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中国基建神话:船在天上走

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出品|网易新闻

导语:“醉后不知天在水,满船清梦压星河。”用这一句古诗形容贵州乌江水运开通时的壮阔景象丝毫不为过。只见乌江之水天上来,高船托举入苍空。14艘载满6800吨磷矿石的货船船队经过乌江构皮滩水电站通航工程时,呈现了一幅“船在天上行”的神奇景象。


而做到这一切背后的推手,就是在中国制造史上赫赫有名的升船机。升船机的应用解决了众多大型水电工程的通航难题,为我国大江大河发展航运事业、促进经济往来提供了便利。我国工程建设者们建造了一个又一个超级工程,让天堑变通途。

什么是升船机?

区别于航海,水运是指内河航运,是使船舶通过内陆江湖、河川等天然或人工水道,运送货物和旅客的一种运输方式。而升船机是水运通航建筑物中的一种主要形式,与船闸相比具有耗水少、运行速度快、提升高度受技术条件的限制少、投资随水头增加的速度比船闸低等优点。一般来说水头越大,升船机的技术经济指标就越优。


建设升船机以实现跨过高差突变的江河障碍的航运要求,这曾经是人类改造自然的一个很好的梦想,现在已然成为了现实。在我国黄河壶口的旱地行船便是最早的斜面行船的实践,做法是先把货物卸下再沿坡面拖船越过壶口,然后再把货物重新装船始往目的地。在人背马驮的时代,这样的水运方式也是经济的。


升船机模型

我国地势西高东低,青藏高原,孕育了众多的河流奔腾于深山峡谷之间,丰富的水能资源的开发,把这里的相当一部分河流梯级化了,试想,若能把西部水电开发梯级化后的大大小小的河流用升船机串联成畅通无阻的运河,所开拓的航运里程会增加多少?社会经济效益又将会怎样变化?环境的宜居性将显著提高,人民的幸福感会加倍的增加。这充分说明了我国升船机研制的必要性。

世界范围内的升船机生产现状

升船机有多种分类方法,目前世界上已建成的升船机主要分为垂直升船机和斜面升船机两大类型。这两种类型的升船机可以按照承船厢的重量是否由平衡重所平衡、是否盛水、是否下水及驱动方式等分成多种不同的型式。

据国内专家考证,世界上最古老的“升船机”出现在中国的秦朝,人们通过人力牵引船只沿斜坡运行,用来克服运河上的水位差———即最早的斜面升船机的雏形。


利用人力的垂直升船机

在世界范围内,最早的机械化升船机是1788年在英国开特里建造的斜面干运升船机。现代化大型升船机出现在20世纪。1934年,德国建造了尼德芬诺垂直升船机,升船机从此发展到一个新阶段。提升的船舶吨位显著增大,提升高度增加,类型不断增多。尼德芬诺垂直升船机是世界上最早的真正意义上的现代化大型升船机,该升船机可通过1000t级船舶,但提升高度仅36m。


利用水力的斜面升船机


英国安德顿升船机

1978年,前苏联在叶尼塞河投入试用克拉斯诺雅尔斯克斜面升船机。该升船机上升速度每分钟60m,提升高度可达118.9m,能适应水库水位的巨大变化。它是目前提升高度最大、过坝吨位最大的纵向斜面升船机,也是一款很优秀的升船机,好就好在它的承船箱行走在轨道上,上下游都直接入水,适应任何水位变化。


前苏联克拉斯诺雅尔斯克斜面升船机

中国升船机的研制发展之路

我国近代升船机的研究及建设始于20世纪90年代,至今已先后建成红水河岩滩、闽江水口、清江隔河岩、高坝洲、乌江彭水、澜沧江景洪、长江三峡等升船机,此外还有金沙江向家坝,乌江构皮滩、思林、沙陀、红水河龙滩,右江百色等多座垂直升船机正在建设和设计研究中。

景洪升船机采用具有我国自主知识产权的水力驱动式升船机形式,为世界首创。该升船机以水能提升动力,通过输水管道对竖井充泄水,驱动浮筒的升降,带动承船厢升降运行,即输水管道对竖井充水时,竖井中的浮筒升起,驱动承船厢从水库水位下降至下游水位;反之,输水管道泄水时,竖井中的浮筒下降,承船厢从下游水位升至水库水位,从而实现船舶在景洪电站高达近68米落差间的通行。


景洪升船机

向家坝升船机坐落于金沙江向家坝水电站左岸,采用齿轮齿条爬升螺母柱保安型式,其最大提升高度114.2米,提升重量约8150吨。主要由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道五部分组成,全长约1530米,全部设计均由我国独立自主完成。


向家坝升船机

三峡升船机通航工程耗时六年,所使用的升船机最大提升高度为113米,约40层楼高,提升质量达1.5万 t以上,可通过3 000 t的大型船舶。,是当时世界上规模最大、技术最复杂、运行维护难度最高的全平衡式垂直升船机。三峡升船机的型式是齿轮齿条爬升、长螺母柱、短螺杆安全机构、全平衡垂直升船机。这种形式的升船机可以有效解决由各种原因引起的船厢与平衡重失衡的安全问题,大大提高升船机运行的安全可靠性。它的建成为世界升船机建设树立了新的里程碑。


三峡升船机 图源:https://www.meipian.cn/1uzex0ms

而目前爆火网络的乌江构皮滩三级垂直升船机的总提升高度为199 m,亲手将三峡升船机的记录打破,其中间级升船机的提升高度高达127 m,居世界之最。从上游至下游,第一至三级升船机依次而建。船只下行过闸,首先要进入上游引航道,驶入第一级升船机承船厢,上行进入第一级中间渠道;穿过400多米长的隧洞后,在位于半山腰的渡槽中驶向第二级升船机;进入第二级升船机承船厢,下行进入“高架桥”——第二级中间渠道,驶向第三级升船机;进入第三级升船机承船厢,继续下行,驶入下游引航道。


“升船机博物馆”-构皮滩水电站升船机工程

这些升船机的设计和建设,也标志着我国升船机的研究和制造水平跻身世界前列。

新中国成立后,随着大江、大河上水利枢纽的建设我国成为在大、中型水利枢纽上修建升船机最多的国家。从中外联合到独立自主、从引进步入原创,世界纪录一次次被刷新,我国升船机建设呈现欣欣向荣的形势。

结语:

江河奔涌,山石耸立,自然之力千万年延续,就在这不变的逝者如斯与默然伫立中,人们利用河流运输物资,互通有无,大自然的原始生命力也被注入每一个河流之上的建筑。在河流中,在每一条航道中,在大型的湖泊和石筑大坝的水库中,升船机将自身与水和岩石联结在一起,也与它们的生命力联结在一起。

参考文献:

[1]杨林江,路卫兵.三峡升船机概述[J].水电与新能源,2017(01):7-14.DOI:10.13622/j.cnki.cn42-1800/tv.1671-3354.2017.01.001.

[2]谢泽.世界最大升船机铭刻“中国制造”[J].中国三峡,2017(01):50-55.

[3]胡亚安,李中华,李云,宣国祥.中国大型升船机研究进展[J].水运工程,2016(12):10-19.DOI:10.16233/j.cnki.issn1002-4972.2016.12.003.

[4]邵国钧.中国升船机研制的重要性与可能性[J].中国科技信息,2015(18):98-102.

[5]阙广. 大坝升船机—承船厢耦合振动分析与控制[D].武汉理工大学,2013.

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