從險峻航道到黃金水道——記三峽船閘梯級通航系列科研成果

三峽水利樞紐工程。 林海攝

7月的三峽大壩常被煙雲籠罩，晴空之日舉目眺望，大壩左側的三峽船閘開開合合，升船機上下關聯，大船爬“樓梯”，小船坐“電梯”，有序而繁忙。

2023年，三峽船閘通航迎來20周年，有99.3萬餘艘船舶從此過壩，1223.9萬名旅客盡覽三峽大壩的雄偉，19.1億噸貨物暢行三峽……曾經咆哮的江水已變得平靜，險象環生成為過去，“川江不夜航”成為曆史。

高峽平湖泛彩舟

“近20年的科技攻關，一系列原創性成果給三峽—葛洲壩超高水頭梯級樞紐的安全、高效、穩定運作加裝了強有力的‘安全閥’！”長江三峽通航管理局局長齊俊麟由衷感歎。

2003年，三峽水利樞紐開始試驗性蓄水，“高峽出平湖”變為現實。59公裡的三峽航段，逐漸有了“兩壩一峽一機十三閘”，成為長江幹線連接配接中上遊的咽喉要道。

此時，三峽航段形成的壩上庫區航段、兩壩間急流航段和壩下天然航段三段梯級航道，連續最大落差達140米，加上特有的“四灘一彎一關”之險，被世界公認為最複雜的通航環境。

船閘運作無經驗可循，面對多閘運作聯控、通航排程控制、通航保障等諸多難題，如何破解？

三峽通航管理局聯合交通運輸行業10多家科研院所與創新企業，組建近百人的團隊，開展“三峽—葛洲壩梯級通航運作關鍵技術與應用”課題研究，讓科技創新為運維管護賦能。

2019年，衆多原創新科研成果紛紛湧現，建構起的通航運作理論方法、自動控制與智能排程技術、服役裝置評估與快速檢修、通航安全保障技術“四大體系”，讓船舶通航行為規範化、過閘快速化、通航排程智能化等難題迎刃而解。三峽—葛洲壩通航建築物實作了“從用好到好用”“從管好到好管”的蝶變。

挖潛提效築通途

随着“水漲船高”“水落船低”，過閘船舶由此實作“上下樓梯”，這需要三峽雙線5級、葛洲壩3個單級船閘精準地充水、洩水、開門、關門。一個閘室有問題，一條線将癱瘓。

“三峽船閘控制系統的每一項資料，都是經過精确計算而來。一個看似簡單的公式，從設想到運用，要經曆好多年！”談起“通航運作理論方法”的研究，參與其中的長江勘測規劃設計研究有限責任公司機電院副總工程師段波感慨。

“三峽船閘的設計，是之前以船隊為主的運作環境，規劃到2030年通過量達億噸。”段波告訴記者，按照設計标準，一閘室能過6至7個船隊，10分鐘左右進閘。但現在航道變為“有水大家行”，過閘船舶變成以單船為主，進閘的間距被拉大，進閘時間最初高達1小時。

如此效率，如何滿足日益增長的船舶過壩需求？“挖潛提效築通途。”段波介紹道，通過多年的科技創新，船閘通過能力被一分鐘一分鐘地挖掘出來。

三峽通航管理局研發“同步移泊技術”，通過“單船同步進閘”組織方式，實作同閘同排船舶像船隊一樣“捆綁”進閘、出閘、在閘室間移泊，三峽船閘單線從初期一晝夜運作7至9閘次，提升到16至17閘次；優化船閘閥門運作控制參數，實作兩壩船閘最優運作控制，最大化利用閘室面積與水深；實施“葛洲壩三閘合一”“船閘機電水一體”的科研探索……

目前，葛洲壩和三峽船閘實際一次過閘平均載重噸位達1.77萬噸，遠遠高出1.02萬噸的設計能力；三峽過閘船舶吃水控制标準從3.3米提高到4.3米；過閘船舶平均機關能耗從蓄水前的每千噸公裡7.6千克下降到每千噸公裡1.9千克……

檢修技術再創新

作為長江黃金水道的要塞，三峽船閘每檢修一天，一線船閘就要停擺一天，這意味着，約70艘船、28萬噸貨物通航受阻。

為了減少停航，研發“人字門同步頂升”迫在眉睫。船閘大修，重點就是“人字門”。它要頂升起相當于兩個籃球場大、重達900噸的門體，然後查磨損、換配件，再安全回落。

兩壩船閘有36個這樣的“巨無霸”，僅檢修程式就有幾百道。三峽通航管理局正進階工程師李然告訴記者：“頂升一個，就得40名經驗豐富的技術人員同步操作8個千斤頂，耗時一天。若偏差超過1毫米，輕則損傷門體，重則發生傾覆事故。”

面對難題，研發團隊提出，用4個液壓千斤頂實作自動高精度頂升，偏差要求不超過0.5毫米。

眼看檢修日期臨近，“必須按時搞定！”不服輸的研發人員每天隻睡三四個小時，連續22天駐紮在試驗場，突破關鍵核心技術。最終，研發人員搶在檢修前完成升降系統的研發，并一舉試驗成功。

有了這項獨門技術，讓原來需要40人一晝夜才能完成的高風險工作，隻需一摁電鈕，6個人1小時搞定。“那年，停航檢修時間從100多天壓縮到50天。”李然表示，在此基礎上，研發團隊開發了以大型系列檢修裝備、工藝、工法為主的快速檢修體系，船閘停航大修工期由50多天，再縮短到20—30天。

2016年9月三峽升船機試通航，是又一項世界之最。運作時要提起1.55萬噸、相當于20萬人的總重量，且處在一個30米的跳變水位中，存在安全隐患。

為把安全隐患“扼殺在搖籃”，科研人員“量身定做”了一套船舶安全檢測系統，對通過船舶的船速、吃水、位置，進行全方位檢測，解決了升船機“水土不服”的難題。

如今，船舶“坐電梯”過大壩，由300分鐘縮短為50分鐘，豎立的硬币紋絲不動……（記者 何亮 通訊員 劉敏）

來源：科技日報