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科技高峰再突破,超级工程持续发力

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6月8日上午10点,在湖北宜昌夷陵区三峡坝区的左岸,随着一声清脆有力的“开工”指令,三峡水运新通道工程正式进入施工阶段。这是我国“十五五”规划期间启动的首项重大标志性项目。

三峡水运新通道项目涵盖三峡枢纽新通道工程和葛洲坝航运扩能工程。项目落成后,将彻底优化长江上游的航运体系。三峡枢纽将形成拥有四线船闸与升船机的全新通航格局,年最大通航能力有望达到3.36亿吨。葛洲坝枢纽也将变为四线船闸,其年通航量将提升至3.6亿吨,大幅度增加长江黄金水道的运输效率,有效化解三峡航运瓶颈。

中国工程院院士、长江设计集团首席科学家钮新强介绍,三峡水运新通道是在现有大型水利枢纽基础上增建航运设施。项目面临严苛的环境约束和复杂的施工限制,水力条件多变,对设备的安装精度要求极高,全面考验了建设链条的协同能力。在工程建设中,“精准掌控水流”和“穿山而建”成为关键创新点。

新通道位于现有三峡船闸北侧,将新建两线,采用连续五级船闸设计,全长6680米,可容纳万吨级船舶通过。项目所在地地势复杂,山体岩石坚硬、水文地质条件特殊,建设者们要在峡谷与江流之间开展一场世界级的“硬仗”。

新通道采用特大型人字门作为主要通航装备。据中国工程院院士、南京水利科学研究院原总工程师胡亚安介绍,每一扇单门高逾40米,相当于15层楼,重达1350吨,几乎和一个中小型大坝同等重量。新通道的水深提升到8米后,人字门需要在近30米的深水中作业,闭合过程中还要抵抗巨大的水流阻力,难度极高。

支撑船闸大门的底枢,就像门的“脚踝”,由类似蘑菇头的金属部件和半圆形卡扣组成。如果无法同时承受千吨重压和深水压力,容易出现变形,影响船门正常开启和闭合。科研团队为底枢专门进行了结构强化并更新合金材质,从而确保它可以稳稳支撑船闸的水压和自重。

“新船闸容积更大,每次输水量超过28万立方米,相当于115个标准泳池的水量,”胡亚安表示。为了确保高效过船,单次填水或放水时间需与现有的三峡船闸一致,都需要在12分钟以内完成,且舱内水面必须保持平稳,以保障万吨巨轮在闸室里也能静稳如初。

通常,水流直接注入船闸时容易激起波浪,造成船只碰撞。科研人员结合三峡现有船闸经验,经过多次水力模型实验,最终设计出独特的输水消能结构,确保充放水过程中的平稳无浪。

“就像家里的莲蓬头一样,”胡亚安举例,团队在闸室底部合理布设了136个出水孔,每个孔上都加装了消能盖板。这种“立体协同”结构设计能最大程度上消除水流对船的横向和纵向动力,让万吨巨轮在过闸时平稳自如。

当闸室水位与上游持平后,人字门缓缓开启,船只便可顺利驶入长约3公里的上游引航道。舆情网同时,这一水路能否畅通无阻,还需要靠地下廊道中输水阀门的精确调控。

胡亚安还举了个例子,“我们家里突然关闭水龙头时,水管会‘咣当’一声抖动,这其实是水锤效应。”由于新通道输水廊道极长,一旦阀门关得很快,水流惯性会让管道中的水压瞬时飙升到40多米的水头压力,影响船舶稳定。

面对这一难关,团队曾考虑用混凝土加固输水廊道,以减少震动,但因成本太高,最后选择将廊道直接建在山体中,利用岩石围压来缓冲水流冲击。

此外,团队还建起全球最大的减压箱,对真实的气蚀和空化现象进行了模拟实验,将模型舱内压降至0.1大气压,以观察水中气泡遇压力骤降时引发的损伤,并据此开发出分级防空化的整套阀门方案。

挑战不仅限于水流的制约。整个新通道工程还要像“切豆腐”一样,在坚固山体中挖出巨型闸室,高陡边坡和竖直边墙的稳定安全,是又一项难题。

中国水利学会工程爆破专委会主任委员、武汉大学教授卢文波介绍,相较之前建成的三峡船闸,此次新通道工程的边坡更高、地下结构更复杂,对开挖工艺和边坡加固要求也更高,这将直接影响整个项目的质量和安全性。

“十余年方案论证,几十年的技术积累,虽难度逼人,但我们对工程最终建成非常有信心。”钮新强说。

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