问题

江河的大坝是怎么建的?

回答
建造一座宏伟的江河大坝,可不是一件简单的事,那是一项集工程智慧、人力物力、自然规律于一体的庞大系统工程。想象一下,你要驯服一条奔腾了千年的巨龙,让它乖乖地为你蓄水、发电、灌溉,这其中的难度可想而知。

首先,一切都始于一个大胆的设想:我们需要一座大坝。这个设想并非凭空而来,而是基于对需求的深刻理解。是为了解决洪水泛滥的问题,让下游的土地免受吞噬?是为了提供源源不断的水资源,滋养干渴的土地?抑或是为了利用江河的巨大能量,转化为我们赖以生存的电力?也许是这些原因的综合考量。一旦目标明确,勘察工作便如同侦探的寻迹,细致入微地展开。

勘察先行,知己知彼

选址是第一步,也是至关重要的一步。工程师们会像画家审视画布一样,仔细研究地图和地形。他们需要找到一个既能有效拦截江河,又具备良好地质条件的地方。这不仅仅是找一个“宽不过窄”的河谷,更要深入地下,探查岩石的强度、稳定性,是否有活动断层,以及地下水的分布情况。地质学家们会钻孔取样,进行各种物理和化学分析,就像医生为病人做体检一样,把地下的情况摸得一清二楚。

与此同时,对河流本身的特性也要了如指掌。水文专家们会测量河流的流量、流速、含沙量,预测不同季节和年份的水量变化。气候学家则会分析区域内的降雨模式和融雪情况。这些数据就像是战斗的地图,决定了未来大坝需要承受的水压有多大,以及它将如何与河流的动态进行博弈。

方案设计,巧夺天工

在掌握了充足的勘察数据后,工程师们便开始构思大坝的“形体”和“骨骼”。大坝的类型多种多样,最常见的有:

重力坝: 就像一座巨大的石墙,靠自身巨大的重量来抵抗水压。它需要大量混凝土或石料,建造在坚固的岩基上。
拱坝: 这种坝体像一道弯曲的拱门,将水压传递到两侧的山体上。它对坝址两侧的山体有很高的要求,但材料使用相对经济。
堆石坝/土石坝: 这是用大量的石头或土壤堆积而成,通常在坝核有粘土层或其他防渗材料。相对柔性,对地基的适应性更强。

设计过程是一个不断权衡和优化的过程。工程师们会利用复杂的计算机模型,模拟不同方案在大水、地震等极端情况下的表现。他们会计算坝体的应力分布,预测可能出现的沉降,甚至要考虑大坝对河流生态的影响。材料的选择也至关重要,混凝土的强度和耐久性,石料的密度和抗风化能力,都需要经过严格的考量。

施工启动,移山填海

一旦设计方案敲定,便进入了轰轰烈烈的施工阶段。这就像是一场宏大的战役,需要调动无数的机械和人力。

1. 导流与截流: 在建造大坝主体之前,必须先把江河的水“绕开”。工程师们会在上游修建导流洞或导流渠,将江水引入其他河道或隧道。有时也会修建临时的围堰,将施工区域的水排干,露出河床。当一切准备就绪,就是“截流”的时刻了。随着一声令下,炸药、推土机齐上阵,将临时围堰炸开或推倒,河水便开始奔涌入预设的导流系统,施工区域逐渐露出真容。

2. 基础处理: 被暴露出来的河床并非可以直接承载如此巨大的建筑。工程师们需要进行精细的基础处理。这包括清除河床上的泥沙和松散岩石,然后进行“固结灌浆”。无数个钻孔被打入地下,注入高压水泥浆液,填塞岩石的缝隙,增强岩基的承载能力和抗渗性。有时甚至会进行“帷幕灌浆”,形成一道地下“水闸”,阻止地下水侵蚀坝基。

3. 主体修建: 这是大坝建造的核心阶段。

混凝土坝: 如果是混凝土重力坝或拱坝,那便是大规模的混凝土浇筑。巨大的搅拌站昼夜不停地运转,将水泥、砂石、水按精确比例混合,然后通过输送带或管道送往坝体。混凝土需要分层浇筑,每一层都必须经过充分振捣,确保密实无气泡。为了防止混凝土在水化过程中产生的热量导致开裂,工程师们会在混凝土内部预埋冷却水管,不断循环冷却水。
堆石坝/土石坝: 如果是堆石坝或土石坝,那便是成千上万的卡车在忙碌。它们从远处运来大量的石料或土壤,按照设计的要求,一层层、一块块地堆积起来。大型压路机和震动器会反复碾压,使堆积的材料更加密实。对于有防渗要求的区域,会精心铺设粘土层或土工膜,并进行严格的压实和检测。

4. 闸门安装与附属工程: 在主体结构逐渐成形的同时,泄洪闸、发电厂房、输水管道等附属工程也在同步进行。闸门的安装需要极高的精度,它们是控制水量、调节水位的重要部件。发电厂房的建设则需要安装大型水轮发电机组,将水能转化为电能。

验收与运行,责任重大

当大坝的主体工程完工,意味着这项艰巨的任务即将画上句号,但责任却刚刚开始。工程师们会进行一系列严苛的验收,包括各项材料的检测、结构的稳定性评估、水密性测试等等。只有通过了所有的检验,大坝才能正式投入运行。

一旦投入使用,大坝的“健康状况”将受到持续的监测。传感器会被安装在坝体各处,实时监测温度、应力、沉降等数据。水文工程师会密切关注水库的蓄水情况,发电调度人员则需要根据电力需求和来水情况,精确控制闸门的开启和关闭。

建造一座大坝,是一项对人类智慧和勇气的巨大考验,它不仅仅是钢筋水泥的堆砌,更是对自然力量的理解、尊重和巧妙利用。从最初的设想,到地下的探索,再到如火如荼的建设,最后到日夜守护的运行,每一步都凝聚着无数人的心血和汗水。这座巍峨的建筑,承载着强大的能量,也承载着人们对美好生活的期盼。

网友意见

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前面已经有很多回答,关于截流和截流后江水怎么走,

@杨哲

的回答已经很完善,那个简图也非常清晰明了。但是,这个方案只适合于不通航河段,在通航河段这样做会导致断航。

通航河段的截流设计就需要考虑航运需要,三峡工程的截流可以说是考虑河道通航要求的截流施工组织经典案例。

先来看看原来的江面:


整个三峡工程建设期间,为了保证长江“黄金水道”不断航,采用了“三期导流,两次截流”的施工组织设计。

一期导流(1993~1997)

一期工程在右岸(河流的左右岸为面向下游时的方向)开挖导流明渠,期间用纵向围堰(顺河向为纵向,与河道垂直为横向)将基坑与长江分隔开。在导流明渠开挖施工过程中,江水从左岸主河道下泄,航运仍然走主河道(因为河道收窄,水流速度会比未施工时变大,这会对航运的通过能力有一定的影响,所以导流明渠多宽,一期的主河道多宽都是经过复杂的水力学计算的)。

另外,大家可以看到左岸的山体中有两条灰色的部分,分别是永久船闸和临时船闸,这两条船闸也在此时进行开挖,但是与河道之间无影响。顺便说一句,三峡船闸的开挖量巨大,而且有很多高边坡稳定问题,涉及到的挑战都是世界级的。土木工程不只是简单的挖挖挖建建建,虽然现场看上去各种傻大黑粗,实际上技术含量是非常高的。

细心的知友会发现在一期土石围堰的内侧(右岸)还有一条混凝土纵向围堰,别急,它马上就要出场了。

二期导流(1998~2003)

当当当,这是二期导流时的施工平面图,此时左岸大江被围堰挡住,江水从一期挖好的导流明渠下泄,航运自然也是走这里了。

从一期导流转入二期导游的里程碑节点就是1997年11月8日的三峡大江截流,当年也是在CCTV直播的,现场那叫一个热门,锣鼓喧天,彩旗招展……打住打住,总之大家一定是印象深刻的。不过要说的是,三峡工程因为防洪考虑,所以选择了现在这个坝址,江面宽,水量大,所以截流的工程很大,自然场面也很热闹。而现在在上游峡谷修筑的大型水电站,则相对来说河道窄,水量少,截面的场面就很冷清。

大江截流之前,一期的土石围堰先拆除,留下混凝土纵向围堰,与二期的上、下游围堰一起围出基坑。三峡二期工程的主要工作是除了右岸的部分坝段以外大坝主体的浇筑,同时临时船闸也要修建完毕,工程量巨大的永久船闸也在建设中。

三期导流(2004~2009)

三期工程的主战场再一次回到右岸,此时大部分坝体已经完工,江水由中部的泄洪坝段下泄,而航运则是先通过临时船闸进行。到了后期蓄水之后,双线五级永久船闸正式闪亮登场!临时船闸则改建为升船机。当然,在蓄水的过程中,长江还是不可避免的有67天断航。

三峡工程的二次截流即为2002年11月6日的导流明渠截流。三峡二次截流的难度远大于大江截流。大江截流是在800米宽的长江主河床进行的,而导流明渠截流是在350米宽、水流汹涌的窄渠上进行的,其落差和截流流量都大于大江截流,施工条件较差,连续高强度抛投施工压力大,截流戗堤进占中水流条件异常复杂,施工场面非常惊险壮观。

细心的知友可能发现,两次截流都是在11月初,当然,如果用心查一下的话,你会发现,几乎所以大型大电站的截流都在11月初。这样做的好处是显而易见的:首先截流肯定要选在枯水期水少的时候,汛期滚滚江水中想截流谁也做不到;同时截流只是用土石形成围堰挡住江水,为了之后汛期还能正常挡水,围堰还需要加高,还要修防渗墙,这些工程都必须抢在下一个汛期来临之前完成。所以,几乎所有水电站的截流都选在枯水期刚来临的11月初。

三期工程的主要土建工作是右岸坝体的浇筑,当然此时左岸也没闲着,发电机组的安装也是在紧张有序的进行的。

最后来一张完工后的枢纽布置图:

顺便说一下,大坝建完后,三期围堰的爆破拆除也是一项超级技术活。你想,要炸掉整个混凝土纵向围堰,但又不能让近在咫尺的混凝土大坝有丝毫损伤,这是一项拿着屠龙刀绣花的细活。

再来几张截流时的现场照片:

这是快合龙的时候,江水已经非常湍急。注意看现场的施工人员和车轮的比例,嗯,这些自卸车的车轮直径都在2米以上,跟它们相比,平时我们说的马路杀手的大卡车神马的都弱暴了。

这是截流时的围堰备料,很大的钢筋石笼,但是还是会被江水冲走。二次截流上下游围堰总工程量为310万方,截流前备料560万方,综合备料系数达到1.6,这是非常高的。二次截流过程中大坝22个导流底孔分担了90%的下泄流量,有效降低了龙口的流量和流速。

这是龙口合龙的时刻。

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