长江三峡大坝工程现场考察报告-列昂那德.docx

长江三峡大坝工程现场考察报告列昂那德斯克拉(Leonard Sklar) 艾米露尔丝(Amy Luers)一、三峡大坝工程进展简介二、船闸石壁不稳固三、长江截流和围堰的建筑四、第三期工程的涡轮发电机系统五、结论1997年10月，美国的一个工程师代表团应中国三峡大 坝工程建设指挥部总指挥邀请，到三峡工程工地作现场考察，我 们是该代表团的成员。本报告的资料来自作者与三峡工程指挥部 的工程师们的交谈、作者本人的现场视察结果以及三峡工程指挥 部供应的文字材料。本报告主要说明三峡大坝工程中已出现的意 外问题、偏离正常工程施工要求的做法以及三峡大坝工程后期可 能出现的问题。一、三峡大坝工程进展简介到1997年10月中旬，三峡大坝的一期工程即将完工, 并打算转入二期工程。一期工程按安排要在1997年n月初完工, 完工的标记是长江主航道截流和江水改道进入一期工程中修建 的通渠。在我们考察三峡大坝工程工地的时候，全部船只的航行 均已改用在长江右岸一侧开凿出的通渠，当时这一通渠的过水量 大约占长江总流量每秒两万立方米的百分之三十。我们看到的三峡大坝基建工程主要包括三个方面，即在 长江左岸与中堡岛之间建成一道截断长江主流的拦水坝、浇筑混 凝土的临时船闸、以及在左岸浇筑混凝土坝墙。已完工的工程有 下行航道的人工通渠、上行和下行的堤岸水泥护坡、纵向的水泥 围堰、与人工通渠等长的吊桥、通往宜昌市的新高速马路等，而 挖掘五级式永久船闸、浇筑中堡岛上的混凝土坝体等工程则已有 很大进展。此外，在长江两岸还建起了很多房屋、办公建筑、宾 馆及休闲设施等。二、船闸石壁不稳固工|目前,值得留意的首要问题是开凿船闸航道处两侧石壁 的稳固性。三峡工程部门依据岩心取样的分析结果，明显高估了构成壁墙的闪石、斜长石花岗岩地层的受力性能。由于挖掘过程 会造成突然的不匀称的岩体负载变动，使壁墙的岩体变形，目前 垂直高度达170米的壁墙已经出现了浅表破损。三峡工程部门为 此请来一个挪威的地质工程专家组，该专家组建议实行补救措 施，现在开凿船闸的工程已不得不短暂停了下来。由于以下几个缘由，要解决这个问题可能有困难。首先, 在岩体上开凿船闸后，与岩壁平衡性相关的新的岩体应力重组须 要很多年、甚至几十年时间。假如依据目前的设计建成船闸，在 此岩体应力重组期间，假如壁墙只出现不太常常的破损，那么船 闸本身可能还是基本稳固的，但是船闸石壁的破损早晚会造成通 航船只的损伤，也破坏船闸石壁本身的稳固性。其次，目前船闸 的选址是在与大坝平行的山脊上、位于两侧最高点之间的鞍部, 这样就很难使陡坡变成缓坡，从而加大了船闸分级时的坡度。第 三，由于石床的稳固性比预期的差，这意味着花岗岩石床的裂损 密度将比预料的要高得多，因此大大增加了大坝底部和周边渗水 的可能性，这会造成大坝的底基不稳，而更大的潜在危急则是由 此而引起的上游西陵峡石壁的大规模滑坡。三、长江截流和围堰的建筑长江三峡工程的工程师们所关切的其次个主要问题，是 大坝二期工程的总方案以及大江截流的胜利。在我们参观期间, 工程当局正召集一个紧急技术会议，以应付建筑拦水坝时未曾预 料到的困难。这个问题的根源是，在一期工程中挖掘人工航道时, 人工航道中泥沙的沉积速度之快远远超出了人们的想象。由于泥 沙的沉积，水流在这段人工航道中流速放慢，结果导致长江主航 道的流量和流速都加快了。随着拦水坝越接近合拢，主航道越狭 窄，水流的流速就越快，以至于为建筑拦水坝而倒进江里的大块 石料也被激流卷走，而不能顺坡溜到江底。这种情形造成两种不利的结果，尽管截流的日程表原来 就很紧迫，拦水坝工程的进度还是被迫减缓，同时，又造成江中 中堡岛石料来源的枯竭，现在拦水坝右侧方所需的石料都是从中 堡岛开采的。当我们在现场时，看到两艘大型吸泥船正在不停地 工作，以清除人工航道中出乎预料之多的泥沙沉积。即使拦水坝最终能合拢，二期工程中围堰的建设也可反 映出三峡大坝工程建设中最困难和最冒险的方面。一位三峡大坝 工程的项目评估工程师也很赞成这一看法。围堰在库区一侧紧挨 着拦水坝。由于在三峡大坝工程周边地区缺乏防渗水的材料，围 堰的设计实行了一种极为罕见的方法。目前的设计是，打算用风 化的花岗石来建立围堰，这些风化的花岗石基本上就是砂石，要 把这些砂石倒入水下，也不用任何机械做压紧处理。在这种状况 下，这些砂石是高渗透性的，所以又打算沿着围堰的中轴线浇筑 一道水泥防渗墙。这样，工程设计者的希望是，这层水泥膜能完 全阻挡水流渗透到水泥膜底下极易渗漏的砂石围堰中，从而可以 保证围堰的整体稳固性。施工中将在砂石围堰上成对地钻直径 0.5米的孔，把水泥注入这些孔中。这道水泥膜总共才一米厚， 垂直向下延长到围堰底下的冲积层和河床。这种方法的关键在于，能否保证孔钻得直？因为钻孔中 的任何一点偏斜，都会造成水泥膜的缝隙，而引起渗漏。即使在 建筑工程技术更先进的西方国家,也从未试图在如此大的工程中 依靠于这种方法。三峡工程设计者所采纳的这种施工方案，依据 国际标准，属于老旧的建筑技术。这种建筑技术依靠于提高设计 和施工方案的平安系数，来弥补可能预见得到的缺陷，如水泥质 量的不一样和浇筑时的不精确性。但是，在三峡大坝工程的设计 中，好像事实上并没有采纳提高平安系数的施工方案来弥补其缺 陷。围堰建设的难度和冒险性,不仅反映在这种施工难度很 大又极罕见的围堰设计上，而且还反映在三峡大坝工程师们极为 紧迫的建筑工期上。大江截流的预定日期是1997年11月，而夏 季洪峰预料在来年的5月底就会来到，因此，只有不到七个月的 时间来完成围堰的施工。假如不能在洪峰到来之前建成围堰，就 不行能排净库区的水，也无法起先挖掘大坝的坝基。倘如如此, 建立工程就不得不推迟到雨季之后，大约要到10月才会出现低 水位季节。这样，围堰工程建筑期特别紧迫，完工日期不行变更, 这会造成施工者仓促赶工，因而施工质量受影响的风险大为增 加。围堰平安性的另一问题是,三峡大坝工程施工是按五十 年一遇的洪水设计的，也就是说，假如一场洪水大于五十年一遇 的规模，其汛期流量将超过人工航道的承受力，也将漫过围堰。 倘如围堰只须要保存一到两年，那么按五十年一遇的洪水规模来 设计围堰还不能算是不理性的选择C然而，三峡大坝的二期工程 不是一、两年内即可完成，而是要持续六年，那么，施工期间洪 水超过围堰设计实力的可能性就是五特别之六，即八分之一。还应当考虑到工期可能拖延的问题。在如此大规模的工 程中，工期会因各种缘由而拖延，工期每拖延一年，遇到超过围堰设计实力的洪水的可能性就提高到七分之一；若拖延两年，就 提高到了六分之一。而且，由于人工航道中泥沙还在接着沉积, 其分洪的实力将因而下降，这又进一步加大了洪水漫过围堰的可 能性。三峡工程的工程师们承认，很可能会出现洪水超过围堰承 受实力的状况，他们说有一些应急安排，即在上游水文观测站通 知洪水即将到来的几天之内，把围堰加高。由于围堰设计施工上的缺失是三峡工程潜在的致命伤, 我们对三峡工程师们采纳这种冒险的设计方案特别惊讶。任何漫 过围堰的水都将影响整个工程，包括左岸的发电厂和主溢洪道结 构。一旦出现这样的情形，上游发出了牢靠的短期洪水预报，推 想洪水将超过围堰承受实力时，谨慎的做法应当是预先在施工场 地注满水，让围堰两侧都沉没在水中，从而爱护围堰的基础。待 洪水过后，再排空施工场地的水，清除泥沙，修复被损坏的在建 工程。当然，这样的状况会把工程工期推迟至少一年或者更长。假如工程当局不选择提前注水的方法,而围堰又被水漫 过的话，其后果是，洪水对不紧实的风化花岗岩围堰会大力冲刷, 导致围堰的灾难性损害和严峻后果。首先，整个拦水坝和围堰体 系都不得不重新修建；其次，工程当局必需努力清除从垮掉的围 堰上四散的碎石，因为这些碎石会构成对在建的大坝的广泛损 害。这样的事故毫无疑问地会导致工程延期，要用好几年时间才 能让一切重新上轨道。第三个后果或许更重要，被堵在三峡工程 上游的洪峰一旦失控,就会形成一个超出常见洪峰规模的特大洪 峰，冲击下游35公里处的葛洲坝，危及数百万居民和他们的家 园。鉴于二期工程的建设周期相当长,要六到八年或更长时 间，围堰也要运用这么久。但是，我们获知工程设计人员并未考 虑任何防地震措施，对此也感到相当惊讶。有大量证据显示，在 沿长江两岸和大坝旁边存在着新的地壳构造运动，例如石灰岩底 层的水平断错和间断性的起伏等，三峡地区本身也正经验着与西 藏高原上升相关连的新生代后期变形。工程设计人员尽可能低地 估计此地区地震的危害性，是没有道理的。围堰的外围完全被水 浸泡着，全靠那道未加固的水泥膜来支撑着，即使轻度的地震也 会造成围堰的损毁。四、第三期工程的涡轮发电机系统 ±1除了船闸石壁的稳固性和二期工程围堰的平安性这两 个问题之外，我们会见过的三峡工程师们所担忧的第三个主要问题是，第三期工程中将在右岸发电站组装的其次批12台由中国 制造的涡轮发电机。第三期工程的第一批14台涡轮发电机由外 国厂商供应，其合同中的技术转让条款规定，外国厂家要帮助中 国的企业生产三峡工程所须要的其次批12台涡轮发电机。这些 涡轮发电机的功率达到700兆瓦，相当于中国制造过的最大的 300兆瓦涡轮发电机的两倍多。三峡工程投资的回收将主要依靠这些中国造发电设备 的连续良好运转。三峡工程的工程师们一方面为建立世界上最大 规模的水电站而感到傲慢，但另一方面也承认，他们担忧国产机 组的质量不行靠，可是他们指出，在选用国产机组的问题上，政 治压力可能远远居于技术推断之上。五、结论 上|总而言之，虽然今后几个月内，三峡工程的工程师们在 修建二期围堰时，可能将面临整个工程中最严峻的挑战，但整个 三峡工程大致上还是依据安排进度在推动。对我们来说，二期围 堰的设计和施工所采纳的方法，是一种令人惊异的骑士般的冒险 看法。从低估可能发生的洪水规模、到作出忽视有明显迹象的地 震灾难的决策，三峡工程的工程师们好像情愿与大自然赌一场, 寄希望于在将来的六到八年中，长江的西陵峡段不会发生这两种 自然灾难。依据上面陈述的事实，从我们的专业观点来看，工期建 设周期拖延数年的可能性是很高的，而围堰的灾难性倒塌的风险 也是无法忽视的。然而，令人缺憾的是，我们在三峡大坝工程现 场所闻所见，都在在证明白，国际上工程专业文献以及其他方面 对三峡建设项目的担忧不无道理，这些担忧的焦点是，工程当局 在修建这个长期争议的工程时，甘愿实行一种冒险的看法。迄今为止关于三峡大坝的争辩大部份涉及的是这一工 程的根本目的，而不是施工过程的详细细微环节。我们曾与三峡 工程的工程师们探讨过工程的根本B的这些较大的问题，以下就 三峡项目明智与否这一问题，作一简要的探讨，作为这篇报告的 结论，我们的看法也反映出至今尚没有明确结论的一些问题。建设三峡大坝的主要好处共有三个方面，即限制洪水、 发电和改善航运，这些都有赖于找到解决库区泥沙沉积问题的方 法。然而，通过这次在水库地区的视察，以及了解到在大坝工程 设计中用来估算泥沙沉积量和搬运过程的相对简洁化的计算方 法，我们的结论是，建坝后泥沙沉积对大坝正常运行的负面影响 很快就会暴露出来，而且确定比宣扬得要早得多、大得多（就象 目前已经在人工通渠中发生的那样）。例如，三峡库区有效库容 量的50%多，是由长江的很多支流的狭窄水道和三峡前端宽敞 的河道组成的；随着粗石块很快将沉积于这些支流的狭窄水道, 而泥沙则快速淤积于峡谷前宽敞的河道，三峡水库有效库容的损 失将很可能首先发生在这些地段。在三峡大坝的设计中用于预料水库泥沙沉积动态的是 一维模型。依据我们的一个水库泥沙沉积动态的二维模型的预 料，三峡工程安排中每年一次的水库排水清沙方法，是不行能消 退这些存积在支流和三峡库区前端的沉积物的。事实上在支流进 入长江的入口处，大块石块的滚动几乎是无处不在，可是，在大 坝设计中运用的一维模型里，支流里的石块沉积物被完全忽视 了。三峡水库损失有效库容，就会干脆丢失对洪水的限制实力。我们向三峡工程的工程师们提出了这一问题，也提出了 其它一些担忧，比如航道河底的的淤积物问题、水库上游的洪水 问题、码头和航道的泥沙沉积问题、下游河道河床的衰变问题、 洪水限制对大堤的侵害、对涡轮机的腐蚀、对节制闸门、水槽和 溢洪道的损害等。从三峡工程的工程师们的反应中，可以特别清 晰地看出，他们“没有相关数据”。由于三峡发展集团公司已经 安排在上游的长江主干道和主要支流上再兴建更多的水坝，所 以，三峡工程的工程师们表示，关于三峡水库泥沙沉积问题的探 讨争吵不下，是学究式的探讨，这个问题可以留给别的工程师、 留给将来、在三峡库区以外的别的地方去想方法处理。