[01181931]特大型升船机建设与运行安全风险控制关键技术

本项目来源于中国长江三峡集团有限公司、水利部、中国长江三峡建设管理有限公司、中国人保财险宜昌市分公司等单位委托三峡大学的项目,以及三峡大学主持的湖北省自然科学基金、水利部公益性行业科研专项、参与的国家重点研发计划等。 近年来长江航道通航条件不断改善,航行船舶趋于大型化,航道通过能力不断提升,促进了沿江经济社会发展。“长江经济带”战略部署给长江航道发展带来新机遇,客观上要求长江水运加快发展,以缓解当前运输压力、降低运输成本。 升船机相比船闸具有节水、过坝速度快等优点,在国内外被广泛采用,如三峡、向家坝、尼德芬诺、吕内堡等。然而,三峡、向家坝等特大型升船机提升高度、提升重量、通航水位变幅等指标都远超国际水平,技术和施工难度系数高,没有先例和参考标准可以借鉴。 三峡、向家坝等特大型升船机塔柱为超高薄壁混凝土结构,液压爬模构造复杂、安装工序多、精度要求高,水电工程未有应用先例,安全控制难度大;高耸的升船机建设场地空间受限,施工环境狭窄,各种大型构件、工程材料、设备吊运频繁,土建与金结安装立体交叉作业普遍,安全隐患多;塔柱顶部贝雷架支撑体系承受超高大跨重,结构安全风险高,需进行超高、超长、大跨度空中构件吊装拼接,施工难度大。 升船机广泛布置有大量配电设备与电气线路,老化短路均有可能引发火灾。过机船舶内部亦存在可燃装饰材料、厨房炉灶燃料、棉被等易燃物品,火灾隐患大,升船机两侧塔柱与船厢形成了相对密闭的包络空间结构,疏散距离远,一旦发生火灾,烟气难以扩散,人员疏散困难;同时,特大型升船机过船规模大、提升重量高,船舶在承船厢内速度慢但动能大,与船厢部分设备间距离短,易发生碰撞险情。 因此,亟需围绕我国特大型升船机发展的重大需求,瞄准相关领域的国际前沿,对超高程塔柱群液压爬模施工安全、多层立体交叉作业风险、超高大跨重荷支撑体系安全等建设过程关键安全控制技术及配套施工技术进行攻关创新,对大型升船机火灾安全疏散及船舶防撞等运行过程关键安全技术进行综合研究,突破制约我国特大型、超高及复杂升船机建设和运行过程中的安全控制技术瓶颈,为特大型升船机的施工安全与运行提供技术保证。 项目围绕我国特大型升船机发展的现实安全需求,联合高校、施工、建设与运行单位一起攻关,综合运用采取模拟仿真、统计分析法、数学模型法等方法及实证研究,按照调查比较、比较创新、实践检验、理论集成、完善提升的思路,率先对特大型升船机建设和运行过程的重要安全风险因素进行系统研究,重点围绕超高程塔柱群液压自升式模板施工安全技术、立体交叉作业风险控制、超高大跨重荷支撑体系安全控制及配套施工技术、运行过程大型升船机火灾疏散及防撞等安全科学问题进行攻关创新,集成特大型升船机建设与运行安全风险控制理论体系,填补特大型升船机建设与运行安全风险控制理论的空白,为大型水利工程通航建筑物的安全建设、高效运行提供技术支撑。（1）提出了保证施工质量、安全集于一体的超高结构液压自升爬模施工技术,提高了液压爬模的安全可靠性,保障了作业人员的安全。 （2）首次提出了“禁止-优先-避让”的安全管理思路,解决了特大型升船机土建施工、大型螺母柱齿条挂装和船厢结构拼装的三层立体交叉作业安全管理难题。 （3）针对贝雷架高空安装、拆除过程单机起吊能力不足,采用数值模拟的方法,提出利用已有的附壁式塔机“同步抬吊、空间错层、极限控制”的风险控制关键技术,解决了双机抬吊贝雷架高空安装、拆除过程中的安全难题。 （4）采用数值模拟的方法,研究了特大型升船机火灾安全疏散技术,研发了了特大型升船机船舶防撞装置,为升船机安全运行提供支撑。研究成果填补了我国超大型齿轮齿条爬升式升船机建造与运行安全控制理论的空白,适用于特大型升船机的施工安全与运行,对于复杂环境下水利工程建设及运行安全具有典型的示范意义。 长江经济带战略,长江干线年货运需求快速增加,航运运量呈爆发式增长。金沙江下游巨型水电站的建设为黄金水道向上游延伸创造了条件,由于受地形地质、河势和枢纽运行条件的限制,建设特大型升船机具有广阔前景,项目成果必将有较高的推广应用价值。 三峡、向家坝等特大型升船机分别采用了塔柱群超高液压自升式模板施工安全技术、特大型升船机立体交叉作业风险控制技术、超高大跨重荷支撑体系安全控制技术、特大型升船机火灾安全疏散技术及大型升船机船舶防撞关键技术等多项先进技术。目前工程已进入通航运行,经检测验收,各项指标满足要求,实施效果良好,多项重大技术难题得到了解决,经济效益显著,具体分析如下: ①共投入4台套液压自升式模板周转使用,总造价（含运行费） 2820万元,与常规大体积混凝土悬臂模板相比较,节省排架搭拆、建筑塔机台班等经济效益估算约0.35亿元。 ②特大型升船机立体交叉作业风险控制技术的应用,保证立体交叉作业信息沟通的及时、充分、畅通,建立了基于PDCA循环的立体交叉作业危险源控制模式,节约各种防护设备投入,其经济效益估算约0.12亿元。 ③超高大跨重荷支撑体系安全控制技术的应用,确保了在重力、施工载荷和强力横风作用下贝雷架的设计及安全使用,顶部梁系施工工期缩短,未发生任何安全事故,其经济效益估算约0.26亿元。 ④特大型升船机火灾安全疏散技术的应用,规避了客船与其他船舶共闸过坝时潜在的安全风险,确保了事故发生时人员的紧急疏散和火灾能得以及时灭火,其经济效益难以估算。 ⑤大型升船机船舶防撞关键技术的应用,解决了挡船状态的钢丝绳与船厢正常水面距离较难调节,适应了通过升船机的不同船型和不同船艏形状、不同吃水深度的防撞问题,以船损及船厢门修复计算,其经济效益估算约0.28亿元。 社会效益：三峡升船机是三峡工程的重要通航设施之一,设计年双向通过能力约2000万吨,建成后提高了三峡工程的航运通过能力,减轻了三峡工程因船闸运能日趋饱和所承受的通航压力,为充分发挥水运能耗小、运能大、运价廉的优势,打造长江黄金水道及长江沿线区域经济的可持续发展发挥了重要作用。与公路运输相比,通航三峡升船机的水运每年可节省40万吨标准煤,可减少能源消耗、降低环境污染,其建设符合自然和谐可持续发展的理念。 三峡、向家坝等特大型升船机的建成为客船和其他特种船舶提供了快速过坝通道,船舶翻越三峡大坝的时间由通过五级船闸的3.5小时缩短为45分钟。升船机建成后实现了客船45分钟内快速过坝,避免长时间过闸引发的焦虑和其它不适感受。并规避了与其他船舶共闸过坝时潜在的安全风险,为客船乘客带来了安全、舒适和愉悦的过机体验,促进了长江旅游事业的发展。 分项研究成果获科技成果奖8项：2012年获中国电力职工技术成果一等奖;2017年获全国电力职工技术成果二等奖;2018年获首届中国电力专利成果二等奖;2015年获第六届安全生产科技成果三等奖;2015年-2018年分别获得中国长江三峡集团有限公司首届科技进步奖二等奖,技术总结一等奖1项,二等奖2项。