金沙江從青藏高原蜿蜒流出，在她變身長江之前，已經(jīng)藏蘊著巨大的能量。金沙江下游，高山峽谷中，一座雄偉的水電站正迎著2021年“七一”首批機組發(fā)電的目標，加緊建設(shè)的步伐，以優(yōu)異成績迎接中國共產(chǎn)黨建黨100周年。
這座建成后僅次于三峽的世界第二大水電工程，年均發(fā)電量約624億千瓦時，每年可節(jié)約標準煤1968萬噸，減排二氧化碳5160萬噸，對我國按期實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和目標發(fā)揮重要作用，是長江經(jīng)濟帶上游脫貧攻堅和推進綠色發(fā)展的重大工程。白鶴灘水電站多項技術(shù)指標位居世界前列，代表了目前世界水電建設(shè)最高水平，對引領(lǐng)我國巨型電站勘測設(shè)計、建設(shè)施工、建設(shè)管理、設(shè)備制造水平升級具有重要意義。
“核心技術(shù)，化緣是化不來的，要靠自己拼搏”
“真正的大國重器，一定要掌握在自己手里。核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，化緣是化不來的，要靠自己拼搏?！卑Q灘水電站的勘測設(shè)計和核心技術(shù)是這項國之重器的靈魂和支柱。
上世紀九十年代開始，中國電建所屬華東院負責(zé)了白鶴灘梯級電站的開發(fā)研究工作，開展了大量的水文、水能和地質(zhì)勘測等基礎(chǔ)工作。從1991年到2021年，三十載風(fēng)雨磨礪，三十載不懈攀登。幾代電建人青絲變白發(fā)，將青春獻給了中國大西南腹地的金沙江，從迷茫到篤定、從探索到優(yōu)化，走過了極不平凡的核心技術(shù)求索之路。
“白鶴灘水電站的建設(shè)不僅是項目業(yè)主和參建單位的責(zé)任，而且是中國政府對世界作出的承諾，這是一項光榮艱巨的歷史責(zé)任和社會責(zé)任。因此，華東院不僅僅是把它作為一個重大工程項目來做，而是要把它當成一項偉大的事業(yè)來干！”華東院院長張春生說。
談起這些年白鶴灘工程所走過的坎坷路程，華東院總工程師、白鶴灘項目副經(jīng)理吳關(guān)葉感慨萬千：“白鶴灘水電站的勘察設(shè)計非常艱難，工程不僅綜合規(guī)模巨大，技術(shù)綜合難度也最大，多項指標已經(jīng)進入世界水電技術(shù)的‘無人區(qū)’”。
“我把自己最美好的青春年華都獻給了白鶴灘，但我無怨無悔”。王賢彪大學(xué)剛畢業(yè)就來到白鶴灘，一干就是20多年，從青澀小伙到中年骨干，這個被大西南的太陽曬得黝黑的地質(zhì)隊員向記者繪聲繪色地描述著白鶴灘這幾年的變化。他說，起初幾年到白鶴灘都舍不得坐飛機，寧愿倒兩次火車，忍受六十個小時的長途跋涉；通?，F(xiàn)場工作六七個月才回杭州；野外作業(yè)時，自己能背就背，能扛就扛，也舍不得請民工……
為實現(xiàn)白鶴灘工程“水平一流、技術(shù)創(chuàng)新”的技術(shù)目標，中國電建聘請中國科學(xué)院、工程院等多位院士、專家組成了中國水電行業(yè)的“全明星陣容”，為白鶴灘水電站研究保駕護航，僅是咨詢審查會就召開了300余次。在院士顧問組的指導(dǎo)下，在三峽集團的領(lǐng)導(dǎo)下，潛心鉆研、攻堅克難，歷經(jīng)數(shù)十年努力，白鶴灘水電站300米級不對稱特高拱壩、世界最大規(guī)模地下洞室群、世界最大規(guī)模地下廠房、世界單機容量最大百萬千瓦機組等陸續(xù)建成，為“七一”之前首批機組發(fā)電奠定了堅實的基礎(chǔ)。
“不同意見的爭鳴，是白鶴灘的優(yōu)秀文化”
如今，挺立在河谷中間的白鶴灘拱壩，仿佛注定就該在這個位置。然而當初這里還是一片蒼茫高山的時候，大壩為什么選建在這個位置，為什么不再往上游或下游些？其背后是一次次沉謀研慮和數(shù)不清的燈火通明。
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，中國電建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四個方案進行初步比選。綜合分析三個壩址的水能條件、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)境保護等因素后，推薦采用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)計研究報告》審查會上獲批通過。
雖然壩址確定了，但隨著地勘工作的層層深入，復(fù)雜的地質(zhì)狀況向工程師們發(fā)起了異常嚴峻的挑戰(zhàn)。原壩線方案的左岸壩肩處，發(fā)現(xiàn)有較深強卸荷裂隙發(fā)育，最深處達109米。始料未及的情況，一時間讓項目部的氣氛緊張了起來。
盡管調(diào)整壩線可能意味著此前開展的大量地質(zhì)工作將付諸東流，但反復(fù)推敲過后，項目團隊從工程的絕對安全考慮，還是毅然決然地決定對壩線位置進行調(diào)整?？稍撓蛏嫌握{(diào)整，還是朝下游調(diào)整？對此，即便是有著豐富經(jīng)驗的專家也意見不一。
“我們抱著開放的心態(tài)來做白鶴灘，這種不同意見的爭鳴，是白鶴灘的優(yōu)秀文化” 設(shè)計總工程師徐建榮說。結(jié)合更加深入的地質(zhì)勘探一手資料，從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、工期和投資等方面進行詳細研究，項目團隊作出了將壩線向上游調(diào)整的決定。
然而挑戰(zhàn)并沒有到此為止，作為世界上壩址地形地質(zhì)條件最復(fù)雜的特高拱壩工程之一，白鶴灘拱壩在當時還有諸多地形地質(zhì)方面的難題亟待解決。如何以易松弛易破碎的柱狀節(jié)理玄武巖為壩基，筑世界第三高拱壩？如何在不對稱的地形地質(zhì)情況下，優(yōu)化拱壩體形以改善大壩適應(yīng)能力？如何克服緩傾角錯動帶和陡傾角斷層的不利影響，在1650萬噸水推力下確保壩肩穩(wěn)定？
中國電建設(shè)計人員同步開展多項專題研究，進行大量現(xiàn)場試驗，他們幾乎翻遍了國內(nèi)外所有同類工程的設(shè)計資料。針對左岸復(fù)雜的地質(zhì)條件，進行了壩區(qū)巖體力學(xué)特性及參數(shù)取值、壩區(qū)左岸邊坡穩(wěn)定性、拱壩左壩肩穩(wěn)定性等多項專題研究，最終明確左岸壩肩和左岸邊坡處理方案。采用多種數(shù)值分析方法和整體地質(zhì)力學(xué)模型試驗，考慮未經(jīng)工程處理及采用加固處理措施，分別研究大壩工程性態(tài)和超載能力。
水嘗無華，相蕩乃成漣漪；石本無火，相擊而發(fā)靈光。爭則明，辯則進，白鶴灘水電站就像是一個思想交匯的熔爐，不同意見在此碰撞后迸發(fā)出更為強勁的活力，在爭鳴中激發(fā)思考，在爭鳴中加速創(chuàng)新，在爭鳴中凝聚共鳴。
世界難度最大的“泄洪消能”，怎么消？
金沙江流域降水年內(nèi)分配極不均勻，年降水主要集中在5至10月，降水量可占到年降水量的80%以上。白鶴灘拱壩位于金沙江上的河谷狹窄處，汛期來勢兇猛的強降雨匯入金沙江后，洪水向大壩奔涌而來。即便經(jīng)水庫調(diào)洪削峰后，每秒仍有約42000立方米水需要安全泄放，下泄落差高達190米，9萬兆瓦的能量需要消剎。不夸張的講，這是世界上難度最大的“泄洪消能”，也是白鶴灘水電站設(shè)計建設(shè)中的重中之重。
為了應(yīng)對泄洪流量大、水頭高，河谷狹窄、岸坡陡峭的現(xiàn)實，中國電建確定了“分散泄洪、分區(qū)消能、加強防護”的布置原則，采用壩身孔口和岸邊泄洪洞聯(lián)合泄洪的方式，通過對壩身最大泄量的深入研究，確定壩身與岸邊泄洪洞之間的泄量分配比例。
針對壩身泄洪消能，工程師們下足了功夫。在綜合分析下游河床承受能力、壩身孔口布置方式、壩身開孔對壩體結(jié)構(gòu)影響等因素的基礎(chǔ)上，通過大量水工模型試驗驗證，決定采用“壩身兩層孔口”的布置方案，將壩身孔口的最大泄量控制在30000立方米每秒，泄洪建筑物超泄能力強、運行可靠性高，有助于快速施工，可謂一舉多得。創(chuàng)新采用無齒坎分層大差動表孔、分層多股水流深孔、壩后反拱水墊塘消能，提高了孔口運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)模不對稱拱壩壩身泄洪消能的技術(shù)難題。
在世界最大反拱型水墊塘施工過程中，水電八局工匠們首次在國內(nèi)采用聚消能爆破新技術(shù)，攻克了柱狀節(jié)理玄武巖地質(zhì)缺陷，使爆破擾動下降35%。“吳永志創(chuàng)新工作室”成員還發(fā)明了一種萬向混凝土分料器，可克服場地限制，實現(xiàn)多方向澆筑?；炷列阅?、下料澆筑速度、拉模頻次、抹面工藝、養(yǎng)護保濕……工匠矢志科技創(chuàng)新，通過大量嘗試和對比實驗，摸索出成套的標準化精細化工藝流程，確保這塊長360米、寬130米、厚4米的“超級”反拱底板一次性澆筑成型，可抵御30000立方米每秒的泄洪量沖擊。
錙銖必較在白鶴灘體現(xiàn)得淋漓盡致，設(shè)計團隊悉心打磨每一個細節(jié)，謹慎論證每一種可能。為了一個好的方案，十里挑一，甚至是三十里挑一也在所不辭，于是世界上最大的無壓泄洪洞群、最大的反拱底板水墊塘在這里誕生。
不積跬步,無以至千里，如果將白鶴灘“泄洪消能”的世界難題，比作一座未被攀爬的高峰，那么白鶴灘的工程師們就是一位位攀峰者。他們大膽求索，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上創(chuàng)出成績；勇于嘗試，在試驗論證中總結(jié)提升。積小流，成江海，一張張圖紙、一個個方案、一次次論證，最關(guān)鍵的還有一顆顆勇敢的心，匯聚在一起攀越水電新峰。
創(chuàng)新利刃，應(yīng)對地下深處的難題
山體之下，別有洞天。由于白鶴灘水電站處于“窄河谷”，空間有限，需要開挖巨型地下洞室群來布置引水發(fā)電系統(tǒng)，世界上最大的水工地下洞室群由此而生。
它像是地下宮殿，2500萬立方米的開挖總量能填滿10座胡夫金字塔；它又像是地下迷宮，364個地下洞室錯綜復(fù)雜地布置在峭壁之下，兩岸山體挖空率達到37%。
設(shè)計建造如此巨型的地下洞室群，面臨的挑戰(zhàn)可謂前所未有。設(shè)計團隊以創(chuàng)新為利刃，應(yīng)對山體深處的難題，通過創(chuàng)建玄武巖洞室群圍巖時空變形全過程調(diào)控的成套技術(shù)與方法，并創(chuàng)新提出通過主洞與支洞聯(lián)合控制貫穿性錯動帶不連續(xù)變形的抗剪結(jié)構(gòu)型式，以解決巨型洞室群建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題。創(chuàng)立“實時監(jiān)測、全過程分析、動態(tài)設(shè)計”的設(shè)計方法，保障洞室群的圍巖穩(wěn)定和施工安全。
中國電建所屬水電七局在左岸引水發(fā)電系統(tǒng)中，以實現(xiàn)全過程信息化管理為目標，大膽開展管理創(chuàng)新：建立安全、質(zhì)量、施工等多個微信平臺，信息傳遞快速準確，監(jiān)管層級覆蓋全，解決問題質(zhì)量高；建設(shè)應(yīng)用高千gala隱患整改平臺，簡化安全隱患整改閉合流程，及時落實隱患整改責(zé)任；打造地下洞室支護預(yù)警系統(tǒng)，實時掌握各洞室支護情況，自動化進行支護預(yù)警，有效保證支護及時性，確保洞室圍巖穩(wěn)定；構(gòu)建“三層次四體系”的管理格局，各部門、各工區(qū)和每一崗位職權(quán)清晰、責(zé)任明確，被三峽集團評價為“施工區(qū)最有激情最有戰(zhàn)斗力的王牌軍”。
2020年8月18日，白鶴灘地下廠房迎來歷史性時刻。起吊重量近2400噸的世界首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子，在白鶴灘地下廠房成功吊裝。橋機與轉(zhuǎn)子的重量之和達到3300噸，承載著這一重擔(dān)的，是地下廠房的關(guān)鍵部位——巖壁吊車梁。
白鶴灘巖壁吊車梁的規(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，極端復(fù)雜的白鶴灘地質(zhì)條件、高地應(yīng)力因素，使巖壁吊車梁在開挖過程中，難以避免地出現(xiàn)了嚴重的開挖成型差、巖梁壁座缺失現(xiàn)象，右岸巖臺完全缺失比例居然達到了60%以上。既然問題無法避免，設(shè)計團隊選擇迎難而上。
他們精研巖壁吊車梁受力機理，提出補強加固設(shè)計方案，并開展穩(wěn)定性、承載特性分析論證。
“我們對其結(jié)構(gòu)布置及尺寸，采用多種方法進行大量的分析論證，對結(jié)構(gòu)體形進行優(yōu)化設(shè)計，針對不同的開挖情況，提出6種型式的補強加固措施，并創(chuàng)新性的引用加載分析法進行復(fù)核，在超載4倍的情況下巖壁吊車梁仍能穩(wěn)如泰山”方丹說道，回想起那段日子，每開挖一段，工程師們都要趕快到現(xiàn)場查看開挖成型情況，用地質(zhì)錘敲擊每一塊噴層，隨著轉(zhuǎn)子的成功吊裝，巖壁吊車梁成功經(jīng)受住了考驗。
這是一場較量，他們要和時間賽跑，夠快、夠穩(wěn)、夠準才能保證地下工程的安全。這是一場探索，他們在超出經(jīng)驗范疇的領(lǐng)域摸爬滾打，一路沖出重圍。這是一次升華，多少個不眠夜他們迎難而上、厚積薄發(fā)，拖著疲憊的身軀眺望光明的未來。
“草木蔓發(fā)，春山可望?！卑Q亮翅的日子離我們越來越近。
一路爭鳴，一路創(chuàng)新，一路發(fā)展，在點亮萬家燈火的征程中引吭高歌，這是白鶴灘水電站建設(shè)的縮影，是大國重器崛起的姿態(tài)，映射著時代賦予我們的責(zé)任使命。大江奔騰，浩浩蕩蕩。在世界水電建設(shè)史上，白鶴灘水電站正如一顆正在升起的璀璨明珠，閃耀著最絢麗奪目的光彩。
金沙江白鶴灘水電站樞紐區(qū)左邊坡探洞與勘線
柱狀節(jié)理模擬試驗洞
河中鉆探
僅能容下一人寬的勘探馬道
華東院聯(lián)合南京水利科學(xué)研究院開展大比例尺水力學(xué)模型試驗
2020年5月，世界最大反拱水墊塘澆筑完成
白鶴灘大壩泄洪深孔首次過流
世界首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子吊裝
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