伟大建筑巡礼 三峡大坝.docx
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伟大建筑巡礼三峡大坝
全球最大的混凝土结构从中国的长江傲然升起
三峡大坝长度超过2公里60层楼高动用4万名工人耗时17年兴建
当xx完全启用将产生200亿瓦特的电力
相当于xx核能发电厂的总和
是大坝工程的巅峰之作三峡大坝的成功归功于五座地标水坝
每座水坝骨子里都是一次重大的技术创新
让工程师把水坝xx大规模逐一向上攀升
本节目将揭露这些建筑物背后的精彩故事以及哪些发明让水坝提升发电量
6次巧妙地大跃进让水坝奠定规模继续扩大
最终打造出世界第一xx
超大建筑狂想曲:
三峡大坝
xx是全球成长最快的经济体
中国工业不断加速成长为了刺激需求国家需要更多电力
xx一座横跨浩瀚xx的xx
是电力的一大来源称为三峡大坝
我们摄制组特别获准进入
捕捉这个登峰造极的工程学奇迹在三峡大坝动工兴建之前
xx必须先把河宽近两公里的xx改道
动迁100万人民离开预定的泛滥区
三峡大坝是全世界最大的水利工程
这座大坝使用了2千8百万立方公尺的混凝土或许我们不妨这么说
等于用直径1公尺的.....混凝土实心管绕地球一圈
这可是不少的混凝土但xx当局认为很值得
因为三峡大坝将产生干净与廉价的电力供数以百万计的人使用
要了解三峡大坝如何能生产这么多电力
我们必须回到过去回到19世纪的xx
和诺森伯阑的一条小溪这是世界上第一座水力发电水坝的动力来源
“跃进1:
发电”
1800年代xx是工业革命的xx
这栋房子是现代生活的最新产品房子的主人是阿姆斯壮勋爵
一位醉心于发明的企业家他为自家住宅安装了尖端科技
以及驱动电梯洗衣机和烤肉铁叉的机械装置
但可惜家里有一个地方少了现代科技
史学家xxxx是这么解释的
这是阿姆斯壮真正的骄傲和安慰画廊里挂满了精美的维多利亚时期画作
即使在白天也稍嫌阴暗不过他最大的心愿是晚上带宾客进来赏画
但就着闪烁的烛光什么也看不清楚
xx需要的是点灯和一种供电的方法
如何发电?
发电技术流传了50年
因为xxxx揭晓了这个秘密
透过磁铁和线圈的相对运动
我这里有个小型装置说明发电的原理
就是这个这片圆盘的末端有两块磁铁
这里有个线圈如果让圆盘和线圈产生相对运动应该就能发电
没错xx上有了读数
确实正在发电
每次圆盘上的磁铁经过线圈
会在铜线圈上产生微量的电脉冲
要产生大量电力需要更大的装置
xx买的就是这个xx涡轮机
好大一件装置汤姆生涡轮机需要大量快速水流驱动轮轴
阿姆斯壮勋爵有一条小溪从他的庄园涓涓流过
他需要的是这个大量的水
他如何从xx取得大量的水?
他盖了一座水坝
xx盖了一座将近10公尺高的土坝
把他的xx变成了xxxx
大量的水往下挤压增加水底深处的压力
阿姆斯壮把这些高压水透过管线往下输送到坝底
他在这里把水注入一台汤姆生涡轮机快速水流转动轴轮
顺势转动一根连接到发电机的轴产生4千瓦的电力
对xx而言这只是启蒙的第一步
现在他必须把电力从坝底的轮机房
一路输送到他超过1公里之外的画廊
xx把两股粗铜线接到发电机上
把电力输送到他的宅邸他总共用了5吨铜线才点亮一个灯泡
但他已创下世界纪录一栋靠水力点灯的房子
在地球另一头的华中地带阿姆斯壮勋爵的概念在三峡大坝发挥到极致
英国工程师罗实查伍德从2003年起投入水坝的兴建
仍然对xx的规模叹为观止
这里是三峡工程的三大发电厂之一
这间厂房长700公尺看得到14台大型发电机前面1公里外是第二座发电厂
再下去还有一座发电厂要建在河流对岸的地底岩层中
每一台发电机造价约5000万美元
大概能推测工程规模有多大戴布顿水坝有一台发电机三峡有32台
比起戴布顿水坝发电量超出500万倍中国人利用浩瀚长江的能量驱动发电机在大坝后面的水库水位上升到河床以上60楼高
经过巨大的混凝土隧道往下把水轮往发电机
轮机在激流的xx冲击下转动
这个运动随后转移到发电机的轴轮这里装上了大块磁铁
磁铁经过外壳上的铜线圈发电光是一台机器的发电量
相当于一座小型核能发电厂32台发电机的总发电量足以供6千万中国人使用这项工程在国际水力发电工业立下全新的基准点
比起第二大水力工程巴西的伊泰普水坝规模大了近一倍
当然xx后续还有一系列超大水坝正在兴建
回到1878年戴布顿水坝证明了即使最小的水流也能用来发电
不过要大规模发电工程师必须对付更大的河川
为了盖一座发电量高达1亿2千8百万瓦特的水坝
xx工程师必须把汹涌湍急的多xx改道
“跃进2:
xx改道”
1914年xx
第一次世界大战爆发使法国陷入严重能源危机煤田遭德军占领
法国人被迫从国外进口煤炭供应发电厂所需维持国家的运作
后来他们决定用水力发电水坝造就电力提高国家的电力供应
不过在湍急的多xx兴建一座混凝土水坝
可一点也不简单
在xx这里就是我们的xxxx
没办法直接把混凝土往xx中央浇灌
他们的水坝要盖在这里
为了盖好一座水坝他们要盖三座
首先在这里盖一座临时水坝
叫做围堰用来挡住河水光挡水是不够的河水会从顶上漫过去
除非另辟蹊径在这里盖一条引水道然后为了阻止河水回流
在这里盖第二座围堰之间的水可以排出就在这里盖主坝
多敦河工程师在岩层上炸出两条隧道输送改道的河水
把装满岩石的钢笼投入河中打造临时围堰接着用混凝土强化
这时水坝后面的河水开始上涨经过引水隧道排出
为了阻挡河水回流工程师兴建第二座围堰一旦围堰之间的河床抽干
就出现一块干燥的地方兴建主坝这批工程师运气好
他们走进围堰中间的这一段发现河床其实是坚硬的岩石
他们可以直接在上面建坝
巨大的混凝土建筑从河床一层层上升到30层楼高
随后工程师关闭引水隧道
让水库的水上涨淹没围堰
他们的任务就完成了
最后把轮机的闸门打开
开始发电
xx日水坝完工后
发电量达1亿2千8百万瓦特
有助于发动一班开往里昂的列车
并为400公里外的xx供电
xx全长6千多公里
有时河宽好几公里
是xx的第一xx
水坝工程师要应付许多后勤上的严峻挑战
当长江水在三峡大坝背后上涨将会淹没沿岸15万亩的土地
因此中国必须动迁100多万人离开水坝背后的土地
还得盖好几千栋房子收容被动迁的移民然后工程师才能建坝拦河
这里是兴建围堰需要的一些岩石和预铸混凝土砌块
在三峡工程施工期间借此控制xx
如何控制xx
让这项巨大工程得以兴建显然是一件大工程长江是全世界数一数二的大河
水流快河床深因此兴建围堰让大坝安全施工是一项重大工程
中国宣称在水利发电工程史上这是最大也是最难的引水工程
看看这个规模他们说的一点也没错真是非同小可
工程师着手兴建一系列石围堰
挡住一部分长江河道他们在干河床上兴建前两段主坝
接着往河中抛下数以吨计的泥土
在泥土上再盖一座围堰这回盖的是混凝土围堰阻挡了背后的河水
这时终于能兴建最后一段水坝接着他们必须拆除围堰
好让河水流过主坝的轮机围堰建筑盖得这么扎实拆除围堰可是一大挑战
因此在前两个阶段围堰是用这种大石块打造
就能用相当传统的大型挖掘设备处理
不过在最后阶段要拆除一道实心混凝土墙
就得想想新点子了不同于xx日的围堰
xx这里的围堰太高无法弃置原地
因此中国工程师建围堰时预留放置炸药的孔洞2006年6月6日他们在洞里填满190吨炸药屏息以待54321
施放耗时几个月的功夫几秒钟便烟消云散
随着围堰崩塌释放背后蓄积的xx
这是对三峡大坝的最后测试水坝屹立不摇
回到1935年xx日水坝证明
工程师可以将河川改道建造发电能力强大的水坝
但要突破10亿瓦特的目标兴建胡佛水坝的美国工程师
必须充分利用他们的建材
“跃进3:
混凝土”
1930年美国决定处理一项重大的经济问题
美国西部各大城市因为缺乏水电而阻碍发展为了打破僵局
工程师着手兴建世界第一xx
xx水坝参与兴建的人都是真正的冒险家
他们是所谓的攀岩者他们敢坐在一块从崖顶上用绳索吊下来的木板上
他们也敢用液压锤把悬崖表面敲平
这样在上面浇灌混凝土时才会充分密合
这座水坝浇灌的混凝土超过以前的任何工程
但处理这么多混凝土水坝工程师可伤透脑筋了
浇灌大量的混凝土
会碰上一个很特殊的问题这个问题就是热气
首先必须了解混凝土包含的三种基本成分
首先是这个玩意儿水泥
水泥是活性成分会产生反应和变化还有水会跟水泥产生反应
下面这玩意叫做骨料基本上是石块这里用的是砂石
是整个拌合料的强度所在现在把水泥放进去稍后会产生化学反应
其实是一种放热的水合反应
表示这堆拌合料的温度会上升测试一下我们说的对不对
看得出温度逐渐升高已经升高到摄氏15度
如果我们再等一会儿还会继续上升
我们看到温度果然上升了虽然幅度不大
不过要是在大量浇灌的混凝土中心这股热气无处可去
因此这一堆混凝土内部越来越热
向外膨胀一旦膨胀会使外部的混凝土裂开
如果水坝正在进行大规模混凝土浇灌裂缝就成了严重问题
如果胡佛水坝把混凝土一口气浇灌完毕外部的混凝土会先冷却硬化
而水坝核心的混凝土依然闷热极力向外扩张
可能让混凝土承受压力因而破裂
因此工程师把胡佛水坝的混凝土铸成一个个小砌块
每个砌块的混凝土冷却时会收缩
但不会裂开
砌块之间因收缩而产生小缝隙
工程师必须用水泥填满
但这个精巧的设计不是解决问题的xx
xx水坝巨大无比
总共动用了600万吨混凝土
如果能把硬化的混凝土产生的热气
集中在一个火炉里
可以连续3年每天烤50万个面包
如果把水坝放着不管
这个速度实在太慢了
水坝的负责人叫xxxx
人家叫他“快快xx”因为他老是赶时间
“我打算用xx冷却我的水坝”
xx把950几公里的钢水管
嵌入xx水坝的混凝土
他盖了一座庞大的xx工厂
在这里把xx冷却到4度
再灌入火热混凝土内部的水管
把冷却的时间从125年
缩短到仅仅22个月
这确实是xx
他们只要盖完水坝
阉喙嗳胨?
就可以两手一拍走人太了不起了
这项工程动用了5000人短短21个月就完工
不但如此他们还提早两年竣工
也节省了不少预算胡佛水坝的蓄水量高达350亿立方米
位居当时的发电量全球之冠有这座雄伟的水坝做后盾
xx西岸各xx终于能开始繁荣发展
三峡大坝让混凝土建筑更上一层楼
瞧瞧不难想像坝底的混凝土有多厚实
足足有180公尺高2公里长混凝土的用量极其惊人
三峡大坝动用的混凝土比胡佛水坝多了10倍
因此工程师必须想尽办法让水坝保持冷却
基本上他们想尽了一切办法
他们先冷却骨料建材砂石然后才放进拌合料里加入冰块
他们趁混凝土自行升温之前绞尽脑汁把温度降到最低
因为这里的夏天一到78月就特别热他们甚至还用了喷雾系统
等于在坝顶上喷一层水雾目的是阻挡太阳辐射堆积在混凝土里
增加内部产生的热气
回到1936年胡佛水坝证明工程师盖得出无比巨大的混凝土水坝
只要能维持冷却即可不过水坝越大阻挡的水越多
随之产生强大的破坏力为了兴建大xx水坝
xx工程师必须保护它不被漫溢的xx毁灭
“跃进4:
洪水”1889年5月30日宾州詹斯镇这个小镇遭遇史上最大的豪雨
水坝宁静的水库即将瓦解雨下了24小时水位达到坝顶
很快就无处可去只能漫过坝顶
水坝瓦解42分钟排出2千万吨的水一道18公尺高的水墙
顺着xx冲下来淹没xx全镇家破人亡
这场xx带走了2200多万人命
是xx有史以来最严重的灾难
为何水库漫溢水坝就会立刻爆裂
工程师xx坎作出解释
有个特别的问题水从坝顶流下时会破坏前面这里的地面
这里很容易受到所谓堤趾冲刷的破坏
我们要做个模拟看看堤趾冲刷是什么情况
这是合理聚集而成的洪水在水坝后面越积越高
现在累积到水坝顶端了很快就会冲过坝顶往下流
沿着这一面往下流把底下冲刷殆尽看得出水坝已经开始移动
当前面的地底被掏空水坝失去了基底就开始往前倾
要不了多久就会全面倒塌砰的一声算是很干脆的一次水坝破坏
一旦水坝倒塌一道巨大的水墙冲下xx
万一你刚好待在下面恐怕已经没命了
看得出堤趾冲刷是这种水坝潜在的大问题
非得解决不可
1933年美国工程师开始兴建大深谷水坝横跨美国西北部的哥伦比亚河
连胡佛水坝也相形见绌消耗的混凝土和横跨的距离都是后者的3倍
工程师完成大xx水坝时
他们必须确保xx的悲剧不会在这里上演
冲过水坝的xx可能很快侵蚀河床酿成灾难
因此工程师把坝底盖成一道混凝土斜坡
水朝排水口倾泻出去形成翻滚的漩涡
耗尽内含的能量当水从斜坡泻下破坏力也消融大半
斜坡盖好之后工程师就能安全运转美国最大的水力发电水坝
大xx水坝至今仍保有这个头衔
三峡大坝的兴建者面临类似的问题
他们同样必须确保水坝不被冲过的xx损坏
基本上水坝在汛期挡住了大量xx
三峡大坝可以阻挡220亿立方米的水
然后以人为控制的方式泄出
排水系统有46个排水闸门和下面看到的这些导槽
这种排水口的设计必须应付大水的力道
这里的水从100多公尺高处冲下
在坝底达到极高的速度
为了偏移大水冲下的力道
xx采用和大xx类似的科技
当水位上升
工程师打开一系列闸门把xx排出水库
但如果大水笔直倾泻而下
可能破坏水坝的坝基
因此工程师在排水口安装混凝土导槽
不同于大xx的水底斜坡
三峡大坝的导槽把水射向空中
射到空中的水裂成小水珠
失去不少破坏性能量
落在100多公尺外的下游处
无法造成任何损害
因此现在他们打开排水口闸门
xx根本不用担心
回到1942年
大xx说明了水坝如何应付xx的侵蚀力
不过为了兴建大坝横跨俄罗斯浩瀚的叶尼塞河
工程师必须设法阻挡xx
同时保持船只通行
“跃进5:
航运”
1960年代
xx想提升国内的工业力量
计划兴建一系列超大水坝
克拉xxxx克水坝正是其中的一批
将长达整整1公里的横跨xx
发电量xx60亿瓦特
但这条河也是前往xx的主要航运路线
会受到水坝的阻碍为了让船只继续通行
工程师设计出一个绝妙计划
他们会兴建一条足以容纳船只的钢槽接着把钢槽和船只推上坝顶
在这里把整个装置倒转在水坝另一侧下放到河面上
为了移动7千吨的荷载他们将使用液压式唧筒
工程师xx坎用一个热水袋
说明液压式动力背后的原理
好在我的热水袋接一根管子
再接上这条橡皮管然后连上这个小水槽看看会发生什么
我要把它往上拉1公尺左右现在拉上1公尺了
现在这个系统内部的压力增加但还不足以使它往上升
所以一点动静也没有热水袋还是压的扁扁的
我要往后退因为我不想一堆砌块打到我头上
现在我把它拉起来现在大约3公尺高
看得出混凝土砌块移动的很快
我要把它拉到最顶上大约4公尺高砌块往上升了
现在看到的是水加压后能产生惊人的力道
我们就用这个力道举起重物
xx工程师用加压的液体举起船只
闸室墙壁里装有强大的唧筒以巨大的压力把液压油
挤压到底部安装的一系列马达驱动巨大的钢嵌齿沿着一条导轨推动钢槽马达产生庞大的牵引力短短90分钟就把船舱从河面吊上水库
当升船机开启时克拉斯诺雅斯克的百姓蜂拥而至
这个机械奇迹是世界第一xx至高的xx
在xx的三峡大坝
工程师也面临重大的交通问题
三峡大坝座落于xx最繁忙的xx之一
长江是中国很重要的水路从沿岸的上海通往宜昌
一路连接到重庆每年运输大约1千8百万磅的货物
100多公尺高的大坝每天要通过170艘船对工程师可是严峻挑战
配合世界第一大坝中国的解决之道是建造全球第一大船闸
船只在坝底进入船闸闸门关闭灌入xx
把船只抬高到下一段船闸船只必须通过5段船闸开到坝顶
要耗费4个小时货船还无所谓
对往来长江的许多客船而言这个速度实在太慢
为了让客运的运输更有效率
他们在这里打造了这个升船机系统
船只大约36分钟就能通过
不同于克拉xxxx克的升船机
xx的升船机就像电梯让船只笔直往上升
成功的秘诀就藏在混凝土墙壁中
工程师将安装一系列巨大平衡锤
承担大部分的吊举作业
16个上千吨的混凝土砌块
将用缆索连接到钢槽
钢槽承载船只和浮起船只的水当平衡锤落下
就会把钢槽往上举起让船只升上坝顶这座升船机高113公尺
可以处理重达3千吨的船只成为世界第一大升船机
比克拉xxxx克那一座大了一倍
当然现在看这些建筑离完工还xx
到2015年才会大功告成
但显然是个庞然大物
是此地兴建工程中另一项了不起的成就
经过130年的创新发明
水坝的发电量越来越大
如今几乎没有一种能源像水力发电这么干净
但随着xx越盖越大
对环境的冲击也日益严重
设计三峡大坝时xx工程师必须保证
他们的建筑物不会完全阻碍大自然对土地的滋养
“跃进6:
沉淀”
三峡大坝的发电量是举世之冠
但这不是兴建xx的主要原因
xx的严重水患人人皆知
两千年来
大约每十年就有一次大水灾
1931年的灾情惨重
造成13万5千人死亡摧毁了将近200万户民宅
因此兴建三峡大坝的主要原因是为了防治严重水患
xx挡住了致命的xx
水蓄积在水库里以人为控制的方式泄出
但管理xx
对环境也会造成严重的副作用
近年的历史均可考证
1970年
xx工程师兴建横跨xx的亚xx水坝
以便管制xx泛滥
但下游的农夫很快就发现农作物开始歉收
土地变得非常贫瘠
农夫每年需要数百万吨肥料给农作物施肥
他们的土地因为失去xx而受害
xx夹带着土壤的重要构成要素
化学家xx许xx博士示范
这是最近降下的干净雨水
我们加上一些顶级的土壤
再加上动物排泄物
一些蜗牛壳基本成分是碳酸钙
然后加上一些枯叶这是植物
当然还有鱼类
当xx来袭xx急速流动
产生狂暴的雨水把这些成分一一捣碎
就是这个
这是大自然最重要的植物养分
货真价实的混合料氮磷钙镁钾
但是一旦洪水不再流动淤泥的这些养分微粒就开始沉淀
尤其在全球第一xx这个问题更是严重
珍贵的长江淤泥因水坝而无法流动困在水库里流速缓慢
很快沉到河床堆积xx淤塞的问题非常棘手
每年总共有5亿吨的沉淀量大约相当于1公里立方的淤泥
足以填满数百座大型体育场
这是极大量的淤泥万一淤泥一直困在水坝后面
下游数百里的农夫渔夫和野生动物
就无法取得水中的养分
数以吨计沉淀的淤泥或沉淀物可能累积在水库里危机水库本身的安全
基本上落入水库这里的沉淀物会缩小水库的容量
如果累积到这么高最后可能影响运转轮机的能力
xx工程师巧妙利用xx的力道
把水库的沉淀物冲往下游他们在水坝深处安装水闸门
每个闸门有一辆巴士那么重需要强劲的液压活塞才能拉开
当操作员开启闸门洪水快速冲过困在底下的沉淀物
从水坝冲出去透过这个方式中国当局希望至少再过一百年
累积的沉淀物才会影响水坝的发电量
但就连这个精巧的净化系统也无法彻底清除水坝的沉淀物
至于会留下多少沉淀物相关的科学评估从30%到60%不等
不过xx当局相信付出这个代价是值得的
他们相信水坝带来的好处例如干净的能源和防洪
远胜于水坝的严重缺陷
当xx的工程告终
它的规模令人屏息
即使好几台轮机还没启动仍然是全球发电量最大的水坝
站在工程学的历史巨人肩膀上
三峡xx的确是最终极的水力发电xx
直到将来有人青出于蓝
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