長江三峽大壩工程現(xiàn)場考察報(bào)告列昂那德

1、長江三峽大壩工程現(xiàn)場考察報(bào)告列昂那德.斯克拉(Leonard Sklar) 艾米.露爾絲(Amy Luers)一、三峽大壩工程進(jìn)展簡介二、船閘石壁不穩(wěn)固三、長江截流和圍堰的建筑四、第三期工程的渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)五、結(jié)論1997年10月，美國的一個工程師代表團(tuán)應(yīng)中國三峽大 壩工程建設(shè)指揮部總指揮邀請，到三峽工程工地作現(xiàn)場考察，我 們是該代表團(tuán)的成員。本報(bào)告的資料來自作者與三峽工程指揮部 的工程師們的交談、作者本人的現(xiàn)場觀察結(jié)果以及三峽工程指揮 部提供的文字材料。本報(bào)告主要說明三峽大壩工程中已出現(xiàn)的意 外問題、偏離正常工程施工要求的做法以及三峽大壩工程后期可 能出現(xiàn)的問題。一、三峽大壩工程進(jìn)展簡介到1

2、997年10月中旬，三峽大壩的一期工程即將完工， 并準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入二期工程。一期工程按計(jì)劃要在1997年11月初完工， 完工的標(biāo)志是長江主航道截流和江水改道進(jìn)入一期工程中修建 的通渠。在我們考察三峽大壩工程工地的時候，所有船只的航行 均已改用在長江右岸一側(cè)開鑿出的通渠，當(dāng)時這一通渠的過水量 大約占長江總流量每秒兩萬立方米的百分之三十。我們看到的三峽大壩基建工程主要包括三個方面，即在 長江左岸與中堡島之間建成一道截?cái)嚅L江主流的攔水壩、澆筑混 凝土的臨時船閘、以及在左岸澆筑混凝土壩墻。已完工的工程有 下行航道的人工通渠、上行和下行的堤岸水泥護(hù)坡、縱向的水泥 圍堰、與人工通渠等長的吊橋、通往宜昌市的新高速

3、公路等，而 挖掘五級式永久船閘、澆筑中堡島上的混凝土壩體等工程則已有 很大進(jìn)展。此外，在長江兩岸還建起了許多房屋、辦公建筑、賓 館及休閑設(shè)施等。二、 船閘石壁不穩(wěn)固目前，值得注意的首要問題是開鑿船閘航道處兩側(cè)石壁 的穩(wěn)固性。三峽工程部門根據(jù)巖心取樣的分析結(jié)果，顯然高估了構(gòu)成壁墻的閃石、斜長石花崗巖地層的受力性能。由于挖掘過程 會造成突然的不均勻的巖體負(fù)載變動，使壁墻的巖體變形，目前 垂直高度達(dá)170米的壁墻已經(jīng)出現(xiàn)了淺表破損。三峽工程部門為 此請來一個挪威的地質(zhì)工程專家組，該專家組建議采取補(bǔ)救措 施，現(xiàn)在開鑿船閘的工程已不得不暫時停了下來。由于以下幾個原因，要解決這個問題可能有困難。首先， 在

4、巖體上開鑿船閘后，與巖壁平衡性相關(guān)的新的巖體應(yīng)力重組需 要很多年、甚至幾十年時間。如果按照目前的設(shè)計(jì)建成船閘，在 此巖體應(yīng)力重組期間，如果壁墻只出現(xiàn)不太經(jīng)常的破損，那么船 閘本身可能還是基本穩(wěn)固的，但是船閘石壁的破損早晚會造成通 航船只的損傷，也破壞船閘石壁本身的穩(wěn)固性。其次，目前船閘 的選址是在與大壩平行的山脊上、位于兩側(cè)最高點(diǎn)之間的鞍部， 這樣就很難使陡坡變成緩坡，從而加大了船閘分級時的坡度。第 三，由于石床的穩(wěn)固性比預(yù)期的差，這意味著花崗巖石床的裂損 密度將比預(yù)計(jì)的要高得多，因此大大增加了大壩底部和周邊滲水 的可能性，這會造成大壩的底基不穩(wěn)，而更大的潛在危險(xiǎn)則是由 此而引起的上游西陵峽石

5、壁的大規(guī)?；隆Ｈ?、長江截流和圍堰的建筑L!長江三峽工程的工程師們所關(guān)心的第二個主要問題，是 大壩二期工程的總方案以及大江截流的成功。在我們參觀期間， 工程當(dāng)局正召集一個緊急技術(shù)會議，以應(yīng)付建筑攔水壩時未曾預(yù) 料到的困難。這個問題的根源是，在一期工程中挖掘人工航道時， 人工航道中泥沙的沉積速度之快遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的想象。由于泥 沙的沉積，水流在這段人工航道中流速放慢，結(jié)果導(dǎo)致長江主航 道的流量和流速都加快了。隨著攔水壩越接近合攏，主航道越狹 窄，水流的流速就越快，以至于為建筑攔水壩而倒進(jìn)江里的大塊 石料也被激流卷走，而不能順坡溜到江底。這種情形造成兩種不利的結(jié)果，盡管截流的日程表本來 就很緊迫，

6、攔水壩工程的進(jìn)度還是被迫減緩，同時，又造成江中 中堡島石料來源的枯竭，現(xiàn)在攔水壩右側(cè)方所需的石料都是從中 堡島開采的。當(dāng)我們在現(xiàn)場時，看到兩艘大型吸泥船正在不停地 工作，以清除人工航道中出乎預(yù)料之多的泥沙沉積。即使攔水壩最終能合攏，二期工程中圍堰的建設(shè)也可反 映出三峽大壩工程建設(shè)中最困難和最冒險(xiǎn)的方面。一位三峽大壩 工程的項(xiàng)目評估工程師也很贊成這一看法。圍堰在庫區(qū)一側(cè)緊挨著攔水壩。由于在三峽大壩工程周邊地區(qū)缺乏防滲水的材料，圍 堰的設(shè)計(jì)采取了一種極為罕見的方法。目前的設(shè)計(jì)是，準(zhǔn)備用風(fēng) 化的花崗石來建造圍堰，這些風(fēng)化的花崗石基本上就是砂石，要 把這些砂石倒入水下，也不用任何機(jī)械做壓緊處理。在這種

7、情況 下，這些砂石是高滲透性的，所以又準(zhǔn)備沿著圍堰的中軸線澆筑 一道水泥防滲墻。這樣，工程設(shè)計(jì)者的希望是，這層水泥膜能完 全阻止水流滲透到水泥膜底下極易滲漏的砂石圍堰中，從而可以 保證圍堰的整體穩(wěn)固性。施工中將在砂石圍堰上成對地鉆直徑 0.5米的孔，把水泥注入這些孔中。這道水泥膜總共才一米厚， 垂直向下延伸到圍堰底下的沖積層和河床。這種方法的關(guān)鍵在于，能否保證孔鉆得直？因?yàn)殂@孔中 的任何一點(diǎn)偏斜，都會造成水泥膜的縫隙，而引起滲漏。即使在 建筑工程技術(shù)更先進(jìn)的西方國家，也從未試圖在如此大的工程中 依賴于這種方法。三峽工程設(shè)計(jì)者所采用的這種施工方案，按照 國際標(biāo)準(zhǔn)，屬于老舊的建筑技術(shù)。這種建筑技術(shù)

8、依賴于提高設(shè)計(jì) 和施工方案的安全系數(shù)，來彌補(bǔ)可能預(yù)見得到的缺陷，如水泥質(zhì) 量的不一致和澆筑時的不精確性。但是，在三峽大壩工程的設(shè)計(jì) 中，似乎實(shí)際上并沒有采用提高安全系數(shù)的施工方案來彌補(bǔ)其缺 陷。圍堰建設(shè)的難度和冒險(xiǎn)性，不僅反映在這種施工難度很 大又極罕見的圍堰設(shè)計(jì)上，而且還反映在三峽大壩工程師們極為 緊迫的建筑工期上。大江截流的預(yù)定日期是1997年11月，而夏 季洪峰預(yù)計(jì)在來年的5月底就會來到，因此，只有不到七個月的 時間來完成圍堰的施工。如果不能在洪峰到來之前建成圍堰，就 不可能排凈庫區(qū)的水，也無法開始挖掘大壩的壩基。倘若如此， 建造工程就不得不推遲到雨季之后，大約要到10月才會出現(xiàn)低 水位

9、季節(jié)。這樣，圍堰工程建筑期非常緊迫，完工日期不可變更， 這會造成施工者倉促趕工，因而施工質(zhì)量受影響的風(fēng)險(xiǎn)大為增 加。圍堰安全性的另一問題是，三峽大壩工程施工是按五十 年一遇的洪水設(shè)計(jì)的，也就是說，如果一場洪水大于五十年一遇 的規(guī)模，其汛期流量將超過人工航道的承受力，也將漫過圍堰。 倘若圍堰只需要保存一到兩年，那么按五十年一遇的洪水規(guī)模來 設(shè)計(jì)圍堰還不能算是不理性的選擇。然而，三峽大壩的二期工程 不是一、兩年內(nèi)即可完成，而是要持續(xù)六年，那么，施工期間洪 水超過圍堰設(shè)計(jì)能力的可能性就是五十分之六，即八分之一。還應(yīng)當(dāng)考慮到工期可能拖延的問題。在如此大規(guī)模的工 程中，工期會因各種原因而拖延，工期每拖延

10、一年，遇到超過圍堰設(shè)計(jì)能力的洪水的可能性就提高到七分之一；若拖延兩年，就 提高到了六分之一。而且，由于人工航道中泥沙還在繼續(xù)沉積， 其分洪的能力將因而下降，這又進(jìn)一步加大了洪水漫過圍堰的可 能性。三峽工程的工程師們承認(rèn)，很可能會出現(xiàn)洪水超過圍堰承 受能力的情況，他們說有一些應(yīng)急計(jì)劃，即在上游水文觀測站通 知洪水即將到來的幾天之內(nèi)，把圍堰加高。由于圍堰設(shè)計(jì)施工上的缺失是三峽工程潛在的致命傷， 我們對三峽工程師們采用這種冒險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方案非常吃驚。任何漫 過圍堰的水都將影響整個工程，包括左岸的發(fā)電廠和主溢洪道結(jié) 構(gòu)。一旦出現(xiàn)這樣的情形，上游發(fā)出了可靠的短期洪水預(yù)報(bào)，推 測洪水將超過圍堰承受能力時，謹(jǐn)慎

11、的做法應(yīng)該是預(yù)先在施工場 地注滿水，讓圍堰兩側(cè)都淹沒在水中，從而保護(hù)圍堰的基礎(chǔ)。待 洪水過后，再排空施工場地的水，清除泥沙，修復(fù)被損壞的在建 工程。當(dāng)然，這樣的情況會把工程工期推遲至少一年或者更長。如果工程當(dāng)局不選擇提前注水的方法，而圍堰又被水漫 過的話，其后果是，洪水對不緊實(shí)的風(fēng)化花崗巖圍堰會大力沖刷， 導(dǎo)致圍堰的災(zāi)難性損害和嚴(yán)重后果。首先，整個攔水壩和圍堰體 系都不得不重新修建；其次，工程當(dāng)局必須努力清除從垮掉的圍 堰上四散的碎石，因?yàn)檫@些碎石會構(gòu)成對在建的大壩的廣泛損 害。這樣的事故毫無疑問地會導(dǎo)致工程延期，要用好幾年時間才 能讓一切重新上軌道。第三個后果也許更重要，被堵在三峽工程 上游

12、的洪峰一旦失控，就會形成一個超出常見洪峰規(guī)模的特大洪 峰，沖擊下游35公里處的葛洲壩，危及數(shù)百萬居民和他們的家 園。鑒于二期工程的建設(shè)周期相當(dāng)長，要六到八年或更長時 間，圍堰也要使用這么久。但是，我們獲知工程設(shè)計(jì)人員并未考 慮任何防地震措施，對此也感到相當(dāng)吃驚。有大量證據(jù)顯示，在 沿長江兩岸和大壩附近存在著新的地殼構(gòu)造運(yùn)動，例如石灰?guī)r底 層的水平斷錯和間斷性的起伏等，三峽地區(qū)本身也正經(jīng)歷著與西 藏高原上升相關(guān)連的新生代后期變形。工程設(shè)計(jì)人員盡可能低地 估計(jì)此地區(qū)地震的危害性，是沒有道理的。圍堰的外圍完全被水 浸泡著，全靠那道未加固的水泥膜來支撐著，即使輕度的地震也 會造成圍堰的損毀。四、第三期

13、工程的渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 四除了船閘石壁的穩(wěn)固性和二期工程圍堰的安全性這兩 個問題之外，我們會見過的三峽工程師們所擔(dān)憂的第三個主要問題是，第三期工程中將在右岸發(fā)電站組裝的第二批12臺由中國 制造的渦輪發(fā)電機(jī)。第三期工程的第一批14臺渦輪發(fā)電機(jī)由外 國廠商提供，其合同中的技術(shù)轉(zhuǎn)讓條款規(guī)定，外國廠家要幫助中 國的企業(yè)生產(chǎn)三峽工程所需要的第二批12臺渦輪發(fā)電機(jī)。這些 渦輪發(fā)電機(jī)的功率達(dá)到700兆瓦，相當(dāng)于中國制造過的最大的 300兆瓦渦輪發(fā)電機(jī)的兩倍多。三峽工程投資的回收將主要依賴這些中國造發(fā)電設(shè)備 的連續(xù)良好運(yùn)轉(zhuǎn)。三峽工程的工程師們一方面為建造世界上最大 規(guī)模的水電站而感到驕傲，但另一方面也承認(rèn)，他們

14、擔(dān)心國產(chǎn)機(jī) 組的質(zhì)量不可靠，可是他們指出，在選用國產(chǎn)機(jī)組的問題上，政 治壓力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)居于技術(shù)判斷之上。五、結(jié)論由總而言之，雖然今后幾個月內(nèi)，三峽工程的工程師們在 修建二期圍堰時，可能將面臨整個工程中最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但整個 三峽工程大致上還是按照計(jì)劃進(jìn)度在推進(jìn)。對我們來說，二期圍 堰的設(shè)計(jì)和施工所采用的方法，是一種令人驚訝的騎士般的冒險(xiǎn) 態(tài)度。從低估可能發(fā)生的洪水規(guī)模、到作出忽視有明顯跡象的地 震災(zāi)害的決策，三峽工程的工程師們似乎情愿與大自然賭一場， 寄希望于在未來的六到八年中，長江的西陵峽段不會發(fā)生這兩種 自然災(zāi)害。根據(jù)上面陳述的事實(shí)，從我們的專業(yè)觀點(diǎn)來看，工期建 設(shè)周期拖延數(shù)年的可能性是很高的

15、，而圍堰的災(zāi)難性崩塌的風(fēng)險(xiǎn) 也是無法忽略的。然而，令人遺憾的是，我們在三峽大壩工程現(xiàn) 場所聞所見，都在在證明了，國際上工程專業(yè)文獻(xiàn)以及其他方面 對三峽建設(shè)項(xiàng)目的擔(dān)憂不無道理，這些擔(dān)憂的焦點(diǎn)是，工程當(dāng)局 在修建這個長期爭議的工程時，甘愿采取一種冒險(xiǎn)的態(tài)度。迄今為止關(guān)于三峽大壩的爭論大部份涉及的是這一工 程的根本目的，而不是施工過程的具體細(xì)節(jié)。我們曾與三峽工程 的工程師們探討過工程的根本目的這些較大的問題，以下就三峽 項(xiàng)目明智與否這一問題，作一簡要的討論，作為這篇報(bào)告的結(jié)論， 我們的看法也反映出至今尚沒有明確結(jié)論的一些問題。建設(shè)三峽大壩的主要益處共有三個方面，即控制洪水、 發(fā)電和改善航運(yùn)，這些都有

16、賴于找到解決庫區(qū)泥沙沉積問題的辦 法。然而，通過這次在水庫地區(qū)的觀察，以及了解到在大壩工程 設(shè)計(jì)中用來估算泥沙沉積量和搬運(yùn)過程的相對簡單化的計(jì)算方法，我們的結(jié)論是，建壩后泥沙沉積對大壩正常運(yùn)行的負(fù)面影響 很快就會暴露出來，而且肯定比宣傳得要早得多、大得多（就象 目前已經(jīng)在人工通渠中發(fā)生的那樣）。例如，三峽庫區(qū)有效庫容 量的50%多，是由長江的許多支流的狹窄水道和三峽前端寬闊 的河道組成的；隨著粗石塊很快將沉積于這些支流的狹窄水道， 而泥沙則迅速淤積于峽谷前寬闊的河道，三峽水庫有效庫容的損 失將很可能首先發(fā)生在這些地段。在三峽大壩的設(shè)計(jì)中用于預(yù)測水庫泥沙沉積動態(tài)的是 一維模型。根據(jù)我們的一個水庫泥沙沉積動態(tài)的二維模型的預(yù) 測，三峽工程計(jì)劃中每年一次的水庫排水清沙方法，是不可能消 除這些存積在支流和三峽庫區(qū)前端的沉積物的。事實(shí)上在支流進(jìn) 入長江的入口處，大塊石塊的滾動幾乎是無處不在，可是，在大 壩設(shè)計(jì)中使用的一維模型里，支流里的石塊沉積物被完全忽略 了。三峽水庫損失有效庫容，就會直接喪失對洪水的控制能力。我們向三峽工程的工程師們提出了這一問題