音頻科普:三峽大壩背後的故事
發布時間:2020-12-03
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音頻科普:三峽大壩背後的故事

上期節目,我們(men) 說到三峽大壩的前期工程——混凝土圍堰順利完工,並成功抵擋住了長江上遊的特大洪水,完美展現了我國三峽建設者的勤勞智慧。等到長江汛期過後,他們(men) 再次踏上了建設三峽大壩的征程。 

  為(wei) 了可以在圍堰裏麵澆築大壩,他們(men) 還要抽幹圍堰裏的江水,清理江底風化鬆軟的岩石,甚至還需要用細棉布擦幹基岩上的沙石和泥水,進而確保混凝土與(yu) 基岩可以緊密粘合在一起。這項工作聽起來很簡單,但由於(yu) 麵積大、範圍廣,所以直到1999年2月12號,江底才算完全清理完畢,這也就意味著三峽大壩可以開始正式澆築,那麽(me) 在這澆築的過程中,又會(hui) 出現哪些我們(men) 所不知道的故事呢? 

  在三峽建設者清理完江底的泥沙之後,人們(men) 終於(yu) 看到了在江底沉睡了不知多少年的花崗岩。不過在後續的工程上,他們(men) 卻遇到了一個(ge) 棘手的問題——那就是按照施工的總體(ti) 進度,三峽工程混凝土澆築高峰時段是在1999年到2001年,每年必須澆築超過300萬(wan) 立方米,相當於(yu) 平均每天要澆築將近1萬(wan) 立方米,才能保證施工計劃順利完成,否則就會(hui) 延誤工期。 

  如果使用傳(chuan) 統的澆築方案,先用汽車運輸、再用起重機吊起每罐隻有9立方米的混凝土進行澆築,那麽(me) 三峽大壩僅(jin) 僅(jin) 澆築這一項就得用20年的時間。麵對挑戰,當時已經六十多歲的總工程師陸佑楣並沒有墨守成規,而是活躍著創新思維尋找新的辦法。 

  後來他想起自己曾經在美國考察時,看到過一段有關(guan) 工程介紹的錄像,了解到了一台名叫塔帶機的設備。塔帶機,其實就是一種快速澆築設備。這種設備的工作原理是利用塔式起重機吊一個(ge) 皮帶機進行連續澆築,而不是用混凝土罐,一罐一罐地來澆到大壩上。 

  由於(yu) 當時這種設備在國內(nei) 還從(cong) 來沒有人使用過,因此陸佑楣就開始琢磨是否可以利用塔帶機來加快三峽大壩的混凝土澆築進度。於(yu) 是,建設者們(men) 便開始共同討論如何在三峽大壩上使用這個(ge) 設備、怎麽(me) 布置、需要布置多少台等一係列問題,直到施工方案完全成熟。 

  隨著多台塔帶機的投入使用,我國的三峽建設者隻用了3年左右的時間,就順利完成了三峽左岸大壩的混凝土澆築任務,在當時可以說是創造了築壩史上的世界紀錄。 

  不過,左岸大壩的澆築速度雖然很快,但在建造大壩的領域有這麽(me) 一句名言叫“無壩不裂”,意思就是說沒有大壩是不會(hui) 產(chan) 生裂縫的。所以在三峽工程的左岸大壩中也出現了一些表麵和淺層裂縫,對此,三峽建造者對這些裂縫給予高度重視,進行詳細調查分析,並對每條裂縫做了認真的補強和保護,確保不會(hui) 造成任何影響。等到了右岸大壩工程正式施工的時候,中國科學院、中國工程院兩(liang) 院院士潘家錚對建設者們(men) 提出了一個(ge) 似乎是不近情理的要求:那就是三期工程右岸大壩要做到不出現一條裂縫。 

  澆築的大壩之所以會(hui) 出現裂縫,主要是由於(yu) 混凝土中的水泥和水結合以後,會(hui) 產(chan) 生大量熱能,進而使大壩體(ti) 積膨脹,但是澆築後的混凝土則會(hui) 遇冷收縮,大壩表麵就會(hui) 形成裂縫。這樣的裂縫哪怕不足一毫米,也會(hui) 給大壩帶來致命的傷(shang) 害。 

  因為(wei) 如果存在這樣一條很小的縫,那麽(me) 在江水滲入裂縫之後,水的壓力會(hui) 很大,從(cong) 而就像上寬下窄的楔子一樣,慢慢楔進大壩,甚至有可能把這個(ge) 裂縫裂穿。 

  既然知道了裂縫的出現是溫度的緣故,那麽(me) 想要消除裂縫,就必須對混凝土實行預冷操作,常規的技術是用冷水浸泡砂石料,然後加冰攪拌。但是三峽工程的混凝土澆築量非常大,既沒有足夠的場地來浸泡砂石,又難以處理因此而產(chan) 生的大量廢水。 

  另外,三峽地區的高溫季節長達5個(ge) 月左右,每年從(cong) 3月到11月都需要對混凝土進行預冷。尤其在夏季,地表砂石料的溫度高達攝氏50攝氏度,這些都對混凝土的預冷工藝提出了更高的要求。 

  為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 裂縫問題,當時長江水利委員會(hui) 設計院的龍慧文和她的科研小組,開始尋找一種既可行又簡單的辦法。經過不斷試驗,他們(men) 突發奇想,決(jue) 定把傳(chuan) 統的水冷技術改為(wei) 風冷,進入攪拌混凝土的拌合樓以後,再次進行冷風降溫,然後再往混凝土裏添加冰塊。這樣的話,混凝土的平均溫度可以降到6.8攝氏度左右,完全符合工程的需要。要知道,在這之前國內(nei) 外同行的定論都是混凝土在出機口時的溫度很難達到7攝氏度以下。 

  “二次風冷技術”的運用,成功解決(jue) 了高溫季節不宜大規模澆築混凝土的工程難題,三峽右岸大壩的澆築也因此得以迅速進行下去。值得一提的是,這項研究成果為(wei) 我國乃至世界的混凝土預冷工程提供了一項先進可靠的新技術,具有工藝簡單、能耗低、占地麵積小、投資省、利於(yu) 環保等優(you) 點,並在2007年獲得了國家技術發明二等獎。 

  對於(yu) 溫度裂縫,國際通行的標準是平均一萬(wan) 立方米混凝土澆築不得超過1條裂縫,而整個(ge) 三峽大壩1600多萬(wan) 立方米的澆築,溫度裂縫平均每一萬(wan) 立方米不超過0.2條。當時,中國科學院、中國工程院兩(liang) 院院士潘家錚在查勘了右岸大壩後表示,三峽右岸混凝土大壩創造了世界奇跡。 

  到了2006年5月20號下午2點,隨著右岸大壩的澆築建設順利完工,壩體(ti) 總長為(wei) 2309米的三峽大壩正式建成。不過想要大壩開始全線擋水,還需要對前期工程建造的混凝土圍堰進行爆破拆除。 

  這次爆破項目計劃用192噸的炸藥,在13秒內(nei) 掀掉近20萬(wan) 立方米的混凝土。無論裝藥量還是爆破的混凝土量,都堪稱“天下第一爆”。但存在一個(ge) 問題是圍堰距離大壩不足100米,如此巨大的爆破量必然產(chan) 生強大的衝(chong) 擊波,波及到大壩和左岸14台正在發電的機組。因此如何確保大壩和發電機組不傷(shang) 分毫,成了爆破成功與(yu) 否的關(guan) 鍵。 

  經過爆破指揮部長時間的模擬實驗,最終設計出了最穩妥的爆破方案——水下延時爆破。這也就要求炸藥能夠在40米深的水下浸泡7天,而爆破效果不發生改變。 

  對於(yu) 爆破炸藥的研製,爆破項目組很早就已經開始進行了。這種炸藥爆破力高,抗水性能好,但為(wei) 了保護大壩,需要降低炸藥在爆破時產(chan) 生的衝(chong) 擊波。通過反複試驗,他們(men) 發現加入粗粒的鋁粉,可有效做到這一點,很快實驗樣品就被送入國家炸藥檢測中心,並順利通過檢驗。 

  伴隨著震耳的爆炸聲,圍堰在波浪式的爆破中被成功拆除,這也就意味著剛剛建成17天的三峽大壩開始全麵承擔擋水、航運等功能。 

  說到擋水,三峽大壩抵擋洪水的能力可以說是非常強悍的。即便上遊洪水達到了百年一遇的情況,經過三峽水庫的調蓄,可以不動用中、下遊的分蓄洪區,就能使洪水平穩下泄。 

  2010年7月20日,三峽大壩遭遇了最大洪峰達到每秒7萬(wan) 立方米的大洪水,但這場洪水在經過三峽水庫的科學調度後,使荊江河段、江漢平原和洞庭湖區安然無恙,避免了嚴(yan) 重的人身和財產(chan) 損傷(shang) 。 

  另外,三峽大壩在航運方麵也有著非常重要的作用。當三峽工程試驗性蓄水後,長江中許多道彎、水淺、灘險多的航道大都成為(wei) 了高峽平湖,使長江成為(wei) 了名副其實的“黃金水道”,開啟了長江航運新篇章。 

  截至2017年,三峽雙線五級船閘安全高效運行14年之久。過閘貨物量也從(cong) 2004年的3430萬(wan) 噸,增長到了2011年的1億(yi) 多噸。此後,每年貨物通過量全都超過1億(yi) 噸。每年到了枯水期,還會(hui) 增加宜昌到武漢航道的水深,萬(wan) 噸級船隊或者是5000噸級單船可以從(cong) 上海直達重慶,水路運輸廉價(jia) 、安全、綠色、低碳的優(you) 勢十分明顯。 

  這樣說來,三峽大壩的成功建造,不僅(jin) 開啟了一個(ge) 充滿活力的長江新時代,還提升了我國重大工程方麵的科技水平,而且在施工過程中,我國的三峽建設者依靠自身的聰明才智、自主創新的科技能力獲取了很多重大科學突破,為(wei) 我國進一步的科學發展提供了強大的前進動力。 



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