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央视《焦点访谈》报道: 电建人,妙手巧绘“金沙白鹤”

时间:2021-11-24 信息来源:华东院 作者:杨博 字号:[ ] 分享

金沙江上,“白鹤”起舞,六项技术世界第一,从跟跑到遥遥领先,几代电建人接续奋战金沙江畔勇攀“水电珠峰”,闯出从“中国制造”到“中国创造”之路。11月22日,央视《焦点访谈》报道了由中国电建全过程勘测设计,并承担主要施工任务的白鹤滩水电站,再现那段悠久且不为人知的奋斗故事。

复杂的地形地质条件如何探明?

1959—1964年,第一批电建人来到白鹤滩,开展初步的地质勘探。1991年,白鹤滩水电站开发研究工作重启,又一批电建人踏上逐梦征程,一头扎进大山开展前期勘察工作。那个时候道路不通,缺水缺电,他们住探洞、饮江水、啃冷馒头;毒蛇猛兽时时威胁生命安全;洪水暴发时,在山里一堵就是几个星期。

最初的住所与其说是房子,不如说是茅棚,“晚上刮大风,怕屋顶被吹跑”。不够住怎么办?还有五、六十号人住在简易的探洞里,窄小、阴冷的探洞成了暂时的安身之所。不通电怎么办?营地有三台柴油发电机,白天不舍得用,仅晚上提供三小时照明;室内光线不好,白天也十分昏暗,团队常常搬着绘图板到院子里工作,白鹤滩的风又干又劲,吹得人睁不开眼。

2004年,中国电建所属华东院全面开展可行性研究后,白鹤滩举世罕见的复杂地质情况才进一步被揭示出来。坝基柱状节理玄武岩发育,能否在这样的地质条件上建高拱坝,世界上没有这样的先例,外国专家也直摇头。

为了查明复杂的地质条件,勘测人员夙兴夜寐、风餐露宿,穿越每一条沟谷和山脊,测绘每一条地质构造,鉴别每一种岩性,完成钻孔近20万米、勘探平洞5万余米,勘察工作量举世罕见。十余年的殚精竭虑,为电站一项项世界难题的攻克,提供了坚实的一手资料。

建在“积木”上的特高拱坝如何设计?

如今,挺立在河谷中央的白鹤滩拱坝,仿佛注定该在这个位置。然而当初这里还是一片苍茫高山的时候,大坝为什么选建在这个位置?其背后是一次次沉谋研虑。

在可行性研究阶段,根据地形地质条件,按照坝址与坝型相结合的原则,华东院提出了中坝址双曲拱坝、下坝址重力拱坝、上坝址重力拱坝和上坝址堆石坝等3个坝址4个坝型进行全面比选。综合分析三个坝址的水能条件、地形地质条件、建坝技术难度、施工条件、建设征地、环境保护等因素后,推荐中坝址混凝土双曲拱坝方案,并在2007年8月北京召开的《金沙江白鹤滩水电站可行性研究选坝阶段设计研究报告》审查会上获批通过。

虽然坝址坝型确定了,但随着地勘工作的层层深入,复杂的地质条件向工程师们发起了异常严峻的挑战。原拟定的拱坝左岸坝肩部位,发现了深且长的强卸荷裂缝,最深处达109米。左岸为斜顺倾地层,如果继续以此处为坝肩,山体能否承受住巨大的水推力被打上了一个大大的问号。

项目团队从工程的绝对安全考虑,毅然决定调整拱坝位置。可该向上游还是下游调整?对此,即便是有着丰富经验的专家们也意见不一。

中国电建同步开展了多项专题研究,进行了大量现场试验,他们几乎翻遍了国内外所有同类工程的设计资料。经过多项专题研究后,最终采用多种数值分析方法和整体地质力学模型试验,研究大坝工作性态,论证大坝超载能力。

对柱状节理玄武岩作为高拱坝坝基的可行性、坝体结构适应性、爆破开挖技术、防松弛保护措施及灌浆处理效果等开展了全面、系统研究,得出了柱状节理玄武岩可以作为特高拱坝基础的结论。结合拱坝体形、结构设计研究,创新性提出了适当扩大拱坝底部尺寸形成扩大基础,设垫座以改善地形,优化拱坝体形,在建基面开挖成型前预留5米保护层,基础预先锚固和灌浆等多管齐下的设计方案,得到专家们的一致认同。

世界难度最大的泄洪消能如何实现?

白鹤滩拱坝位于金沙江上的河谷狭窄处,即便经水库调洪削峰后,每秒仍有约42300立方米水需要安全泄放,下泄落差高达190米,泄洪功率达9万兆瓦。巨大的能量需要通过不对称的拱坝在不对称的河谷内消刹,这是世界上难度最大的“泄洪消能”。

面对“高水头、窄河谷、巨泄量和不对称拱坝”的特点,设计团队通过大量水工模型试验验证,在坝身设置了6个无齿坎分层大差动表孔、7个分层多股水流深孔,设计世界规模最大的反拱水垫塘,提高了孔口运用的灵活性和水垫塘的消能率及稳定性,有效解决了超大泄洪规模不对称拱坝坝身泄洪消能的技术难题。

3条无压泄洪洞布置在左岸山体内,裁弯取直,消能避开峡谷河段,减小与坝身联合泄洪对边坡稳定的叠加影响;首创“底+侧”非同步立体掺气减蚀结构、洞顶和掺气坎分别独立洞外补气系统。

“横向三支臂弧形闸门”技术在白鹤滩水电站之前,国内尚无应用实例,放眼世界也寥寥无几。华东院针对横向三支臂弧形闸门开展专题研究,从制造、安装的角度完善闸门结构设计,提出实现办法和控制标准,最终破解这一难题。

精益求精在白鹤滩体现得淋漓尽致,为了一个好的方案,设计团队十里挑一,甚至是三十里挑一也在所不辞。仅仅是泄洪洞出口水流归槽的挑流鼻坎型式,工程师们初拟的方案就多达30余种,并在大比尺模型上反复验证。

错综复杂的“地下宫殿”如何筑起?

由于白鹤滩水电站建在高山峡谷中,大坝和泄洪消能设施已占据整个河道,需要开挖巨型地下洞室群布置引水发电系统,世界上规模最大的水工地下洞室群应运而生。它的体量令人震惊,2500万立方米的开挖总量能填满10座胡夫金字塔,364个地下洞室错综复杂地布置在峭壁之下,山体挖空率达到37%。

建设这座前所未见的“地下宫殿”,遭遇的困难不言而喻。由于地应力高、错动带发育、岩石硬脆易碎和巨型洞室间的相互影响,地下洞室群开挖过程中围岩极易发生卸荷松弛、破裂和变形,围岩稳定控制难度空前。

在大量试验研究的基础上,设计团队研发了洞室群围岩时空变形全过程调控的成套技术与方法,创新提出了通过主洞与支洞联合控制贯穿性错动带不连续变形的抗剪结构型式,解决了高地应力下玄武岩卸荷破裂松弛、错动带不连续变形及巨型洞室群联动效应等关键难题。岩石力学理论获得创新,围岩稳定控制技术实现突破。

2020年8月18日,起吊重量近2400吨的世界首台百万千瓦水轮发电机组转子,在白鹤滩地下厂房成功吊装。桥机与转子的重量之和达到3300吨,承载着这一重担的,是地下厂房的关键部位——岩壁吊车梁。

白鹤滩水电站岩壁吊车梁的规模和承载能力居世界之首。精巧的结构,使其有着“四两拨千斤”的本事,将巨大的荷载由钢筋混凝土梁体、锚杆最终传递到围岩上,对减小地下厂房跨度、降低围岩稳定控制难度发挥至关重要的作用。

然而,岩壁吊车梁的建成并非一帆风顺。尽管已采用了先进的预加固、精细爆破技术,复杂的地质条件仍导致右岸岩台完全缺失比例高达60%以上。设计团队提出6种型式的补强加固措施,并首次引用加载分析法进行复核,在超载4倍的情况下岩壁吊车梁仍能稳如泰山。

一路创新,一路发展,以核心技术研发在绿色清洁能源发展的征程中引吭高歌,这是白鹤滩水电站建设的缩影,映射着时代赋予中国电建的责任,初心不改,使命永记。



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