三峡水电站“大动脉”凝聚广西人智慧(组图)
摘要: 三峡水电站引水压力管上弯段模型。 ...
在今年1月初的广西科技活动周上，张仲卿及其团队对三峡水电站引水压力管道的研究成果水电站钢衬钢筋混凝土引水压力管道仿真试验研究与应用，获得广西科技进步奖一等奖。1月25日、26日，记者连续两天采访张仲卿，听他讲述为三峡水电工程做试验的故事。 测试世界第一大引水管的安全性 在广西大学土木建筑工程学院的结构实验室内，摆放着两个“大家伙”，最高处达4.2米。从外形上看，两个“大家伙”就是包裹着一层混凝土的弯曲钢管，似乎没什么特别。但其中一个“大家伙”上挂着牌子，写着“三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管上弯段实验研究”，这些文字表明了“大家伙”的来历非同一般。 说起与三峡水电站的结缘，张仲卿至今记忆深刻。 1994年初，中国长江三峡工程开发总公司技术委员会大坝专家组，对三峡水电站的设计方案进行审查，其中就包括对引水压力管道设计方案的审查。张仲卿受邀参加了此次审查会议。 三峡水电工程之所以受到全世界瞩目，是因为它的工程量、装机容量等各项数据都是目前世界最大的，与之相对应的，其引水压力管道的直径也是目前世界最大的。根据设计方案，直径达12.4米，足足比4层楼房还高。 在最初的专家审查会议上，设计方就引水压力管道提供了两套方案：一是直接用钢管作引水管道，在大坝上铺设明管；二是用钢衬钢筋混凝土压力管。设计方推荐使用第一种方案。 铺设明管在当时存在一个大难题。根据三峡水电站引水管道所需承受的水压，直径达12.4米的钢管，须用厚度在54毫米以上的钢板，但当时我国能生产的最厚钢板只有36毫米。如采用进口钢板，不仅要花费大量外汇，增加工程造价，而且一旦输出国的钢板供应出现问题，整个三峡工程将陷入瘫痪。最终，专家组决定采用第二种设计方案，使用国产钢板。 钢衬钢筋混凝土引水压力管道，就是在钢管外包裹钢筋混凝土以分担水压。当时，这一技术也已在水电工程中应用，但大多是直径较小的钢管，像三峡工程这般直径达12.4米的钢管，使用这一方案是否安全，大家心里都没底。专家组决定委托一家科研机构通过试验来检验其安全性能。 这时，技术委员会大多数专家想到了广西大学的张仲卿教授。此前，张仲卿及其团队曾为岩滩水电站直径达10.8米（当时也是世界最大）的引水压力管做过类似试验，相当成功。很多专家认为，广西大学有这方面的经验，而且试验设备比较完善。 张仲卿深为自己代表广西大学接受这一任务而自豪。他没想到的是，之后他采用的试验方法曾引起了很长一段时间的争议。 争议在扎实的试验数据前戛然而止 与中国长江三峡工程开发总公司签订好委托合同后，张仲卿及其团队开始紧密锣鼓地筹备试验。然而，试验并非一帆风顺。 根据试验需要，张仲卿决定按三峡水电站引水管1:9的比例缩制模型。尽管只有原型的1/9，但试验模型钢管的直径仍达1.37米。为了找到制作钢管合适强度的钢板，张仲卿先后跑了武钢、宝钢等国内多家钢材生产厂家。 搭建好试验模型后，最关键的时刻来临。1995年下半年，张仲卿及其团队开始整个试验最为关键的一步往钢管内加压。压力必须加到三峡电站引水压力管道所应承受的最大压力的两倍多，方能测定管道的安全性能。可张仲卿及其团队往管内加压到一倍时，压力却怎么也加不上去了。 问题出在哪儿呢？张仲卿及其团队反复审查，钢管、钢筋、混凝土……一项项检查，可始终没有发现问题所在。就这样折腾了两三个月，张仲卿每天茶不思饭不想，闭上眼睛想到的都是这一问题。长期的焦急状态让他血压也升高了。 后来的偶尔一次检查，让张仲卿不禁哑然失笑。原来问题并非出自模型主体。为了试验方便，他们在钢管内又套了一根芯管，由于芯管承受不住巨大压力，在钢管内发生变形。“压力都被芯管"吃"掉了，难怪加不上压”。 找到了问题所在，接下来的试验就顺畅了。很快，一份完整详细的试验报告呈现在了专家审查组的面前。因为后来引水压力管道的一些技术参数做了修改，专家组希望再做一次试验。中国长江三峡工程开发总公司又将重新试验的机会也交给了广西大学。 三峡水电工程是世界级的大工程，为三峡工程进行试验是千载难逢的科研机会，因此当时国内多所科研机构都“觊觎”这一机会。几次的试验机会都交由广西大学，让很多科研机构怅然若失，由此引发了很多专家对张仲卿及其团队试验模型设计不合理的争议。 持否定态度的专家们认为，张仲卿在钢管内套芯管的试验方法不对，应该直接在整个钢管内部加压。此外，否定的专家还对芯管的架设方法、芯管与钢管之间的间隙等提出了质疑。 在重新试验过程中，争议一直没有停止。到2002年，专家组对试验报告进行审查时，又有专家再次提出了试验方法不对的问题。为了证明套芯管与不套芯管的试验方法都是合理的，张教授的两名博士研究生，当场用计算机分别计算套芯管和不套芯管的相关数据。 两组数据是相符的，争议就此平息。 研究成果实际应用越来越广泛 三峡水电站，于1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，2009年全部完工。从工程正式动工之前到2003年蓄水发电，张仲卿及其团队都在反复为引水压力管道进行试验。这个全球瞩目的大工程背后，凝聚着无数人的心血，张仲卿及其团队只是其中很小的一份子，但他们所作的贡献值得广西人骄傲。 张仲卿说，在对三峡水电站引水压力管的试验中，由于一些技术参数不断修正，所以他们的试验持续了十余年，共制造了两次上下弯段的模型。他和他的团队为能代表广西大学，为国家的这个大工程作出贡献感到骄傲。 2010年4月，中国长江三峡集团公司科技与环境保护部的一封函说：“压力管道是设计电站是否安全运行的核心建筑物，广西大学承担了压力管道研究项目，并完成了合同中所规定的研究内容……为三峡水电站压力管道设计提供了科学依据。” 令张仲卿欣慰的是，如今，他的这一研究成果已越来越广泛地应用在水电站建设中。 广西柳州水利电力勘测设计研究院称，该院设计的广西柳江防洪控制性工程落久水利枢纽工程，引水压力管道设计就参照了三峡水电站的形式。广西龙滩水电站是目前我国在役第二大水电站，该电站1-2#机压力管道同样也参照了三峡水电站的形式。此外，广西百色瓦村水电站、金沙江向家坝水电站等七八个大型水电站，也都采用了这一技术。 这一研究成果还创造出了巨大经济效益。中国长江三峡集团公司科技与环境保护部称，采用此试验成果设计引水压力管道，减少了压力管道钢板厚度，适应我国钢材生产水平，降低了施工难度。与原设计方案比较，不但提前发电，还节省了大量钢板。目前电站及钢衬钢筋混凝土压力管道运行正常。 |
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