从险峻航道到黄金水道——记三峡船闸梯级通航系列科研成果

 

三峡水利枢纽工程。 林海摄

 

7月的三峡大坝常被烟云笼罩，晴空之日举目眺望，大坝左侧的三峡船闸开开合合，升船机上下联动，大船爬“楼梯”，小船坐“电梯”，有序而繁忙。

 

2023年，三峡船闸通航迎来20周年，有99.3万余艘船舶从此过坝，1223.9万名旅客尽览三峡大坝的雄伟，19.1亿吨货物畅行三峡……曾经咆哮的江水已变得平静，险象环生成为过去，“川江不夜航”成为历史。

 

高峡平湖泛彩舟

 

“近20年的科技攻关，一系列原创性成果给三峡—葛洲坝超高水头梯级枢纽的安全、高效、稳定运行加装了强有力的‘安全阀’！”长江三峡通航管理局局长齐俊麟由衷感叹。

 

2003年，三峡水利枢纽开始试验性蓄水，“高峡出平湖”变为现实。59公里的三峡航段，逐渐有了“两坝一峡一机十三闸”，成为长江干线连接中上游的咽喉要道。

 

此时，三峡航段形成的坝上库区航段、两坝间急流航段和坝下天然航段三段梯级航道，连续最大落差达140米，加上特有的“四滩一弯一关”之险，被世界公认为最复杂的通航环境。

 

船闸运行无经验可循，面对多闸运行联控、通航调度控制、通航保障等诸多难题，如何破解？

 

三峡通航管理局联合交通运输行业10多家科研院所与创新企业，组建近百人的团队，开展“三峡—葛洲坝梯级通航运行关键技术与应用”课题研究，让科技创新为运维管护赋能。

 

2019年，众多原创新科研成果纷纷涌现，建构起的通航运行理论方法、自动控制与智能调度技术、服役设备评估与快速检修、通航安全保障技术“四大体系”，让船舶通航行为规范化、过闸快速化、通航调度智能化等难题迎刃而解。三峡—葛洲坝通航建筑物实现了“从用好到好用”“从管好到好管”的蝶变。

 

挖潜提效筑通途

 

随着“水涨船高”“水落船低”，过闸船舶由此实现“上下楼梯”，这需要三峡双线5级、葛洲坝3个单级船闸精准地充水、泄水、开门、关门。一个闸室有问题，一条线将瘫痪。

 

“三峡船闸控制系统的每一项数据，都是经过精确计算而来。一个看似简单的公式，从设想到运用，要经历好多年！”谈起“通航运行理论方法”的研究，参与其中的长江勘测规划设计研究有限责任公司机电院副总工程师段波感慨。

 

“三峡船闸的设计，是之前以船队为主的运行环境，规划到2030年通过量达亿吨。”段波告诉记者，按照设计标准，一闸室能过6至7个船队，10分钟左右进闸。但现在航道变为“有水大家行”，过闸船舶变成以单船为主，进闸的间距被拉大，进闸时间最初高达1小时。

 

如此效率，如何满足日益增长的船舶过坝需求？“挖潜提效筑通途。”段波介绍道，通过多年的科技创新，船闸通过能力被一分钟一分钟地挖掘出来。

 

三峡通航管理局研发“同步移泊技术”，通过“单船同步进闸”组织方式，实现同闸同排船舶像船队一样“捆绑”进闸、出闸、在闸室间移泊，三峡船闸单线从初期一昼夜运行7至9闸次，提升到16至17闸次；优化船闸阀门运行控制参数，实现两坝船闸最优运行控制，最大化利用闸室面积与水深；实施“葛洲坝三闸合一”“船闸机电水一体”的科研探索……

 

目前，葛洲坝和三峡船闸实际一次过闸平均载重吨位达1.77万吨，远远高出1.02万吨的设计能力；三峡过闸船舶吃水控制标准从3.3米提高到4.3米；过闸船舶平均单位能耗从蓄水前的每千吨公里7.6千克下降到每千吨公里1.9千克……

 

检修技术再创新

 

作为长江黄金水道的要塞，三峡船闸每检修一天，一线船闸就要停摆一天，这意味着，约70艘船、28万吨货物通航受阻。

 

为了减少停航，研发“人字门同步顶升”迫在眉睫。船闸大修，重点就是“人字门”。它要顶升起相当于两个篮球场大、重达900吨的门体，然后查磨损、换配件，再安全回落。

 

两坝船闸有36个这样的“巨无霸”，仅检修程序就有几百道。三峡通航管理局正高级工程师李然告诉记者：“顶升一个，就得40名经验丰富的技术人员同步操作8个千斤顶，耗时一天。若偏差超过1毫米，轻则损伤门体，重则发生倾覆事故。”

 

面对难题，研发团队提出，用4个液压千斤顶实现自动高精度顶升，偏差要求不超过0.5毫米。

 

眼看检修日期临近，“必须按时搞定！”不服输的研发人员每天只睡三四个小时，连续22天驻扎在试验场，突破关键核心技术。最终，研发人员抢在检修前完成升降系统的研发，并一举试验成功。

 

有了这项独门技术，让原来需要40人一昼夜才能完成的高风险工作，只需一摁电钮，6个人1小时搞定。“那年，停航检修时间从100多天压缩到50天。”李然表示，在此基础上，研发团队开发了以大型系列检修装备、工艺、工法为主的快速检修体系，船闸停航大修工期由50多天，再缩短到20—30天。

 

2016年9月三峡升船机试通航，是又一项世界之最。运行时要提起1.55万吨、相当于20万人的总重量，且处在一个30米的跳变水位中，存在安全隐患。

 

为把安全隐患“扼杀在摇篮”，科研人员“量身定做”了一套船舶安全检测系统，对通过船舶的船速、吃水、位置，进行全方位检测，解决了升船机“水土不服”的难题。

 

如今，船舶“坐电梯”过大坝，由300分钟缩短为50分钟，竖立的硬币纹丝不动……（记者 何亮 通讯员 刘敏）