三峡工程水库大坝安全及长期运用研究与监测检验分析

摘要：三峡工程是世界已建最大的水利水电工程，具有防洪、发电、航运、水资源综合利用等巨大效益，是治理开发和保护长江的关键性骨干工程。三峡水库大坝的安全和长期运用，关系到数百万人民生命财产安全和工程效益的发挥。本文重点阐述三峡水库大坝安全及长期运用研究的大坝稳定、泄洪消能、混凝土耐久性、大坝抗震及防护安全，水库泥沙淤积、地质灾害防治、水环境保护等问题及其设计釆取的工程措施，并对蓄水运行以来的监测成果进行了分析，表明水库大坝运行安全可靠，可长期运用。

关键词：水库；大坝安全；长期运用；三峡工程

中图法分类号：TV698.1 文献标志码：A DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2018.0301

1 概述

三峡工程坝址在湖北省宜昌市三斗坪镇，设计正常蓄水位175.0m，相应库容393.0亿m3；校核洪水位180.4m，水库总库容450.4亿m3；防洪限制水位145.0m，防洪库容221.5亿m3。枢纽建筑物由拦河大坝、水电站厂房、通航建筑物和茅坪溪防护坝等组成。枢纽总体布置（见图1）格局为：拦河大坝泄洪坝段位于河床中部，即原主河槽部位，两侧为厂房坝段及非溢流坝段；茅坪溪防护坝位于拦河大坝右侧上游1km的茅坪溪出口处。水电站厂房位于厂房坝段坝后，地下电站布置在右岸；通航建筑物双线五级船闸和升船机均布置在左岸。

拦河大坝为混凝土重力坝、坝顶高程185.0m，坝顶总长2 309.5m，最大坝高181.0m；茅坪溪防护坝位于拦河大坝右坝肩上游约1.0km，为沥青混凝土心墙土石坝，坝顶高程185.0m，在坝顶迎水侧设高1.5m的防浪墙，坝顶总长1 840.0m，最大坝高104.0m。水电站分左右岸坝后式厂房和右岸地下厂房。共安装32台700MW水轮发电机组，另设枢纽电源电站安装2台50MW机组，三峡水电站总装机容量22 500MW，设计多年平均年发电量882亿kW·h。通航建筑物由船闸和升船机组成。船闸为双线五级连续船闸，可通过万吨级船队；升船机采用齿轮齿条爬升平衡重式垂直升船机，可通过3 000t级客货轮。

三峡工程于1994年12月开工建设，1997年11月6日大江截流成功，1998年开始施工左岸大坝和电站厂房，2002年11月6日导流明渠截流；左岸泄洪坝段、左厂房坝段、非溢流坝段及升船机上闸首建成挡水；2003年6月，水库蓄水至135.0m水位，7月左岸电站首批机组发电，双线五级连续船闸通航，进入围堰挡水发电期。2004年右岸大坝及电站厂房开始施工，2005年左岸电站14台机组全部投产，2006年6月右岸大坝混凝土施工至坝顶高程185.0m，6月三期上游碾压混凝土围堰爆破拆除，拦河大坝全线挡水，10月水库蓄水至156.0m水位，提前一年进入初期运行期。2007年右岸电站7台机组投产，2008年8月，大坝及电站厂房和双线五级连续船闸全部完建，具备蓄水至正常蓄水位175.0m的条件；移民工程12座县城和114座集镇整体迁建完成，库区移民安置、库区清理、地质灾害防治、水污染防治、生态环境保护、文物保护等专项，经主管部门组织验收，可满足水库蓄水至175.0m水位的要求。国务院三峡工程建设委员会批准三峡工程2008年汛末实施175.0m试验性蓄水，三峡工程进入正常运行前的试验性运行时段。

针对三峡工程水库大坝运行安全及长期使用问题，设计深入研究了枢纽建筑物大坝在设计水位及校核水位运行安全、泄洪安全、抗震安全和防护安全；三峡水库泥沙淤积防治及长期运用、库区地质灾害防治、水库水汚染防治及水质保护问题。三峡工程试验性蓄水运行至2016年已实施9年，2010年至2016年連续7年蓄水至175.0m水位，枢纽工程和库区移民工程经受了设计水位的检验，枢纽建筑物及金属结构和水轮发电机组及其设备运行安全，库区移民工程建筑物及其设施运行安全。

2 大坝安全运行及长期运用问题

2.1 拦河大坝安全运行及长期运用问题

2.1.1 拦河大坝泄洪消能安全问题

（1）拦河大坝泄洪消能设施结构布置

拦河大坝泄洪消能设施的布置兼顾了水库防洪调度、工程防护、水库排沙和排漂等不同功能的要求。大坝设计按千年一遇洪水流量98 800m3/s，相应挡水位175m；校核按万年一遇洪水加大10%洪水流量124，300m3/s，相应挡水位180.4m。根据三峡水库防洪调度规划，要求枢纽在汛期防洪限制水位145m具有下泄洪水流量56 700m3/s的能力；在库水位166.9m时，具有下泄洪水流量70 000m3/s的能力；遇设计洪水和校核洪水，按敞泄运用，要求枢纽在校核洪水时具有100 000m3/s以上的泄流能力。由于枢纽的泄洪量大、上游水位变幅大，大坝泄洪设施需布置深孔以满足低水位时的泄洪要求，并设表孔满足设计洪水和校核洪水泄洪要求。从水库排沙考虑，要求深孔进口高程低于电站进水口高程，并布置相应的排沙设施。综合防洪、排沙、工程防护、厂前排漂等因素，经多方案综合比较，大坝永久泄洪设施采用23个深孔、22个表孔相间布置；表孔下部布置22个导流底孔（已回填混凝土封堵）。

泄洪表孔22个，跨缝设在两坝段之间，堰顶高程158m，孔宽8m，设2道平板闸门。表孔泄槽研究了长隔墩和短隔墩两种布置方案，经试验研究表孔与深孔采用沿坝面设长隔墙分开，鼻坎为平滑挑坎，前后错开布置方案。深孔位于坝段中部，进口底高程90m，孔口尺寸7m×9m，百年一遇以下洪水均由泄洪深孔渲泄，同时深孔与导流底孔共同担负三期施工导流及围堰发电期度汛任务。深孔设计水头85m，孔中流速达35m/s。泄洪深孔经试验论证，选用有压短管接明流泄槽跌坎掺气型式，跌坎高度为1.5m，跌坎后设有通气孔。导流底孔承担三期工程施工导截流及围堰挡水发电期间泄流任务，进口高程56m、57m，孔口尺寸6m×8.5m，最大运用水头84m，出口流速达32.2m/s。由于导流底孔进出口高程低，受下游淹没影响大，底孔下游水流流态复杂，综合考虑结构安全、方便施工，抗磨和水力学条件等因素，选用有压长管、跨缝布置，经模型试验成果表明，各孔口水流在泄槽内无扩散及收缩现象，流态较平稳；为避免底孔横缝使高速水流分离形成局部低压区，造成空蚀破坏，对导流底孔6m宽的底板上二期浇筑1m厚钢筋混凝土跨缝板。运行检验表明，三层孔口布置及体型是合适的。