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          锦屏山下的世纪丰碑
          来源:成都院 作者:庞明亮 邱云 时间:2018-06-08 字体:[ ]

          6月3日,从第十五届中国土木工程詹天佑奖颁奖大会上传来喜讯,由中国bet36365体育在线投注成都院完成全阶段规划论证和勘测设计,水电五局、七局、十四局等单位承担施工,凝聚了几代水电人企盼和心血的锦屏一级水电站,荣获了这项“中国土木工程届奥斯卡”之称的重量级大奖。

          水电界一直有“三峡最大、锦屏最难”的说法,业内专家认为锦屏一级水电站是当今“技术难度最大、施工布置难度最大、建设管理难度最大”的世界级工程,尤以技术难度大最为突出。也就是这座世界最高的大坝,将我国300米级高拱坝设计与建设水平推上了国际领先的地位。赞誉和荣誉的背后,承载了几代成都院人前赴后继、为之奋斗半个多世纪的梦想和追求。

          大河湾筑坝发电之梦

          雅砻江,从青藏高原雪山流出,聚纳众川,切入横断山脉褶皱带的深谷巨壑,以磅礡浩荡之势奔腾而下。锦屏山,犹如一道摩天绿色画屏横亘在攀西大地上。桀骜的雅砻江在锦屏山下止住脚步,掉头向北,又向东向南流去,形成了约150 公里的大河湾,也造就了300多米的河流落差,蕴藏了丰富的水能资源。

          开发雅砻江锦屏大河湾是中国几代水电人的梦。从资源普查、规划、勘探、设计,直到最后研究、论证,历经了半个世纪的风雨历程。

          这里曾经难以寻觅人类的踪迹,亿万年的时间里,只有这座山,伴着这条江,静默守望。

          1955年,成都院承担了包括雅砻江在内的水力资源普查的任务,将水bet36365体育在线投注设者的足迹第一次留在了这方土地。十载辛勤劳动,付出了智慧和汗水,甚至生命,于1965年完成了《雅砻江流域水力资源及其利用报告》。有了详实的第一手资料,到1979年,锦屏水电工程建设终于被提上议事日程。成都院对锦屏开发方案进行了调整研究,《雅砻江锦屏水电站开发方案研究报告》出台,提出了锦屏一级高坝水库和锦屏二级引水两级开发方案,这是一个大胆而令人鼓舞的方案,充分利用大河湾天然落差,再加一座高坝,形成600米的落差,总装机接近半个三峡的发电量,而投资却不大,也就是今天已经辉煌呈现在雅砻江下游的锦屏一级、二级“双子星”方案。

          大坝坝型选择之争

          根据河段规划,锦屏一级水电站的挡水建筑物为一座300米级的高坝。放眼世界,在当时无论是当地材料坝还是混凝土坝,都没有超过300米的先例,已经建成的顶级高坝基本都在200米左右,一下子将坝高提高近百米,难度可想而知。

          随着研究工作的深入,一个艰难的抉择摆着成都院人的面前:究竟是选择当地材料坝还是选择混凝土拱坝?

          中国水电泰斗、两院院士潘家铮曾经这样形容锦屏的地理地质环境:“峰如斧劈江边立,路似绳盘洞里行。”应该说,锦屏坝址区两岸河谷陡峻,非常适合修建拱坝,但锦屏复杂且局部较差的地质条件,却是摆在拱坝方案面前的拦路虎。

          不论哪种坝型,都将毫无悬念地成为世界第一高坝,究竟选择哪个坝型更合适?两者各有利弊,也各有千秋,当地材料坝技术难度及制约因素相对较少、但投资大,而拱坝虽然经济,但技术难度大、制约因素多。

          面对难题唯有攻克一条路可走。成都院人选择迎难而上,深入开展科学实验及专题研究,并联合国内最有实力的科研单位开展有针对性的科技攻关。从1999年底开始,成都院广大工程技术人员克服重重困难,攻克一个又一个技术难关,夜以继日地工作,不到三年的时间,完成科研试验报告60多份,专题研究报告35份,取得了丰硕的坝址及坝型选择研究成果。在大量的研究成果的支撑下,成都院最终大胆拍板,认为在普斯罗沟坝址设计与建设一座305米的混凝土双曲拱坝是完全可行的。

          当地材料坝成功经验比较多,成都院对此也颇有研究,论证的深厚覆盖层上世界级大型堆石坝瀑布沟,在当时就已经取得许多关键性成果。而拱坝被认为是水电界最复杂的建筑物,成都院选择最有挑战的坝型自有其底气。上世纪60到80年代,成都院在雅砻江上就设计论证了二滩拱坝,尽管坝高和装机均不及锦屏一级,但也是中国第一座超过200米的高坝,达到240米,开工建设后一直进展顺利,为锦屏修建300米级拱坝提供了重要参考和借鉴。另外,世界第三大水电站也是300米级拱坝的金沙江溪洛渡,基本和锦屏同步开展相关研究论证,两者可以相互印证和提升。

          世界拱坝设计之难

          坝址与坝型已定,拱坝设计与建设中遇到的难题接踵而来。

          锦屏一级拱坝在世界拱坝史上的高度,绝非一个简单的吉尼斯世界纪录认证可以体现。工程位于地质灾害频发的深山峡谷地区,地质条件复杂,工程规模巨大,技术难度高,具有“三不对称”特点:坝址地形不对称、坝址两岸地质条件不对称、拱坝体型及应力不对称。在拱坝建设中,有一个“不对称”存在,难度就增加许多。而如此多的不对称,给设计带来的挑战不可想象。

          对于坝址地形条件不对称的问题,成都院创新性地提出了大垫座的设想。据成都院副总经理、总工程师、全国勘察设计大师王仁坤介绍,为确保大坝基础固若金汤,方案设计时在左岸增设了一个高度在155米、混凝土方量达到55万立方米的大垫座,这就好比给大坝穿了一双靴子,来均匀分散拱坝坝基的应力。而针对拱坝体型及应力不对称的问题,提出了“通过结构刚度的不对称分布,适应结构尺寸的不对称分布,从而使结构获得较对称的应力分布”的拱坝体型设计思路。

          努力自有收获,心血没有白费。“锦屏一级大坝的技术在国际上来说都是最先进的。”国际知名水电咨询公司美国美华哈扎公司专家迈克赞叹,“作为突破300米的高拱坝,锦屏一级大坝将和胡佛水坝一样成为世界水电的里程碑。”不仅如此,依托锦屏一级为代表的数座特高拱坝的科研攻关与实践,成都院“300米级高混凝土拱坝设计与建设关键技术”已经位于国际领先水平。

          巨型工程创新之魂

          锦屏一级水电站遇到的棘手难题,绝不仅仅来自拱坝本身。高水头大泄量窄河谷的泄洪消能设计、高地应力环境超大规模地下厂房洞室群设计等,任何一个都称得上世界级技术难题,没有成功的工程经验可以借鉴,只有靠自主科技攻关找到解决方案。

          通过大量的试验研究,针对锦屏一级拱坝坝址区河谷狭窄、边坡稳定性差、坝下水垫塘水垫较深的特点,首次创造性地提出了坝身表、深孔水舌空中无碰撞的泄洪消能方式,首次在拱坝表孔上成功使用窄缝消能工进行消能,减小坝身泄洪雾化成都,从而降低对边坡稳定的影响。当开启坝身孔口泄洪时,站在305米的世界第一高坝前,可见两岸青山间镶嵌的一座灰白色混凝土大坝,喷出的水流如巨龙吐水,江中水流翻滚,浪花卷起千堆雪,水声震天,场面十分壮观。依托本工程消能成套技术的突破,成都院获得多项国家级、省部级科技进步奖,并获得发明专利30余项。

          与一般地面厂房不同,锦屏地下厂房的施工复杂而危险。由于地质条件复杂,洞室围岩强度较低,地应力高,施工期洞室群围岩的变形破裂,大大超出已有工程的经验判断,是行业公认的围岩稳定控制难度最大的大型地下厂房洞室群工程。如何确保施工期及运行期地下厂房围岩的稳定,为发电机组修建一个安全的房子,摆在设计者面前。

          厂房开挖伊始,就给建设者一个下马威——开挖时喷混凝土剥落、岩体劈裂弯折,影响到安全与进度,成都院针对此情况适时开展专题研究,解决了高地应力地区大型地下厂房洞室群布置、洞室变形控制技术、围岩稳定分析和安全评判等一系列关键技术难题,并提出了综合控制技术体系,确保了厂房洞室群的围岩稳定。

          水电设计匠心之光

          哪里有难题,哪里就有成都院人的攻坚创新。凝聚成都院及国内科研高校群体智慧的锦屏水电站,实现了众多“世界第一”、 “中国第一”、 “水电行业首创”的辉煌梦想和匠心之光——

          世界第一高坝是锦屏最耀眼的标签。此外,它拥有世界规模最大也最复杂的坝基抗力体处理工程、世界最复杂高边坡治理工程、世界最高的具有生态环保分层取水功能的独立岸塔式电站进水口,也是世界第一个采用坝身多层泄洪孔口无碰撞消能方式的特高拱坝,还拥有国内直径最大的调压井、国内最深消力池、国内第一个成功在高地应力低岩石强度条件下建设完成的地下厂房洞室群……据不完全统计,电站设计已获省部级及以上科技进步奖等各类奖项34项,其中国家技术发明奖1项、国家科技进步奖2项、省部级科技进步奖17项、省部级四优奖14项。

          锦屏一级水电站,无疑是中国水电工程的标杆型工程,是世界大坝建设的里程碑工程,推动了高山峡谷复杂地形地质条件下巨型水电工程设计、施工与建设管理的长足进步,引领中国水bet36365体育在线投注设技术由世界先进迈向世界领先水平。

          新的高度,意味着新的开始;更大的荣誉,意味着更大的责任。60多年过去了,成都院在铸就荣光的时光中,留下了诸多传奇,也在一个接一个的水电荣光里,不断实现着自身的价值,将座座巨型高坝矗立在大江之中,擦亮中国水电名片闪耀于世界之上,在壮阔的水电发展中注入了强劲的成都院基因。

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