科技日报记者 何亮
6月8日上午10时，湖北宜昌夷陵区，三峡坝区左岸，随着一声铿锵有力的“开工”号令，“十五五”时期我国首个重大标志性工程——三峡水运新通道工程破土动工。
三峡水运新通道工程包含三峡枢纽新通道工程、葛洲坝航运扩能工程两部分，建成后将全面优化长江上游航运布局。届时，三峡枢纽形成四线船闸加升船机的新格局，通航能力达3.36亿吨；葛洲坝枢纽升级为四线船闸格局，通航能力达到3.6亿吨，运力大幅提升，可有效破解三峡航运堵点，畅通长江黄金水道。
中国工程院院士、长江设计集团首席科学家钮新强表示，三峡水运新通道工程是在已建成的巨型水利枢纽上增改建新通航设施，环境约束多、施工限制大、水力学条件复杂、设备安装精度极高，考验全链条建设能力。“精准控水”与“穿山而建”成为其两大创新点。
三峡枢纽新通道工程位于现有三峡船闸北侧，新建双线连续五级船闸，线路总长6680米，单闸室可通航万吨级船舶。工程地处临江山地，岩体坚硬、地形崎岖，水文地质条件复杂，建设团队将在峡谷江流之间，发起一场世界级攻坚之战。
超大尺度人字门是新通道核心通航装备。中国工程院院士、南京水利科学研究院原总工程师胡亚安介绍，单扇门体超过40米，接近15层楼的高度，自重达1350吨，相当于一个中低型大坝。随着新通道门槛水深提升至8米，人字门需在约30米的深水中进行启闭。正如人在深水中行走受阻，人字门在合拢时面临着极大的动水阻力。
作为门体“承重脚踝”的底枢，它由形似蘑菇头的金属构件和半圆卡扣组成，若无法抵御千吨自重与深水压力的双重影响，极易发生变形并导致门体卡阻。为此，科研团队对底枢开展了高荷载结构设计，并升级合金材料，确保其能稳固承受大幅增加的水压。
“新船闸闸室变大，单次输水量超28万立方米，相当于115个标准游泳池的水量。”胡亚安说，为了保证高效通航，新船闸充泄水时间要与三峡既有船闸相同，即在12分钟内把闸室的水充满或泄完；同时还要让室内波澜不惊，停泊在此的万吨巨轮稳如泰山。
通常情况下，水体直接涌入，巨大的能量会导致闸室内波涛汹涌，引发船舶碰撞。为此，科研团队充分借鉴现有三峡船闸的消能方法，通过水力学计算和模型实验，找到能全域消能的输水结构设计。
“这个结构，就像家里的莲蓬头花洒。”胡亚安解释道，科研团队在闸室底部合理布置136个出水孔，孔上布设消能盖板。这种“立体协同”设计，能最大程度消除水流对船舶的横向和纵向冲击力，让万吨巨轮在航行中“如履平地”。
待闸室水位与上游平齐后，闸室的人字门缓缓打开。船舶便驶向长达近3公里的上游引航道。而这条水路是否顺畅，离不开地下廊道里输水阀门的精准控制。
“我们在家里猛地关上自来水龙头时，水管会产生震动甚至发出响声，这就是‘水锤现象’。”胡亚安介绍，由于新通道的廊道极长，一旦阀门快速关闭，滚滚水流冲击而来，产生的惯性力会瞬间增加40多米的水头压力，传导向上游的引航道，引发船舶随水位波动。
为攻克这一难题，科研团队曾设想，用混凝土浇筑输水廊道，靠震动系数更低的混凝土降低水流冲击。但是，这种方法资金投入巨大。于是，他们选择将输水廊道放到山体里，利用岩体围压，降低水流冲击。
为确保万无一失，科研团队还建立世界规模最大的减压箱，将模型放入箱中抽真空，把压力降至0.1个大气压，以模拟真实的气蚀空化——溶解在水里面的气泡，突然遇到压力降低，负压爆破而产生的冲击现象。并在此基础上，最终确立了阀门分级防空化的成套技术。
挑战不止于与江水的缠斗。三峡枢纽新通道工程要在坚硬的山体上“如切豆腐般”挖出巨大的船闸闸室，高陡边坡和直立边墙稳定也是难题。
中国水利学会工程爆破专委会主任委员、武汉大学教授卢文波介绍，相较于创造一系列“世界之最”的现有三峡船闸，三峡枢纽新通道工程边坡高度更大、地下洞群结构更复杂，开挖成型、边坡稳固挑战更大，直接关系工程整体安全与建设质量。
“十余年论证设计，数十年技术储备，难度虽大，但我们对成功建设充满信心。”钮新强说。
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