长江三峡枢纽工程建设关键技术

长江三峡枢纽工程建设关键技术资料来源：葛洲坝集团科技管理部
0引言
2020年1月10H,中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行2019年度国家科学技术奖励大会，对一批重大科学技术成果进行表彰，习近平、李克强、王沪宁、韩正等党和国家领导人出席大会并为获奖代表颁奖。

中国葛洲坝集团有限公司（简称“葛洲坝集团”）作为主力军承建的“长江三峡枢纽工程”获得国家科学技术进步奖特等奖”=葛洲坝集团承建三峡工程建设主要任务及创新成果介绍如下。

1长江三峡枢纽工程介绍
长江三峡枢纽工程（简称“三峡工程”）是目前 世界最大水利枢纽工程。

该工程于1993年动工，2008年完工，并开始实施蓄水运行，至今已连续运行12年，运行正常，各项指标达到或优于设计要求，全面发挥了防洪、发电、航运和水资源利用等综合效益，为长江经济带高质量发展提供了基础性保障，有力推动了我国现代化建设。

该工程的设计、建设和运行，面临着复杂的世界级技术难题。

建设者和科技工作者经过数十年的联合攻关，在枢纽总体布置和枢纽工程建设、巨型水轮发电机组国产化、工程运行和生态环境保护、工程管理等方面取得一系列重大技术突破，创造了112项世界之最，拥有934项发明专利，编制了135项《三峡工程质量标准》，有力带动了我国水利水电事业发展。

2葛洲坝集团承担的主要任务
三峡工程为一等工程，主要由拦河大坝工程、电站厂房工程、航运工程、茅坪溪防护工程组成。

葛洲坝集团承担了三峡工程65%的建设任务，包括大江截流、大坝厂房、地下电站、机组安装调试、五级船闸、升船机等大部分关键项目，具体任务如下：
在土建施工方面：三峡水利枢纽右岸一期工程；茅坪溪防护工程；临时船闸一、二期工程；三峡工程大江截流、二期围堰工程，二期泄洪坝段及厂房坝段主体工程；右岸三期导流明渠截流、围堰工程，右岸三期大坝及厂房主体工程；右岸地下电站工程；升船机工程、船闸完建工程等，约占三峡土建工程总额的65%。

在金属结构安装方面：承担的三峡泄洪及厂房坝段的金属结构制造及机电安装工程，有236道门槽、47扇弧形工作门、53台液压启闭机、57台平面闸门及3台500吨坝顶门机，相当于10个百万级水电站金结安装的总量，并在同一坝段创造了滴水不漏的奇迹。

承担了三峡双线连续五级船闸12扇大型人字门的安装调试，安装的人字门规模、淹没水深及启闭力均超过世界水平。

还承担了三峡工程16条大型压力钢管的制作和安装等。

在机组安装方面：承担了三峡工程4大电站（左岸电站、右岸电站、地下电站、电源电站），两种机型（进口、国产）、三种冷却方式（纯水冷却、空气冷却、蒸发冷却）发电机组安装。

承担的18台700MW水轮发电机组安装任务，其中14台700MW机组为具有自主知识产权的国产化机组。

三峡工程建设中，葛洲坝集团建设者敢为人先、勇攀技术高峰：（1）研究解决了巨型水轮发电机组安装及调试难题，助力我国水力发电重大装备取得重大突破，实现跨越式发展；（2）首次采用以塔带机为主的连续浇筑混凝土的方案，实行分期通水、个性化通水、适时保温的全过程温控防裂关键性技术，实现了大坝混凝土优质高效施工；（3）提出满足世界上规模最大、技术难度最高的双线五级船闸完建期混凝土连续快速施工的巨型人字门整体
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提升新方法，缩短了三峡船闸完建期的单线通航时间；（4）创立了特大型水电工程建设管理模式，实现了质量、进度的有效控制。

一系列创新将我国水电工程施工技术提升到了新高度，实现了“高峡出平湖”的民族夙愿，助力中国从水电大国成为水电强国。

3葛洲坝集团在三峡工程建设中主要创新成果
葛洲坝集团通过原始创新、集成创新与引进再创新，攻关研发并应用实施多项关键成套核心技术，达到世界领先水平，主要创新成果介绍以下：3.1长江三峡工程大江截流设计及施工技术
主要创新：（1）修建宽度超过巴拿马运河的巨型导流明渠，以减少龙口合龙时的分流量，降低截流难度，并满足长江通航要求，使截流最终落差降低约1米左右；（2）深入研究深水截流时堤头坍塌缘由与机理，提出并决定釆取平抛垫底措施，通过事先抬高河床20多米从根本上缓解深水截流难度；（3）截流期采用了一些水文测报高新技术，以准确的水文信息资料以及开发创新的大江截流三维模型等高新技术为扩大分流、决策合龙进占等提供技术支持并指导截流顺利进行；（4）信息跟踪、动态决策，不断强化施工组织和管理，把握时机力克施工技术难关。

这些创新成果中，《长江三峡工程大江截流设计及施工技术》,1999年获国家科技进步_等奖；《三峡工程明渠截流施工关键技术研究与实践》，2005年获湖北省科技进步一等奖。

《单俄立堵截流施工工法》为国家级工法等。

3.2三峡工程大坝混凝土优质高效施工技术
主要创新：（1）以塔带机为主，辅以大型门塔机和缆机的综合施工方案，从传统常规的吊罐浇筑系统升华为混凝土连续浇筑的系统，由各混凝土拌合楼通过皮带机输送到塔带机直接浇筑入仓，浇筑速度大大提升。

创造了年浇筑强度月最高混凝土浇筑强度47.6万m3,日最高混凝土浇筑强度21066m3的世界纪录。

（2）为适应塔带机连续浇筑，生产效率（420m3/h）高的特点，建立了一套新的浇筑工艺和现代化施工管理体系，包括建立健全质量保证体系，全面推行仓面工艺设计，制定一整套严密的浇筑施工工艺，配备与入仓强度相匹配的仓面资源，形成了具有三峡工程特色的混凝土快速施工工法，确保混凝土浇筑进度和质量。

创造了塔带机浇筑四级配和一个仓号多种混凝土的首例。

（3）首创二次风冷骨料新技术，解决了混凝土制冷系统规模大、施工场地不足、系统难以布置的困难，节省了大量施工用地及工程投资。

（4）混凝土原材料及配合比达到一流水平。

混凝土原材料采用具有微膨胀性能的中热525硅酸盐水泥；选用品质优良的高效减水剂；在混凝土中将I级粉煤灰作为功能材料掺用；采用缩小水胶比加大粉煤灰产量的技术线路；限制原材料的碱含量和混凝土总碱量，满足了三峡混凝土耐久性的特殊要求。

用花岗岩人工骨料的大坝四级配混凝土在塔带机为主的运输浇筑方式情况下，其用 水量为90kg/m3左右，并能满足高性能大坝混凝土的要求。

（5）三峡工程大坝柱状块尺寸大，基础温差标准高，温控措施要求严格；在广泛分析国内外工程已采区单项或多项温控措施现状的基础上，首次实施全过程、全方位、高标准、大容量的综合温控技术，以确保混凝土施工质量。

尤其是高温季节塔带机快速高强度浇筑坝体约束区混凝土，首次建立新的计算模型，采用分差法求解，解决了混凝土温度回升计算的难题，确定混凝土运输过程中温度回升率。

这些创新成果中，《三峡工程大坝混凝土快速施工新技术的研究及实践》，2002年获湖北省科技进步一等奖；《三峡工程混凝土施工管理与决策支持系统研究》，2002年获教育部科技进步一等奖；《基于异构信息融合的非线性动态系统估计技术及应用》，2011年获国家二等奖。

《塔带机浇筑混凝土施工工法》和《大型升船机液压自升式模板施工工法》为国家级工法。

依托该项目主编的标准《水工混凝土外保温聚苯板施工技术规范》（CECS268：2010）和《水电水利工程施工机械安全操作规程.塔带机》（DL/T5722-2015）已发布实施。

3.3三峡三期碾压混凝土围堰设计、施工及拆除关键技术
主要创新：（1）优质快速筑坝成套技术。

将导流明渠以下断面部位预先修建，使三期碾压混凝土
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围堰在一个枯水期内建成并挡水成为可能；首次联合采用自卸汽车和塔带机输送碾压混凝土入仓；设计研究采用不分纵缝，加大横缝间距，全断面采用碾压混凝土施工；碾压混凝土围堰防渗层首次采用掺防水剂的薄层变态混凝土，既简化了堰体结构，又保证了碾压混凝土的施工质量；将规范规定的VC值5-15s优化为：高温时段控制为3-5s,低温时段控制为4-7s,此措施对提高碾压混凝土的抗分离性能和可碾压性是有利的，保证了碾压混凝土的层间结合质量；通过温控计算分析，采取综合措施，最大限度利用低温季节施工的有利时机；通过现场试验，优化了混凝土配合比和设计龄期，相应减少了水泥用量，为连续快速高强度施工创造了条件。

⑵深水倾倒爆破技术。

提出建拆一体化设计理念，首次采用在围堰中预置集中药室（孔）拆除方案，实现了围堰水下定向倾倒；将堰体装药廊道与排水廊道相结合，通过毫秒延时顺序起爆技术精确控制三排集中药室、一排断裂孔、一列切割孔的起爆次序和时差，实现堰块逐块定向倾倒，从而形成了集成创新的围堰爆破拆除方案；研究提出了围堰拆除水下爆破新理论，通过对深水条件下固体介质反射破坏理论、介质破碎机理及其运动理论分析，得出了深水条件下固体介质爆破装药量计算方法和公式；采用模型试验和数值仿真技术，预测了爆破堰块倾倒的运动过程及其有害效应，提出了爆破安全允许标准，建立了爆破安全实时监测体系。

经过理论研究与试验，成功研制了适合于地面制备站与混装车生产工艺的具有高爆速、高威力、高抗水性能的新型混装乳化炸药；在国内首次大规模采用了混装乳化炸药长距离管道输送、速凝材料堵塞、数码雷管起爆、深水气泡帷幕防护等先进技术。

（3）安全与生态环境保护技术。

成功地使用了超声波驱鱼等技术，有效地避免了爆破对水生物和环境的影响，开拓了我国水电工程建设中环境保护的新途径。

这些创新成果中，《三峡三期碾压混凝土围堰设计、施工及拆除关键技术》，2008年获国家科技进步二等奖；《三峡三期（RCC）围堰爆破拆除科学试验设计、施工及监测技术》,2006年获中国工程爆破协会特等奖等。

《釆用特殊出口装置的大管径虹吸施工工法》为国家级工法等。

3.4三峡地下电站大型洞室施工关键技术
主要创新：（1）发明了大断面三维空间曲面钢模台车，攻克了大型地下水电站引水系统弯管段混凝土钢模台车衬砌技术，改变了传统的“钢管脚手架+定型模板”施工方式，解决了大断面、陡坡弯管部位混凝土衬砌难题，整体施工效率较传统衬砌方法大幅度提高，实现了大型复杂洞室混凝土优质高效施工。

（2）发明了隧洞束窄渐变段钢模台车及施工方法，研发了大型地下水电站隧洞渐变段混凝土钢模台车衬砌技术，改变了传统的施工方式，提出了边顶拱全断面台车衬砌技术，解决了传统施工方法外观质量差以及钢模台车在多条隧洞之间只能反复拆装转移等难题，实现了隧洞束窄渐变段衬砌混凝土优质高效施工。

（3）蜗壳混凝土施工成套技术。

这些创新成果中，《三峡地下电站大型洞室关键技术》，2012年获中国水力发电科学技术特等奖；《三峡地下电站陡悄斜井巨型压力钢管下滑溜放技术研究与应用》，2012年获中国施工企业管理协会科技创新成果一等奖；《大型三维空间曲面钢模台车研制及在三峡地下电站的应用》，2012年获湖北省科技进步三等奖等。

《陡峭弯管段空间曲面钢模台车施工工法》和《大型地下厂房蜗壳外围混凝土施工工法》为国家级工法。

《三维空间曲面钢模台车》、《环形条带牛腿混凝土模板装置及模板》、《一种隧洞束窄渐变段钢模台车施工方法》、《模块化钢模台车》、《三维空间曲面钢模台车脱模防干涉装置及方法》等获国家授权发明专利。

3.5茅坪溪防护工轍工技术
茅坪溪防护工程是三峡枢纽工程的重要组成部分，与三峡大坝同属一等I级永久建筑物。

防护土石坝为垂直沥青栓心墙土石坝型式，两面挡水，设计开挖总量242.2万m3,填筑总量1213.4万疗。

该工程在世界同类工程中，其坝高及填筑量均居前列。

工程建设中主要创新：（1）在沥青混凝土原材料的选择，配合比试验，沥青混凝土的孔隙率、渗透系数、表观密度和模量数等设计参数合理选择和试验方法，沥青混凝土心墙和坝壳料之间过渡料的特性，以及对心墙应力应变的影响等技术问题进行了系统、深入的试验研究，获得重要的技术成果。

（2）研发并应用了沥青混合料与过渡料联合摊铺设
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备。

⑶创新研发新型单边骑缝碾压技术解决了“宽碾碾窄墙”的施工技术难题。

（4）沥青混凝土心墙大摊铺层厚施工技术。

这些创新成果中，依托该工程编写的《水工碾压式沥青混凝土施工规范》（DL/T5363-2006）已发布实施；《碾压式沥青混凝土防渗心墙施工工法》为国家级工法；《碾压式沥青混凝土心墙骑缝碾压方法》获国家授权发明专利。

3.6基础处理及灌浆关键技术
葛洲坝集团在三峡枢纽工程共完成固结灌浆11.9万111,帷幕灌浆18.4万m,防渗墙10.4万Itf,高喷灌浆4.05万Itf,化学灌浆6840m。

主要创新技术有：⑴湿磨水泥帷幕灌浆技术；（2）无盖重固结灌浆施工技术；⑶塑性混凝土防渗墙施工技术；（4）钻喷一体化高喷施工技术；（5）冲击反循环钻孔施工技术；（6）防渗墙槽孔内聚能爆破技术；（7）超长防渗墙一次性成墙施工技术（槽长40.66m）；（8）大直径混凝土取长芯施工技术等。

这些创新成果中，主编的《水工建筑物化学灌浆施工规范》（DL/T5406-2010）和《水利水电工程塑性混凝土试验规程》DL/T5303-2013）已发布实施。

3.7砂石骨料生产技术
主要创新：（1）创新了水下料源开采分层分区级配控制、集群开采运输的特大型天然骨料生产工艺。

（2）创造了高品质花岗岩开挖利用料制备混凝土粗骨料技术（3）创新了超前高难度花岗岩磁选去云母制砂技术（4）研发了砂石生产废水循环利用技术等。

这些创新成果中，《水电工程骨料生产新型工艺研究与应用》，2010年获湖北省二等奖等；主编的《水电水利工程砂石料开采及加工系统运行规范》（DL/T5311-2013）已发布实施。

3.8三峡五级船闸完建施工关键技术
主要创新：（1）特重型提升大梁（梁长50.加，单梁重264t）采用预压配重、液压顶推、两台300T履带吊抬吊相结合的跨船闸闸室安装技术。

⑵高宽比大、重心高的巨型人字门（单门重855t）的整体同步提升。

包括巨型门体整体打包悬吊技术；分级加载、顶吊结合、平衡均载提升技术；液压提升数字闭环同步控制技术。

（3）人字门 精确复位。

含人字门顶、底枢精确复装、底枢微量调整、防碰刮技术；以及受闸室、闸门空间影响不能通视条件下，保证人字门顶、底枢精确回装的测量技术。

（4）受单线通航条件限制，并在已建建筑物地形空间限制下，满足闸室底槛特大仓位混凝土浇筑的混凝土高落差输送、防骨料分离、高强度连续入仓混凝土施工技术-（5）三边处于强约束区（闸室底板及两侧为老混凝土），且建成后即埋入水下的闸室底槛大体积混凝土温控防裂施工技术等。

这些创新成果中，《三峡双线五级船闸第一、二闸首完建施工技术研究与实施》，2008年获湖北省科技进步二等奖；《大中型船闸人字闸门整体提升检修安装施工工法》为国家级工法。

3.9大型钢闸门及压力钢管制造安装技术
主要创新点：（1）在钢闸门及埋件制造方面，装备水平不断提高，已拥有了大型立车等设备，加工能力显著提高；大型退火炉的应用，使大型弧形闸门、平板闸门整体去应力退火成为可能；在闸门制造及压力钢管制造方面。

振动消应技术得到应用；自动焊、半自动焊技术在制造厂内得到广泛应用；在三峡工程中，成功解决了复合钢板椭圆曲面冷压成型、大规模不锈钢复合钢板钢衬制造难题。

（2）在钢闸门及埋件安装方面，成功解决了大型船闸人字门安装中背拉杆张拉、支垫块安装、门叶径向跳动调节、气温对安装影响、五级船闸联合调试等世界性技术难题，达到国际领先水平。

在三峡泄洪底孔和深孔弧门安装中，采用了先安装闸门及启闭机再安装埋件的“倒装法”工艺，保证了闸门及止水的安装质量等。

（3）在压力钢管制造装方面创新技术：压力钢管大型凑合节整装及伸缩节制安技术；巨型压力钢管陡峭斜井两点牵挂下滑溜放技术；压力钢管全位置自动焊技术等。

这些创新成果中，主编的《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T5018-2004）已发布实施。

《高水头弧形闸门及埋件适宜紧密止水安装工法》、《大中型船闸人字门安装工法》、《地下电站大倾斜角引水隧洞压力钢管两点牵引起吊安装施工工法》、《压力钢管全方位自动焊接工法》等获国家级工法。

3.10700MW大型机组安装技术
主要创新：（1）在水轮发电机组总装调整技术
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中，首次提出了采用最小二乘法拟和对盘车数据计算处理计算的方法，克服了传统盘车数据处理方法要求测点均布及无法克服测量表面质量及测量误差对计算结果的影响。

根据机组轴线摆度及中心变化原理，提出了调整机组旋转中心及旋转中心垂直度的新概念，使机组中心调整方法由传统的静态数据调整改进为动态数据调整方法，有效地保证了机组运行过程中转动部分与固定部分间隙稳定，极大地提高了机组运行的稳定性。

（2）首创性地设计安装了定子下线无尘、恒温、恒湿下线设施，巨大地提高了定子绕组安装质量。

无尘、恒温、恒湿下线设施内设计环形电动起吊装置及线棒运输台车，可以完成线棒的全方位运输。

（3）优化创新机组安装工艺，采用高精度GPS标定螺孔工艺，取消了机组底环预装工序，实现了底环一次性安装技术。

创造性地利用“顶盖三次吊装法”解决了水轮机转轮、底环到货推迟的影响；改进水轮机基础环及座环较孔工具，提高了螺栓孔加工精度及速度；利用水轮机与发电机大轴“机坑外联轴较孔"，缩短安装直线工期十多天，改善了施工环境与条件。

利用下机架“二次安装法”有效地解决了下机架基础混凝土浇筑密实性问题，并实现了下机架的精确定位，缩短了下机架基础混凝土对直线工期的影响。

采用了水轮机“底环倒装法”，确保了前期顶盖预装成果，将底环返厂加工处理不占直线工期，确保了机组最终投产目标。

（4）研究、攻克、掌握了大型机组定子空冷、水冷、蒸发冷三种冷却方式机组安装调试技术、东电和哈电等国产机组安装调试技术，解决了水轮机活动导叶端部间隙变化、转子磁轨加热紧固、水轮机振动、水轮发电机组水轮机卡门涡噪声消除、推力轴承油膜建立及推力瓦温差调整等技术难题。

使我国水电站机电安装水平迈上了新台阶，为1000冊巨型机组国产化成功奠定了基础。

这些创新成果中，《三峡右岸电站国产700MW水轮发电机组》,2008年获湖北省科技进步二等奖；《三峡巨型水轮发电机创新研究与国产化实践》，2009年获湖北省科技进步特等奖；《巨型混流式水轮发电机组安装标准与工程实践》，2013年获国家能源局科技进步二等奖；《700MW水轮发电机组蒸发冷却系统安装调试技术研究》，2015年获中国施工管理协会一等奖等。

《一种水轮机组定子下线安装无尘恒温恒湿装置》、《水轮发电机组盘车机组旋转中心精确确定的方法》、《一种水轮机与发电机轴快速較孔连接的方法》等10多项授权为国家发明专利。

《700MW水轮发电机组安装工法》为国家级工法；主编的《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T8564-2003）已发布实施。

还出版专著《三峡700MW水轮发电机组安装技术》。

另外，葛洲坝集团后续承担的三峡升船机中特大型齿轮齿条爬升式升船机塔柱高精度施工及设备安装技术，也达到世界领先水平。

因本此获国家特等奖“长江三峡枢纽工程”,不包含此项内容，该项技术创新不再此赘述。

在三峡工程建设中，通过技术创新，葛洲坝集团创造了两度截断长江、大坝浇筑无裂缝、三期厂房上下游墙“镜面工程”，三期挡水门滴水不漏等为代表的“三峡品牌”工程；在大江截流、大坝快速浇筑、三期RCC围堰快速施工等方面创造了一系列世界纪录。

在闸门安装方面创造了同一坝段日安装425t、月安装2500t、年安装18200t的行业世界纪录，并创造了滴水不漏的奇迹。

在机组安装方面创造了一年内装机投产4台总装机容量2800MW的国产化机组和700MW机组安装工期290d两项世界纪录。

目前，葛洲坝集团已将三峡工程中创新研发的混凝土高强度施工技术、混凝土防裂技术及巨型水轮发电机组安装技术等多项创新成果，推广应用到向家坝、锦屏、小湾、大岗山、观音岩、乌东德、白鹤滩、猴子岩、乌弄龙等一批国内重点水电工程，以及缅甸耶涯水电站、埃塞俄比亚GD3水电站、巴基斯坦N-J工程、阿根廷孔拉水电站、安哥拉卡古路卡巴萨、厄瓜多尔保特-索普拉多拉等多个国际水电工程，推动了国内外水电工程技术进步，为“一带一路”沿线国家水电工程建设作出了重要贡献，为世界水电清洁能源优质快速开发奠定了基础。

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