「空中電梯」：三峽升船機興建始末①

已投入運行的三峽升船機：人與船均在承航廂內

喜訊：三峽升船機工程通過竣工驗收

船與水共箱，萬噸任升降。百米上下路，圓夢歲月長。

2019年12月27日，三峽水利樞紐最後一項大工程一一升船機工程通航暨竣工驗收會議在湖北宜昌三峽壩區召開。會議審議並通過了長江三峽水利樞紐升船機工程通航暨竣工驗收鑑定書，標誌著三峽工程整體完建。

本次驗收由水利部副部長蔣旭光主持，發展改革委、公安部、自然資源部、生態環境部、能源局等多部委參與。驗收認為：三峽升船機自2016年9月開始試通航以來，經歷了三峽水庫水位175米、145米設計條件下的運行考驗，船隻進出船廂、雙嚮往返運行、升船機各系統設備聯合運行正常，主要運行流程銜接順暢，升船機上、下閘首及船廂室段通航水流條件平穩，升船機運行過程及上、下遊航道各項水力學技術參數符合設計要求，船舶通行安全。

世界升船機史話

俄羅斯：克拉斯諾雅爾斯克水電站斜面升船機

此斜面升船機乃世界之最

升船機作為一種升降船舶的機械設施，其原始雛型為粘土滑道上用人工木絞盤作為動力工具，拖運小型船舶過壩的設備。

最早的機械化升船機是1788年在英國開特裡建造的斜面幹運升船機。此後法國、德國、比利時等國也繼起建造。18～19世紀的升船機，提升高度大都在15米以下，船舶噸位一般在100噸以下。這一時期不僅出現多種形式的升船機，而且已廣泛採用平衡系統，以減小提升功率。

現代化大型升船機出現在20世紀。自1934年在德國建造了尼德芬諾垂直升船機以來，升船機發展到一個新階段，提升的船舶噸位顯著增大，提升高度增加，類型不斷增多。

升船機類型主要有如下幾種：

幹運式升船機

水壓式升船機；

浮筒式升船機；

斜面升船機；

平衡重式垂直升船機。

據了解，全世界目前已不發展水壓式升船機。

浮筒式升船機，亦由於浮筒井的建造和維護比較困難，也未繼續建造。

斜面升船機多使用縱向的，只是在水域和陸域的特殊情況下才建造橫向斜面升船機。現在世界上最大的縱向斜面升船機建在俄羅斯葉尼塞河的克拉斯諾亞爾斯克。其升船機機械設備和金屬結構安裝工程量：斜坡道1750噸；轉向設備2380噸；船箱及設備4800噸；共計8930噸，這絕對是一個鋼鐵龐然大物。

幹運只是在升船機發展的初期和船舶噸位不大的情況下使用，且多為小型斜面式。現代建造的數百噸以上船舶的升船機均為溼運。

與垂直升船機相比，斜面升船機易於管理和維護，沒有高空建築產生的複雜技術問題和營運問題。主要缺點是在提升高度大的情況下，線路長，影響通過能力；變速行駛，影響廂內停泊的穩定性。

平衡重式垂直升船機，可以大幅度地降低系統的升船功率，維修方便，所以應用廣泛。

現在世界上最大的平衡重式垂直升船機，建在聯邦德國易北河支運河的沙爾貝內克。

　　升船機比船閘節省水或幾乎不耗水，在少水的河流或人工運河上，這是一個重要的優點。在高水頭的通航建築物中，升船機的造價通常低於船閘。

中國現有升船機60多座，主要分布於浙江、湖南、湖北等12個省。大多數為提升50噸以下船舶的小型斜面升船機，多用高低輪或高低軌來保持承船廂的水平位置。

只有湖北清江隔河巖和福建水口兩座升船機例外，它們都是作為三峽升船機的「試驗機」而建造的。

三峽大壩緣何需要升船機？

三峽垂直升船機模型

三峽大壩已然興建了五級船閘了，而且還是上下雙線運行的，為何還要建造升船機呢？

三峽垂直升船機是什麼? 它的作用也是使輪船過壩嗎？

是的，升船機非但是為輪船過壩服務，而且是快捷服務。打個比喻，如果說雙線五級船閘是爬升式慢節奏電梯(至少3小時過壩)，那麼，垂直升船機就是直升式快節奏電梯(40分鐘可望過壩)。

三峽升船機話題，由來已久。

三峽升船機作為客輪和特種船隻快速過壩通道，其主體承船廂長132米、寬23.4米、高10米，一次通過一艘3000噸級船舶。

升船機最大提升高度為113米，提升總重量達13000噸。其規模和技術難度，在全世界的升船機工程中沒有先例。

正因為如此，早在上世紀50年代考慮興建三峽工程時，就想到了升船機，1958年即被國家列為攻關課題，「七五」、「八五」、「九五」期間，國家組織國內有關科研機構和大型製造企業圍繞三峽升船機關鍵技術攻關，進行了近半個世紀的不間斷研究。

三峽升船機實體

三峽升船機科研的漫長過程，大體上分為三個階段。

自1958年開始研究，到1993年5月審查通過初步設計報告，這個階段初步確定了三峽升船機的選型和技術方案。通過對多種型式的升船機的技術特點進行反覆研究和比選，並吸收國外的經驗，確定了採用「全平衡重式一級垂直升船機」型式。

在設計方案選擇方面，針對全平衡垂直升船機的兩種典型的提升和安全保障方式進行了大規模的科研、攻關，研究認為兩種方案都能滿足技術要求，鋼絲繩卷揚提升和盤式制動器鎖定方案國內已有實踐，在設計和製造方面相對難度低，可立足於國內；而齒輪齒條爬升和螺母螺杆鎖定方案，在設計、製造、安裝方面難度大，國內不易實現。因此，明確了三峽升船機採用「全平衡鋼絲繩卷揚一級垂直升船機」技術方案。

三峽升船機施工現場

三峽工程開工以後，升船機項目進入到技術設計階段。

1995年4月，國務院三峽工程建設委員會研究決定三峽升船機緩建，但工程緩建並沒有影響設計研究工作。這個期間通過大量的中間試驗和模型試驗，全面檢驗三峽升船機的前期科研成果，不斷完善技術方案。在1996年水口升船機模型試驗和1998年三峽升船機模型試驗過程中都出現了承船廂傾翻的情況，引起了高度的重視。

通過進一步的調研，德國尼德芬諾和呂內堡升船機在運行中也曾發生過承船廂洩漏導致螺母螺杆安全鎖定裝置發揮作用的情況，再次引發了對鋼絲繩卷揚提升方案安全可靠性的疑慮。同時，隨著對三峽工程認識，特別是對三峽升船機特殊性認識的不斷提高，提出了安全可靠性是評價技術方案的首要因素，「零事故率」是三峽升船機的最低設計要求。由此決定對三峽升船機技術方案重新研究比選。

三峽升船機通航引航道

為了提高三峽升船機技術方案重新比選工作的質量，1999年1月委託德國聯邦航道工程研究院（ＢＡＷ）對三峽升船機齒輪齒條爬升及螺母螺杆安全保障系統方案進行可行性研究；同時，對三峽升船機鋼絲繩卷揚提升方案按照新的設計要求進一步完善，以利方案能夠在同等條件下進行比較。

鑑於三峽工程已進入到第二階段，升船機土建施工已具相當規模，比選研究是在主要幾何尺寸和主體塔柱的結構型式已經固定的條件下進行的。為了確保ＢＡＷ方案的適用性，在初步評審通過該方案後，又進行了齒輪齒條爬升及螺母螺杆安全保障系統方案設備機構與土建結構銜接關鍵技術專題研究。在上述工作的基礎上，於2003年2月召開了三峽升船機方案比選論證會，與會專家一致認為兩個方案在技術上都是可行的，齒輪齒條爬升方案運行安全可靠性高於鋼絲繩卷揚提升方案，在關鍵設備製造、安裝難度和總投資方面相差不大，推薦齒輪齒條爬升方案。

2003年9月國務院三峽工程建設委員會批准三峽升船機採用「全平衡齒輪齒條爬升一級垂直升船機」技術方案，並恢復項目建設。（待續）

三峽升船機仿真模型