金沙江上,“白鶴”起舞,六項(xiàng)技術(shù)世界第一,從跟跑到遙遙領(lǐng)先,幾代電建人接續(xù)奮戰(zhàn)金沙江畔勇攀“水電珠峰”,闖出從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”之路。11月22日,央視《焦點(diǎn)訪談》報(bào)道了由中國(guó)電建全過程勘測(cè)設(shè)計(jì),并承擔(dān)主要施工任務(wù)的白鶴灘水電站,再現(xiàn)那段悠久且不為人知的奮斗故事。
復(fù)雜的地形地質(zhì)條件如何探明?
1959—1964年,第一批電建人來到白鶴灘,開展初步的地質(zhì)勘探。1991年,白鶴灘水電站開發(fā)研究工作重啟,又一批電建人踏上逐夢(mèng)征程,一頭扎進(jìn)大山開展前期勘察工作。那個(gè)時(shí)候道路不通,缺水缺電,他們住探洞、飲江水、啃冷饅頭;毒蛇猛獸時(shí)時(shí)威脅生命安全;洪水暴發(fā)時(shí),在山里一堵就是幾個(gè)星期。
最初的住所與其說是房子,不如說是茅棚,“晚上刮大風(fēng),怕屋頂被吹跑”。不夠住怎么辦?還有五、六十號(hào)人住在簡(jiǎn)易的探洞里,窄小、陰冷的探洞成了暫時(shí)的安身之所。不通電怎么辦?營(yíng)地有三臺(tái)柴油發(fā)電機(jī),白天不舍得用,僅晚上提供三小時(shí)照明;室內(nèi)光線不好,白天也十分昏暗,團(tuán)隊(duì)常常搬著繪圖板到院子里工作,白鶴灘的風(fēng)又干又勁,吹得人睜不開眼。
2004年,中國(guó)電建所屬華東院全面開展可行性研究后,白鶴灘舉世罕見的復(fù)雜地質(zhì)情況才進(jìn)一步被揭示出來。壩基柱狀節(jié)理玄武巖發(fā)育,能否在這樣的地質(zhì)條件上建高拱壩,世界上沒有這樣的先例,外國(guó)專家也直搖頭。
為了查明復(fù)雜的地質(zhì)條件,勘測(cè)人員夙興夜寐、風(fēng)餐露宿,穿越每一條溝谷和山脊,測(cè)繪每一條地質(zhì)構(gòu)造,鑒別每一種巖性,完成鉆孔近20萬米、勘探平洞5萬余米,勘察工作量舉世罕見。十余年的殫精竭慮,為電站一項(xiàng)項(xiàng)世界難題的攻克,提供了堅(jiān)實(shí)的一手資料。
建在“積木”上的特高拱壩如何設(shè)計(jì)?
如今,挺立在河谷中央的白鶴灘拱壩,仿佛注定該在這個(gè)位置。然而當(dāng)初這里還是一片蒼茫高山的時(shí)候,大壩為什么選建在這個(gè)位置?其背后是一次次沉謀研慮。
在可行性研究階段,根據(jù)地形地質(zhì)條件,按照壩址與壩型相結(jié)合的原則,華東院提出了中壩址雙曲拱壩、下壩址重力拱壩、上壩址重力拱壩和上壩址堆石壩等3個(gè)壩址4個(gè)壩型進(jìn)行全面比選。綜合分析三個(gè)壩址的水能條件、地形地質(zhì)條件、建壩技術(shù)難度、施工條件、建設(shè)征地、環(huán)境保護(hù)等因素后,推薦中壩址混凝土雙曲拱壩方案,并在2007年8月北京召開的《金沙江白鶴灘水電站可行性研究選壩階段設(shè)計(jì)研究報(bào)告》審查會(huì)上獲批通過。
雖然壩址壩型確定了,但隨著地勘工作的層層深入,復(fù)雜的地質(zhì)條件向工程師們發(fā)起了異常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。原擬定的拱壩左岸壩肩部位,發(fā)現(xiàn)了深且長(zhǎng)的強(qiáng)卸荷裂縫,最深處達(dá)109米。左岸為斜順傾地層,如果繼續(xù)以此處為壩肩,山體能否承受住巨大的水推力被打上了一個(gè)大大的問號(hào)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從工程的絕對(duì)安全考慮,毅然決定調(diào)整拱壩位置??稍撓蛏嫌芜€是下游調(diào)整?對(duì)此,即便是有著豐富經(jīng)驗(yàn)的專家們也意見不一。
中國(guó)電建同步開展了多項(xiàng)專題研究,進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),他們幾乎翻遍了國(guó)內(nèi)外所有同類工程的設(shè)計(jì)資料。經(jīng)過多項(xiàng)專題研究后,最終采用多種數(shù)值分析方法和整體地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn),研究大壩工作性態(tài),論證大壩超載能力。
對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖作為高拱壩壩基的可行性、壩體結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、爆破開挖技術(shù)、防松弛保護(hù)措施及灌漿處理效果等開展了全面、系統(tǒng)研究,得出了柱狀節(jié)理玄武巖可以作為特高拱壩基礎(chǔ)的結(jié)論。結(jié)合拱壩體形、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,創(chuàng)新性提出了適當(dāng)擴(kuò)大拱壩底部尺寸形成擴(kuò)大基礎(chǔ),設(shè)墊座以改善地形,優(yōu)化拱壩體形,在建基面開挖成型前預(yù)留5米保護(hù)層,基礎(chǔ)預(yù)先錨固和灌漿等多管齊下的設(shè)計(jì)方案,得到專家們的一致認(rèn)同。
世界難度最大的泄洪消能如何實(shí)現(xiàn)?
白鶴灘拱壩位于金沙江上的河谷狹窄處,即便經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪削峰后,每秒仍有約42300立方米水需要安全泄放,下泄落差高達(dá)190米,泄洪功率達(dá)9萬兆瓦。巨大的能量需要通過不對(duì)稱的拱壩在不對(duì)稱的河谷內(nèi)消剎,這是世界上難度最大的“泄洪消能”。
面對(duì)“高水頭、窄河谷、巨泄量和不對(duì)稱拱壩”的特點(diǎn),設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過大量水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證,在壩身設(shè)置了6個(gè)無齒坎分層大差動(dòng)表孔、7個(gè)分層多股水流深孔,設(shè)計(jì)世界規(guī)模最大的反拱水墊塘,提高了孔口運(yùn)用的靈活性和水墊塘的消能率及穩(wěn)定性,有效解決了超大泄洪規(guī)模不對(duì)稱拱壩壩身泄洪消能的技術(shù)難題。
3條無壓泄洪洞布置在左岸山體內(nèi),裁彎取直,消能避開峽谷河段,減小與壩身聯(lián)合泄洪對(duì)邊坡穩(wěn)定的疊加影響;首創(chuàng)“底+側(cè)”非同步立體摻氣減蝕結(jié)構(gòu)、洞頂和摻氣坎分別獨(dú)立洞外補(bǔ)氣系統(tǒng)。
“橫向三支臂弧形閘門”技術(shù)在白鶴灘水電站之前,國(guó)內(nèi)尚無應(yīng)用實(shí)例,放眼世界也寥寥無幾。華東院針對(duì)橫向三支臂弧形閘門開展專題研究,從制造、安裝的角度完善閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提出實(shí)現(xiàn)辦法和控制標(biāo)準(zhǔn),最終破解這一難題。
精益求精在白鶴灘體現(xiàn)得淋漓盡致,為了一個(gè)好的方案,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)十里挑一,甚至是三十里挑一也在所不辭。僅僅是泄洪洞出口水流歸槽的挑流鼻坎型式,工程師們初擬的方案就多達(dá)30余種,并在大比尺模型上反復(fù)驗(yàn)證。
錯(cuò)綜復(fù)雜的“地下宮殿”如何筑起?
由于白鶴灘水電站建在高山峽谷中,大壩和泄洪消能設(shè)施已占據(jù)整個(gè)河道,需要開挖巨型地下洞室群布置引水發(fā)電系統(tǒng),世界上規(guī)模最大的水工地下洞室群應(yīng)運(yùn)而生。它的體量令人震驚,2500萬立方米的開挖總量能填滿10座胡夫金字塔,364個(gè)地下洞室錯(cuò)綜復(fù)雜地布置在峭壁之下,山體挖空率達(dá)到37%。
建設(shè)這座前所未見的“地下宮殿”,遭遇的困難不言而喻。由于地應(yīng)力高、錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育、巖石硬脆易碎和巨型洞室間的相互影響,地下洞室群開挖過程中圍巖極易發(fā)生卸荷松弛、破裂和變形,圍巖穩(wěn)定控制難度空前。
在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了洞室群圍巖時(shí)空變形全過程調(diào)控的成套技術(shù)與方法,創(chuàng)新提出了通過主洞與支洞聯(lián)合控制貫穿性錯(cuò)動(dòng)帶不連續(xù)變形的抗剪結(jié)構(gòu)型式,解決了高地應(yīng)力下玄武巖卸荷破裂松弛、錯(cuò)動(dòng)帶不連續(xù)變形及巨型洞室群聯(lián)動(dòng)效應(yīng)等關(guān)鍵難題。巖石力學(xué)理論獲得創(chuàng)新,圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破。
2020年8月18日,起吊重量近2400噸的世界首臺(tái)百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子,在白鶴灘地下廠房成功吊裝。橋機(jī)與轉(zhuǎn)子的重量之和達(dá)到3300噸,承載著這一重?fù)?dān)的,是地下廠房的關(guān)鍵部位——巖壁吊車梁。
白鶴灘水電站巖壁吊車梁的規(guī)模和承載能力居世界之首。精巧的結(jié)構(gòu),使其有著“四兩撥千斤”的本事,將巨大的荷載由鋼筋混凝土梁體、錨桿最終傳遞到圍巖上,對(duì)減小地下廠房跨度、降低圍巖穩(wěn)定控制難度發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
然而,巖壁吊車梁的建成并非一帆風(fēng)順。盡管已采用了先進(jìn)的預(yù)加固、精細(xì)爆破技術(shù),復(fù)雜的地質(zhì)條件仍導(dǎo)致右岸巖臺(tái)完全缺失比例高達(dá)60%以上。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出6種型式的補(bǔ)強(qiáng)加固措施,并首次引用加載分析法進(jìn)行復(fù)核,在超載4倍的情況下巖壁吊車梁仍能穩(wěn)如泰山。
一路創(chuàng)新,一路發(fā)展,以核心技術(shù)研發(fā)在綠色清潔能源發(fā)展的征程中引吭高歌,這是白鶴灘水電站建設(shè)的縮影,映射著時(shí)代賦予中國(guó)電建的責(zé)任,初心不改,使命永記。
評(píng)論