,尤其是盾构刀盘设计,刀具的要求更高。
4 两项工程施工技术难点分析
4.1 南京长江隧道工程难点分析
南京长江隧道工程具有“大、高、薄、长、险、深”等技术难点。
南京长江隧道工程水位地质条件复杂,盾构机开挖直径达到14.98m,是目前世界上最”大“的复合泥水平衡盾构机之一,盾构机在设计、制造、运输、安装难度都比较大。江中隧道在江底最“深”处达60m,承受的最高水土压力达到6.5kg/cm2,(即相当于65m的水头压力),是目前已建成超大直径盾构水下隧道项目之首,江底掘进风险很大。同时江底盾构覆土厚度超“薄”,江中长150m的冲槽地段,隧道上方覆土厚度不足1倍洞径(约10.8m,仅为开挖直径的0.72倍);隧道进出洞口段上方覆土厚度仅5.5m(约0.37倍开挖直径),对盾构开挖时开挖面稳定和地层沉降控制的技术要求极高。盾构水下一次独头掘进距离“长”达3500m,对刀具抗磨损,抗冲击能力要求高。同时在设计方面,超大直径水下盾构隧道的设计理论和经验在国内几乎是空白,国外经验也不足;施工方面,地质条件异常复杂,工程存在很大的建设风“险”。
4.2 扬子江隧道工程难点分析
除了具有纬七路长江隧道“大、高、薄、长、险、深”之难外。扬子江隧道工程同时还存在“多”、“挤”等施工难点。
南京扬子江隧道工程施工中承受的水土压力“高“达到7.7kg/cm2,(即相当于77m的水头压力),居目前超大直径盾构水下隧道项目之最。隧道最“深”度处到江底77m处,地层存在抗压强度达120MPa硬岩,对盾构掘进存在很大风险。盾构水下一次掘进距离长,地质条件复杂,在掘进过程中刀具更换极为困难,两条双向六车道的四千米长盾构段隧道掘进需一气呵成,对盾构刀具的设计要求极高。同时盾构始发和接收深基坑以及盾构隧道施工工法众“多”。
另外隧道内设计双层4车道结构,盾构掘进时,洞内空间狭小,拥“挤”,管线密布,运输繁忙,而内部结构必须紧跟盾构同步施工,前后上下多工序同时作业,狭小、拥挤的空间多工种施工,管理难度大。
扬子江隧道工程同时与纬七路长江隧道具有盾构超“大”,地质状况“险”恶,隧道穿越的覆土超“薄”等特点。
5 两项工程建设遇到的问题
5.1 南京长江隧道工程建设中出现的问题
南京长江隧道工程在建设中取得很多可喜的成绩,创造了超大直径泥水盾构在复合地层中设计与施工许多科技成果,但是由于建设经验的不足,也出现过诸多问题。
尽管工程前期也做了大量的模拟实验研究,但是因当时可借鉴的同类工程在国内几乎空白,再加之南京长江隧道工程地质比较复杂,在工程建设过程中,对工程水文地质状况的认识不足是从根本上制约纬七路长江隧道顺利贯通的原因,笔者把本工程建设重点暴露的几个问题作了总结。
1)没有充分的认识本工程的水文地质条件的复杂性,在盾构刀具设计上存在一些不足和缺陷,如刀具设计数量偏少,切刀总共为229把,先行刀仅为24把;刀具设计组合类型偏少,如没有安装滚刀,遇到复杂地质状况时,盾构无法适用,工程前期研究远远不够,也与没有同类工程经验有关。这是工程工期延误最关键的因素之一。
2)刀具磨损报警系统的失效,在盾构设计时,技术人员过分依赖刀具磨损报警系统,过分乐观该项不成熟的技术,不去总结分析盾构掘进中出现的问题,其实盾构开挖过程中,刀盘的扭矩是一个重要的判断刀具磨损程度的参数,在同样的地质条件和盾构推力下,当刀具完好时,进尺明显,而扭矩正常,而当刀具磨损严重时,刀盘扭矩异常偏大,盾构几乎无进尺,这是有经验的盾构技术人能判断出来的。因此,在今后工程中,盾构设计人员要加强研究刀具磨损系统的可靠性,可以采用视频化监控刀具的磨损状况;同时盾构施工人员也要加强研究,能通过掘进参数的比较判断刀具的磨损状况是很重要的。
3)没有及早的进行水下带压更换刀具作业模拟训练,培训能在高水压下作业的人员。当盾构刀具磨损严重,甚至刀盘都被损伤时,在常压下处理无法完成,才紧急采取水下带压作业,难度太大,耗时太长,很是失败。
4)施工过程中,盲目追求进度,而忽视对设备的维护和刀具的检查和维护工作,致使盾构刀盘被严重磨损还不为所知,直到盾构无法推进时才采取措施,这是盲目追求进度,未能制定科学合理的进度计划所造成的。如在淤泥质粘地层月进度可以达到400多米,创造了超大直径盾构掘进记录,但是在砂卵石地层盾构是很难达到这个进度的,但是施工人员盲目的推进,不去保护刀具和设备,只能造成严重后果,也给我们一个深刻教训。
5)在盾构掘进过程中,没制定严格的盾构刀具检查管理制度,不能根据实际情况定期和不定期的进行刀具检查,评估刀具磨损情况,针对实际情况制定切实可行的盾构掘进计划。而是盲目的进行施工,直到刀具磨损严重了才去检查,这时刀盘都已经被磨损了,工程管理制度的缺失也是教训之一。
5.2 纬七路长江隧道超浅埋冒顶处理措施
南京长江隧道工程水文地质条件比较复杂,江底浅覆土厚度仅为10.8m,0.7倍洞径,且该处主要为(8)、(9)粉细砂地层,其粘聚力差,盾构掘进中易发生隆馅事故,造成隧道冒顶,一旦发生泥水劈裂,造成江水倒灌,无法建立泥水平衡,危及整个工程建设的安全,在盾构推进中采取以下措施很好的规避冒顶风险的发生。
1)在江底浅覆土地层,通过准确勘探,精确掌握浅覆土厚度是计算盾构泥水压力的关键。
2)盾构推进中,严格控制泥水压力,通过复合式泥水盾构气垫调正,能把泥水压力精确的控制在±0.5bar,这样可以防止盾构开挖面泥水压力偏大,造成覆土上拱;或泥水压力偏小,造成塌方冒顶。
3)除控制泥水压力之外,要严格控制泥水质量,提高泥水的粘度,滤失量等各项指标,防止泥水损失,这也是控制泥水压力的有效措施。
4)要加强盾构同步注浆的浆液质量和数量,即保质保量的及时填充管片壁厚空间,防止盾构推进中浅覆土二次沉陷造成塌方冒顶。
5.3 扬子江隧道工程建设中的问题
南京长江隧道工程的建设经验对扬子江隧道工程有很好的借鉴作用,但是在扬子江隧道建设中依然出现了许多问题,尽管扬子江隧道工程对盾构的设计和施工管理方面做了很多充分的准备,但是在其建设过程出现的问题也值得我们反思。首先表现对工程地质的认识不足,造成盾构刀具设计不合理以及刀具配置无法适用超大断面隧道上软下硬地层的耐磨要求,致使刀具磨损严重,开挖速度慢,延误了工程工期。同时由于水压力大,盾构刀具带压作业尽管前期做了很多准备,但是工程技术人对实际情况的预判还有较大差别,造成盾构刀具更换缓慢,同时也延误了工期。
6 结语
南京长江隧道工程与南京扬子江隧道工程在地下工程领域内均为世界级难度的工程,本文对其施工技术特点尤其是盾构隧道施工技术的对比,无论是对国内甚至国际同类工程的建设都有一定的参考价值,其中南京长江隧道工程的建设取得了多项科研成果和国家专利,为中国水下工程在复合地层条件下建设积累了宝贵的经验。
在扬子江隧道工程建设中,因为汲取了南京长江隧工程建设成功的地方,也总结了其中失败之处,深入研究扬子江隧道工程技术难题,为该工程的顺利贯通奠定坚实的基础,两项超大直径盾构设计与施工取得的宝贵经验为国内以及国际同类工程的建设提供有益的参考。
摘要：通过对同类工程对比分析的方法,以南京长江隧道和杨子江隧道工程实例为基础,指出在高水压、超浅埋、长距离、高强度的卵石地层修建超大直径盾构隧道应掌握的关键技术。尤其是在恶劣的复合地质条件下,如何考虑设计盾构开挖刀具,延长盾构刀具的使用寿命,以及重视工程水文地质的研究并针对性的部署应对措施是大直径穿江盾构隧道工程成败的关键,寄希望能对国内外同类工程建设发挥一定的建设性作用。
关键词：长江隧道,扬子江隧道,技术对比
参考文献
[1]黄德中.超大直径土压平衡盾构施工土体改良试验研究[J]现代隧道技术,2011,V48(4):65-71HUANG De Zhong.Research of Soil Improvement during Super Large Diameter Earth Pressure Balanced Shield[J],2011,V48(4):65-71
[2]周文波超大直径土压平衡盾构在中心城区公路隧道中的应用技术探讨[J]现代隧道技术,2013,V50(3):1-7ZHOU Wen Bo.Discussion of the Application of ExtraLarge Diameter EPB Shields to Road Tunnels in Central Urban Areas[J],2013,V50(3):1-7
[3]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社,1997Shi Zhonheng.Design and construction of underground railways[m].Xian:Shanxi science and technology press,1997
[4]张民庆何志军游旭等.铁路隧道底部混凝土质量评定的研究与应用[J].铁道工程学报.2015,NO.9:85-91
[5]竺维彬,王晖,鞠世健.复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策[J].现代隧道技术,2006,43(4):72-76.Zhu Weibin,Wang Hui,Ju Shijian.Analysis of disc cutter of shields in composite ground and counter measures[J].Modern Tunneling Technology,2006.
[6]赵明高水压盾构隧道管片接缝防水可靠性试验研究[J].现代隧道技术,2013,V50(3):87-93ZHAO-Ming.Experimental Study on the Reliability of Shield Tunnel Segment Joints to Remain Watertight Under High Water Pressure[J],2013,V50(3):87-93
[7]骆汉宾宫培松胡其虎等.地铁设计管理系统的研究与应用[J].铁道工程学报.2013,NO.9:85-91LUO Han-bin GONG Pei-song HU Qi-hui.A study and application on management system of metro design[J]Journal of railway engineering society.2013,NO.9(ser.180):85-91
[8]王良.盾构法施工在北京地铁5号线的应用[J].都市快轨交通,2004,17(5).Wang Liang.Shield method construction in Beijing Metro Line 5 line of the application[J].Urban rapid rail transit,2004,17(5).
[9]杨红军,徐军哲.盾构施工工程技术人员应具备的能力[J]现代隧道技术,2011,V48(4):55-58YANG Hong Jun,Xu Jun Zhe.Qualification of Technicians for Shield Tunneling[J],2011,V48(4):55-58