让世界级难题俯首（上）
――双线五级船闸施工回顾
□ 本报记者 吴豪强
双线五级船闸是长江船只通过三峡大坝的主要通航建筑物，是三峡建设者在“黄金水道”――长江干流航线上巧夺天工的航运经典之作。三峡工程双线五级船闸的运行总水头和单级输水最大水头、建设规模等，均为世界已建或在建船闸工程之首，其总工程量相当于目前世界上已建成的最大船闸美国邦纳威尔船闸的２０倍以上。
站在２００３年的时间跑道上，回顾双线五级船闸十年建设，三峡建设者攻克的一系列世界级难题以及在攻坚克难过程中探索出来的许多科技创新成果历历在目。本文仅就双线五级船闸建设过程中具有代表性的世界级难题――土石方开挖及高边坡稳定与变形量控制以及混凝土浇筑、金结制造与安装调试这些问题的解决进行简明扼要的阐述。
三峡工程双线五级船闸布置在三峡大坝左侧的山体内，全长６４４２米，其中上游引航道长２１１３米、宽１８０米（口门宽２２０米），船闸主体部分长１６０７米，单级船闸尺寸为２８０米×３４米×５米。下游引航道长２７２２米、宽１２８－１８０米（口门宽２００米），因船闸上下游水头落差为１１３米，故设五级闸室分担水头。
利用高新技术“劈山”
双线五级船闸主体段全部位于新鲜花岗岩基岩内，其两侧高边坡最大开挖深度为１７６米，相邻闸室间保留宽５６米的岩石中隔墩，闸室底部为高约６８．５米的直立墙。闸室采用薄混凝土衬砌墙结构，需依靠山体岩石自身维持结构稳定，深挖高陡岩石边坡的稳定和变形量控制是双线五级船闸开挖成形的施工难点和重点。为船闸结构和运行所需的三条贯穿主体闸室（首）段的纵向输水隧洞和每个闸室两侧开挖的３６个竖井，布置在船闸两侧高边坡和中隔墩岩体内。
１９９４年，三峡工程双线五级船闸开工建设，施工单位武警水电部队在２０个月里搬走了１８座山，开挖土石方１９８５万立方米。但这仅仅是一个开始，只是削掉了船闸浅表的风化岩层。１９９６年３月，三峡工程双线五级船闸二期工程拉开序幕，双线五级船闸二期工程施工，要在花岗岩山体中开挖形成两条最深达１７６米、底部为６８米直立墙的平行深槽，深槽每条宽３７米，深槽之间保留宽５６米的岩石隔墩，直立墙深槽开挖的总体偏差要在２０厘米内，既不能超挖，也不能欠挖。也就是说，既要在坚硬的花岗岩上象“切豆腐”一样垂直深切６８米，又要使其周围的岩石保持稳定，受到的伤害在最小范围内。
为了解决这道世界级难题，水电施工专家进行了５０多组钻爆试 验，终于探索到了适于双线五级船闸结构特点和岩石特性的施工手段和爆破开挖方案。该方案确定，直立墙开挖预留保护层，采用光面爆破和预裂爆破等控制爆破技术，在施工程序上先进行中间槽开挖，后进行侧向保护层及基岩底部保护层开挖。施工时先用液压钻钻孔，每８至１０米为一个下降梯段，进行深孔梯段微差爆破和预裂爆破，除去闸室大范围的岩体。再用手风钻钻孔，进行小梯段光面爆破，除去闸室直立墙结构面３至５米厚的保护层。闸室底部开挖也采用手风钻水平光爆方式进行。光面爆破技术由于严格控制爆破孔径、间距、药量等，爆破切面整齐，岩石松动相对较少。预裂爆破技术则要求先打排洞，使爆破岩体外层和边线部位形成裂缝，然后再向里层爆破，使震波通过裂缝向外传出，减少爆破时向岩体内部的冲击力。手风钻钻孔方式虽然最原始、最简单，但对岩体伤害最小。因此，双线五级船闸开挖最终形成并采取了独具特色的手风钻小梯段爆破开挖方式，从技术上解决了直立墙开挖这一世界难题。１９９９年７月，双线五级船闸开挖基本结束。仅地面土石方开挖量就高达４２５６万立方米，如果把它垒成截面为１平方米的石墙，相当于８座万里长城的长度，可以绕地球赤道一周。在这４２００多万立方米的土石方总开挖量中，进行爆破开挖的坚硬岩石约有２０００余万立方米。
按照人的意志“造峡”
双线五级船闸直立墙开挖这一技术难题虽然解决了，但随之而来的难题是，卸荷后的山体如何保持稳定，使变形量控制在设计允许的范围内？这是直接关系到双线五级船闸能否长期正常运行和过往船只安全与否的关键所在。
１７６米高边坡、４５至６８米的直立墙和５６米中隔墩的锁锚稳定，是国家重大科研攻关项目。为解决高边坡稳定（包括变形控制）问题，国内外专家对其进行了多年的全方位深入研究和探索，制定了较严密的技术路线：一是双向岩质高边坡和中隔墩岩体应具备足够的整体稳定性，长期变形应有严格的控制。二是对高边坡加固采用截、防、排水和岩锚支护的综合处理方案。三是加强施工期和运行期监测，进行动态跟踪反馈设计和研究。四是加强施工控制，特别是爆破控制和适时支护。在这一技术路线的指导下，有关专家制定了高边坡、直立墙、中隔墩的锚固锁定方案。一是用锚索与锚杆对高边坡、直立墙、中隔墩适时进行支护。二是在高边坡、中隔墩设置排水系统降低地下水位。从而达到高边坡、直立墙、中隔墩稳定与变形量最小并满足设计要求的目的。在短短几年时间，施工人员就按 照设计要求约１０万根高强锚杆像农妇“纳鞋底”一样，以２至３米的间距锚入岩层８至１３米，把４０００余索抗拉力为１００吨级至３００吨级、长度从２９米至６０米的锚索像“打膨胀螺钉”一样准确无误地嵌入岩体中，锚索打孔的孔斜误差不能超过１％，其精确度和技术难度为世界之最。
与此同时，施工人员在高边坡和中隔墩上，每２米间距留下一个排水孔，又在边坡内修了７层共１４条排水洞，各层排水洞距船闸边坡面的水平距离为３０至４５米，相邻两层排水洞高差为２５至３３米左右，使渗水自排水孔汇集至排水洞中顺利排出，从而妥善解决了高边坡渗水问题。
实践和施工结果证明，双线五级船闸开挖方式与高边坡稳定与变形量控制技术是成功的，直立墙岩坡表面平整，成型良好。监测结果表明，锚固支护将高边坡、直立墙和中隔墩牢牢锁定在初始位置，整个人工峡谷两岸山体无松动，变形值控制在设计允许的范围之内。
如今，从三峡坝区最高点坛子岭上往下看，今年６月即将通航的双线五级船闸如同一条蛰伏的巨龙，静静地等待着横空出世的时刻。 （未完待续）
发布日期：2003年04月18日
