萬里長江第一壩——葛洲壩水利樞紐第一節工程概況葛洲壩水利樞紐工程位于長江三峽出口，西陵峽末段，湖北省宜昌市三峽出口南津關下游約3公里葛洲壩水利樞紐工程是三峽工程的反調節水庫和航運梯級，是三峽水利樞紐的組成部分。它的主要任務是：消除三峽電站日調節時下游不穩定流在壩址以下到南津關三峽出口約40公里葛洲壩水利樞紐工程正常蓄水位66.00m，水庫總庫容15.8億立方米，三峽工程建成后，為三峽工程的反調節水庫。總裝機容量271.5萬千瓦，年發電量157億千瓦時；船閘單向年通過能力5000萬噸。葛洲壩水利樞紐主要工程量為：土石方開挖5799萬立方米，土石方填筑3088萬立方米，混凝土1042萬立方米，鋼筋18.17萬噸，金屬結構7.29萬噸。工程總投資48.48億元。從1958年開始勘測設計、1970年12月開工到1991年11月二期工程通過國家驗收，幾代水利人歷經35年的研究、20余年的建設，舉世矚目的葛洲壩水利樞紐終于雄立于長江之上，開始發揮巨大的效益。自第一臺機組投產到2009年底累計發電3915.34億千瓦時。20世紀末，葛洲壩電站的容量和年發電量分別約占華中電網總容量和總發電量的1/9，對華中電網特別是湖北省國民經濟與社會發展起到了很大的促進作用。從1987年開始夜航，結束了川江自古以來不能夜航的歷史，僅2008年，葛洲壩船閘通過的貨運量就達5636萬噸。葛洲壩水利樞紐以一流的設計和一流的質量，得到了國家有關部門的高度評價。大江截流、二江工程、大江工程和整個工程的設計先后獲得國家優秀設計獎、金質獎、特等獎；大江截流工程被評為優質工程；二、三江工程和水電機組榮獲首屆國家科技進步特等獎。葛洲壩工程的成功興建，是設計、科研、施工和設備制造、安裝等單位廣大水電工作者智慧與汗水的結晶，為三峽工程的建設管理積累了寶貴的經驗，也將我國水利水電工程技術水平推上了新的高度。第二節建設情況葛洲壩工程于1970年12月26日經中發〔1970〕78號文批準興建，1970年12月30日開工，因一些重大技術問題未得到妥善解決，1972年11月國務院決定主體工程暫停施工并修改設計，周恩來總理決定組建工程技術委員會全面領導工程技術問題的研究、審定工作，技術委員會由林一山同志任主任，并指定長江流域規劃辦公室負責勘探、科研、規劃設計工作。1974年國務院批準修改初步設計，于同年10月恢復全面施工，由葛洲壩工程局負責施工。在全國各方的支持下，在設計施工雙方的努力下，工程比計劃提前一年于1981年1月4日大江截流成功，同年6—7月一期工程提前一年通航發電。從開工算起10年7個月，扣除停工兩年，實際通航發電工期8年二期工程施工從1981年下半年開始，1986年6月大江電站第一臺機組并網發電，發電工期5年，并實現了當年安裝5臺機組的目標，1987年又安裝投產6臺機組，創造了國內裝機臺數、裝機容量和單機安裝工期的高速度，比批準的二期工程工期又提前一年于1988年基本完成。大江電廠的啟動驗收結論是：“設計是合理的，土建及安裝質量優良，主要設備制造質量優良，具有一定先進水平”。第三節綜合解決復雜技術問題的經驗一、建設葛洲壩工程面臨的難題建設葛洲壩水利樞紐的困難，主要是其規模大，技術復雜，綜合性強，一些卡關的問題，都具有綜合的、跨專業甚至跨學科的性質。（一）復雜的自然條件由于與三峽工程連接的要求和地形、淹沒條件的限制，葛洲壩壩址只能在南津關出口以下宜昌市以上的河段內選擇，壩址位置不可避免地處在具有急彎、江面急劇展寬、河床急劇起伏、天然水流及泥沙十分紊亂的河段；建筑物大部分要坐落在軟弱巖石基礎上，這些巖石抗風化、抗沖刷的能力差，還存在不利于建筑物穩定的泥化夾層。如何保證在樞紐建成后，實現安全順利通航，安全宣泄長江的巨大洪水和泥沙，電站安全運行發電，這些都是當年葛洲壩建設者們面臨的難題。（二）巨大的規模和高標準的要求——由于長江來水來沙量大，年平均過壩水量4500億立方米，來沙總量5.26億噸，要求建筑物有宣泄110000立方米——為了適應長江航運發展需要，規劃要求設3條船閘，大的船閘一次能通過1.2萬噸的船隊。——電站初期單獨運行，以后與三峽電站聯合運行，為了充分利用水能，規劃裝機在250萬～300萬千瓦合適。——施工過程中要在5200～7300立方米每秒的流量下截流，還要利用二期圍堰擋水提前發電。這些規模，超過了國內任何水利水電樞紐工程，某些項目還超過了國外的水平。如單孔12米寬的平底泄水閘，單寬流量高達1770立方米每秒；電站采用單機容量達12.5萬～17萬千瓦的低水頭水輪發電機組，而當時國內同類型機組制造水平只有6萬千瓦；單級船閘水頭差27米、寬達34.0米，而當時剛建成的多瑙河鐵門樞紐每級水頭僅為17.0二、幾個關鍵問題的解決辦法首次運用了河勢概念，將建筑物及其上下游的河段作為整體考察，作好有利于通航、泄洪、排沙的河勢規劃。抓住了水流泥沙運動這一規律，根據建壩后壩區主流變化的特點，首先將主要的泄水（泄洪）閘，對準建壩后的主流位置，以順利泄洪、排沙。船閘位置經反復研究，認識到進出船閘的船隊速度慢，只有在靜水條件下才能對準閘門緩緩進出于閘室，而航道內沉積的泥沙，只有通過放水，在固定的過水斷面內，形成大流量大流速的條件，才能將泥沙沖走。從而總結出“靜水通航，動水拉沙”的基本途徑。沿長江的左右兩側，修建兩條獨立于主河槽的人工航道，中間布置船閘和沖沙閘，航道靠河內一側設“防淤堤”。泄水閘和船部署位置定下來以后，電廠就只能是在泄水閘、船閘之間布置了。為了防止因電站引水而帶來的一些卵石、粗砂過機磨損水輪機葉片等部件問題，通過一系列的研究，采用了導沙、攔沙和底孔排沙等工程措施予以解決。上述樞紐布置，使建壩后的主流正對著葛洲壩方向，為了集中在主流方向布置更多的泄水閘孔，而將葛洲壩挖除。可以說，運用河勢規劃理論，使設計工作擺脫了困境，樞紐布置合理，從而有可能全面滿足泄洪、排沙、通航和發電要求，而為各個專業部門所認同。28年運行實踐證明，樞紐運行完全符合設計要求，維護整理工作也均在正常范圍以內。經采用深挖大齒槽、利用閘后巖石體的抗力，局部打錨固樁等綜合措施，解決了在軟弱巖基上筑壩的穩定問題；采用一級長消力池的排水護坦，并在其后設加糙墩，打垂直混凝土防淘墻以及設塊石、混凝土四面體防沖槽等綜合措施，較圓滿地解決了大流量的消能防沖以及排沙問題；將27孔閘下游設2道隔墻分成3個區，以及采用上平板下弧形的雙扉閘門，可以分區單獨和聯合開啟運用，就一孔而言也可局部或全部開啟，為閘底板和消力池護坦的檢修和泄水閘的靈活調度運用創造了條件。經采用高標號大壩水泥，低水灰比，優質骨料，制成400號高強度混凝土，澆于閘室底板、護坦等部位的表層（層厚0.4米運行以來大量的監測資料表明，二江泄水閘以及電站、通航建筑物的基礎變形、外部變形均未超過設計允許值，而且二者的變形規律一致。其他如建筑物底部揚壓力、滲水量、閘門結構受力條件，水封止水效能等從常年觀測資料的反饋信息證實，均在設計允許值以下。二江泄水閘閘底板及護坦表面磨損較輕，止水良好無損。第三，船閘通航技術除了采用“靜水通航，動水沖沙”這一基本措施外，還需解決上游水流條件復雜，流量稍大時出現泡漩、剪刀水有礙航行，以及控制船隊進出口門的縱向、橫向流速等通航水力學問題；船閘建筑物本身要滿足在短時間內閘室灌滿泄空水體時保證閘室內水面平穩的灌泄水技術，和充泄水閥門抗空蝕、抗震等高水頭船閘水力學問題；以及超大型的船閘人字門結構及啟閉技術等。從模型試驗和自航船模的試驗驗證，找到了消減泡漩、剪刀水的關鍵在于南津關航道整治，經將航道口門段以上的岸線挖直平順后，60000立方米每秒流量的泡漩強度減弱到相當于200002號船閘采用左右兩條輸水主廊道，閘室底板上布置三區段縱向、橫向支廊道的輸泄水系統方式。運行實踐，2號船閘一次充水、泄水量達28.6萬立方米，可在12船閘人字門單扇門頁寬19.70米，高34.0米，承受的水壓力1萬噸，是當時世界上最大的人字閘門，人字門需要的啟閉力和啟閉機都是世界上最大的。通過研究和試驗，解決了結構強度，閘門啟閉時門葉剛度和加工制造安裝等問題；通過研究，得出了船閘人字門的外阻力曲線和齒輪傳動的四連桿啟閉機的能力曲線互相適應的結論。使啟閉機的設計、制造有了可靠的依據。根據28年的統計資料，船閘運行已10多萬閘次，除在通航初期發生過一些一般事故外，隨著各項設備的進一步調試、缺陷的改進和管理運行水平的提高，1984年以后達到了正常通航要求，而且超過了設計規定的通航保證率。28年來運行情況表明，每年汛后，三江引航道進行2～3次沖沙，每次沖沙歷時7～10小時，可以利用宜昌港到、發船間隙時段進行，基本做到了不斷航，輔以少量機械清淤，維護了航道暢通，動水沖沙的效果良好。第四，電站廠房的關鍵技術，主要是立足國內自制低水頭大容量的機組和電站引水防沙問題。首次研制成功單機容量17萬千瓦的機組，轉輪直徑達11.3米，4個葉片，幾經試驗，最后采用不銹鋼葉片，開創我國水輪機葉片用不銹鋼材料的先河，制成2臺安裝在二江電站。當時制造廠家認為這種機組的安全運行水頭只能保證到23米，但葛洲壩電站在單獨運行期間最大水頭為27米，為此，又研究制造了12.5萬千瓦的機組，轉輪直徑10.5米，5為防止廠前淤積和粗砂過機，通過類似情況已運行電站的原型觀測和多種模型試驗，采用先導后排的措施，28年來機組運行的實踐表明，電站引水防沙無異常情況，機組葉片磨損程度輕微。第五，實現勝利截流，安全導流，是施工的關鍵問題。高達5200～7300立方米每秒的截流流量和高達86000立方米每秒的導流流量，必須有足夠大的過水出路，并不致太多壅高上游水位，以免惡化本已很困難的截流條件和大流量導流時危及工程安全。這是一個與樞紐布置密切聯系的問題，也是制約樞紐布置的重要因素。按河勢規劃要求，挖除葛洲壩島，增加二江泄水閘孔數后，創造了綜合解決適應主流、滿足泄洪、排沙，減輕導截流困難的條件。圍堰建成的當年（1981年7月），工程經受了72000立方米每秒大洪水的考驗，一期工程和大江圍堰均安全無恙，實現了大江圍堰連續施工中，不斷創造的高強度施工技術，將我國水利水電工程的施工水平，推上了一個新的高度。土石方的開挖、運輸和填筑，混凝土砂石系統、拌和制冷系統和運輸起重澆搗系統，均實現了綜合機械化一條龍作業。土石方開挖量達900萬立方米，混凝土年澆筑量達202.9萬立方米，金屬結構年安裝量達2萬多噸，水輪發電機組達到一年安裝6臺。這些指標至今仍屬全國首位。此外，還創造、推廣了不少新技術，如溫度控制實現了出機口混凝土的溫度達到7℃的“七度工程第六，在運行方面本著嚴格、細致的精神和態度，掌握了規律，積累了經驗，使葛洲壩工程技術水平進一步得到提高，實現安全發供電，船閘全年正常通航。這些成就，說明我國在水利水電建設中的科研、勘測、設計、施工、制造、安裝、運行管理各方面都躍上了一個新水平，確實為三峽工程的建設積累了寶貴的經驗，也表明我國的水利水電建設者們有能力依靠自己的力量和智慧，結合工程實際，吸取國外有益的科技成就，進一步治理開發好長江。三、水庫移民安置的新經驗我國人多地少，水庫淹沒帶來了移民安置問題。由于過去在水利建設中存在重工程輕移民的傾向，一般用經濟賠償損失的概念處理，帶來了移民生產生活中不少遺留問題，各級政府都感到頭痛難辦，移民問題已成為制約水資源綜合利用的攔路虎。葛洲壩工程在處理移民問題上，雖然移民的數量不大，但吸取了丹江口水庫等移民中的經驗教訓，比較自覺地把移民工作當作工程建設中的大事來抓。幾次進行現場調查，作出安置規劃，按解決移民生產生活的實際需要，實事求是地估列了移民投資。安置方針采用部分外遷和部分就近后靠兩種辦法。對安置區的建設作出了全面安排，包括銀盤湖區圍墾開發的基礎設施、技術培訓，以及生活方面的口糧、燒煤、飲用水、用電、醫療、學校、交通等問題，都列有必要的經費，按計劃使用。由于生產生活條件較原來改善，外遷移民定居較穩定。就地后靠安置占庫區移民的大多數，同樣采取對移民生產、生活全面負責的精神。創新的提出“開發性移民”方針,利用移民投資，發動后靠移民改造荒山荒坡、興建供水工程、興建交通道路等。葛洲壩移民安置成功的實踐證明，被視為畏途的移民問題，只要講清局部與整體的關系、小利服從大利的道理，制定合理的經濟政策，對庫區群眾的生產和生活，以負責到底的精神，認真安排、細致組織，是完全可以做到妥善安置，得到廣大移民的擁護的。四、搞好工程建設的同時，做好生態與環境保護工作從工程規劃開始，就將興修水利要“三救”（救船、救魚、救木）擺在很重要的研究位置。不但解決好了壩區上下游范圍的順利通航問題，還研究解決了庫區回水變動區溪口灘與庫尾臭鹽磧灘因泥沙淤積可能造成的礙航問題。這方面研究成果和積累的技術，也是大大提高我國泥沙研究水平的組成部分。重視文物的保護和利用，由國家投資將屈原廟移遷到長江邊，并擴大了規模，保護重修了黃陵廟，并將受淹的三斗坪鎮遷到黃陵廟附近。通過河流模型試驗，在不影響水流泥沙淤積的條件下，利用葛洲壩工程開挖的棄渣沿宜昌市岸邊堆出面積30多萬平方米的灘地，現已開辟為一個大型宜昌外灘公園。此外，大壩建筑物十分重視建筑藝術設計。這許多措施的實施，大大地改善了庫區、壩區和宜昌市的環境，增添了不少旅游景點，吸引著日益增多的游客。第四節關鍵技術對三峽工程中的作用如上所述，葛洲壩工程成功地解決了一系列復雜的科學技術難題，積累了多方面的經驗。如工程河勢規劃和泥沙問題，復雜工程地質條件下的工程基礎處理問題，大型泄水閘消能防沖問題，高水頭大型船閘設計施工與管理問題，大型低水頭水輪發電機組設計制造與運行管理問題，大型金屬結構設計制造和安裝問題，大流量截流及深水圍堰設計及施工問題，混凝土高強度施工技術和大型水利水電工程施工管理問題等，實實在在地為興建三峽工程做了實戰準備，其關鍵技術在三峽工程得到應用和發展。一、樞紐布置問題三峽工程樞紐總體布置設計進行了大量分析和模型試驗研究工作，并借鑒葛洲壩工程實踐經驗。綜合考慮壩址自然條件和利于泄洪、排沙、通航、發電以及便于導流、截流和提前發揮發電效益等因素，優選樞紐布置，將泄洪建筑物布置在河床中部，電站廠房分別布置在泄洪壩的左右兩側，泄洪深孔高程較兩側電站進水口低20米二、高水頭大型船閘關鍵技術問題三峽工程通航建筑物設計按年單向下水貨運量5000萬噸，客運量390萬人次，其規模和尺寸與葛洲壩工程通航建筑物相匹配。兩線船閘的閘室有效尺寸與葛洲壩工程的1號、2號船閘相同，即280米×34米×5米（閘室有效長度×有效寬度×閘檻上最小水深）。一級升船機承船廂有效尺寸與葛洲壩3號船閘相同，即120米×18米×3.5三峽工程通航建筑物航道泥沙淤積的特點是：水庫運行初期泥沙淤積量較少，后期淤積量較大；一般年份淤積量比大水多沙年少，淤積主要發生在汛期，口門內淤積量比口門外少。三峽工程吸取了葛洲壩工程的實踐經驗，結合其實際條件，采用綜合防淤、清淤措施，解決了引航道泥沙淤積礙航問題。通過大壩泄洪深孔和電站沖沙孔，將壩前的大部分泥沙排往大壩下游；在上、下游引航道臨江側修建防淤隔流堤；將位于升船機右側用于施工通航的臨時船閘改建成沖沙閘，并輔以機械松動及降低下游水位進行沖沙；采用自航式高性能挖泥船挖除口門內外未沖出的淤沙等。下階段將進一步研究適當加大沖沙流量的可行性。三峽雙線五級船閘是當今世界水頭最高、閘室及閘（閥）門最多、運行情況最復雜的船閘，其技術也較葛洲壩船閘復雜，設計、施工難度較大，葛洲壩船閘設計基本理論、研究方法和工程經驗，在三峽船閘建設中發揮了重要作用。三峽船閘為防止閥門段空化，經過大量的分析研究及試驗驗證，采取以降低閥門段廊道高程、增大淹沒水深、提高門后壓力為基本措施，同時輔以門后廊道突擴體型、快速開啟閥門及門楣設置負壓板自然通氣等技術，防止發生空化。在總結葛洲壩船閘實踐經驗的基礎上，對三峽船閘大型人字閘門門體結構、材料等進行了多項技術革新，并充分考慮疲勞應力對結構的影響和應對措施。輸水系統工作閘門參照葛洲壩船閘選用反向弧門，將其下游面板改用不銹鋼復合鋼板，以提高面板抗氣蝕破壞的能力，延長使用壽命；在門楣及底坎設通氣孔，以防止或減弱閥門面板及底緣的空化；閥門支鉸則采用自潤滑軸承。三、大流量截流及深水圍堰關鍵技術問題三峽工程大江截流技術在葛洲壩工程經驗上有較大的發展。截流最大水深60米，居世界首位，截流設計流量14000～19400立方米每秒，實際截流流量8480～11600立方米每秒，居世界截流之冠。截流龍口段設計和實際施工中，重視將水力學計算、水工模型試驗、水文預報和原型水文觀測工作緊密結合，互為補充，保證截流方案的合理性和可靠性，并有效地指導截流施工，創造了日拋投強度194000三峽深水圍堰形式參照葛洲壩大江圍堰，采用兩側石渣塊石堤及中部風化砂堰體，設二排混凝土防滲墻上接土工合成材料心墻方案。上游圍堰最大高度82.5米，防滲墻最大高度74米，堰體填筑總量590萬立方米，防滲截水面積8.21萬平方米，攔蓄洪水量四、大壩混凝土高強度施工技術三峽工程初步設計混凝土總量達2794萬立方米，年最高澆筑量為410萬立方米，月最高澆筑量為46萬立方米，均為當今世界之最。三峽主體建筑物與葛洲壩工程一樣，孔洞多，結構復雜。大壩壩體尺寸大，設計允許大壩基礎混凝土最高溫度較嚴，混凝土溫控防裂難度大。大壩混凝土施工選用以塔帶機為主并輔以大型門塔機澆筑方案，從常規的門塔機吊罐入倉澆筑改用混凝土從拌和樓出機口用膠帶機輸送經塔帶機直接入倉澆筑。大壩混凝土澆筑設備布有6臺塔帶機，4臺胎帶機，2臺MQ2000型門機，1臺K-1800型塔機，2臺25噸擺塔式纜索起重機。混凝土施工創年最高澆筑量542.85萬立方米，月最高澆筑量55.35萬立方米，創造了世界水利水電工程混凝土澆筑最高量記錄。三峽工程在總結葛洲壩工程生產7℃預冷混凝土實踐經驗的基礎上，首創在混凝土拌和系統采用二次風冷骨料新技術。制冷系統裝機總容量達77049三峽工程混凝土優選原材料：使用具有微膨脹性質的中熱