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“中國制造”到“中國創(chuàng)造”之路。11月22日，央視《焦點(diǎn)訪談》報道了由中國電建全過程勘測設(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征程，一頭扎進(jìn)大山開展前期勘察工作。那個時候道路不通，缺水缺電，他們住探洞、飲江水、啃冷饅頭；毒蛇猛獸時時威脅生命安全；洪水暴發(fā)時，在山里一堵就是幾個星期。
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、六十號人住在簡易的探洞里，窄小、陰冷的探洞成了暫時的安身之所。不通電怎么辦？營地有三臺柴油發(fā)電機(jī)，白天不舍得用，僅晚上提供三小時照明；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，外國專家也直搖頭。
為了查明復(fù)雜的地質(zhì)條件，勘測人員夙興夜寐、風(fēng)餐露宿，穿越每一條溝谷和山脊，測繪每一條地質(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，仿佛注定該在這個位置。然而當(dāng)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？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個壩址4個壩型進(jìn)行全面比選。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(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)研究報告》審查會上獲批通過。
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大大的問號。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從工程的絕對安全考慮，毅然決定調(diào)整拱壩位置。可該向上游還是下游調(diào)整？對此，即便是有著豐富經(jīng)驗(yàn)的專家們也意見不一。
中國電建同步開展了多項(xiàng)專題研究，進(jìn)行了大量現(xiàn)場試驗(yàn)，他們幾乎翻遍了國內(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稱的拱壩在不對稱的河谷內(nèi)消剎，這是世界上難度最大的“泄洪消能”。
面對“高水頭、窄河谷、巨泄量和不對稱拱壩”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個無齒坎分層大差動表孔、7個分層多股水流深孔，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，國內(nèi)尚無應(yīng)用實(shí)例，放眼世界也寥寥無幾。華東院針對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個地下洞室錯綜復(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、錯動帶發(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)合控制貫穿性錯動帶不連續(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、錯動帶不連續(xù)變形及巨型洞室群聯(lián)動效應(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，映射著時代賦予中國電建的責(zé)任，初心不改，使命永記。
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