中国电建:英雄河上的电建壮举
8月22日,我国隧洞直径最大的引水式电站 ——大渡河硬梁包水电站全容量投产发电,清澈的大渡河水化作源源不断的绿色电能,点亮万千家庭,标志着大渡河清洁能源基地建设迈出关键步伐,更彰显了中国电建的硬核实力,为我国能源电力保障再添强劲绿色动力。
大渡河,这条承载着厚重历史的河流,素有“大渡天险” 之称。它不仅是一条孕育生命的自然之河,更是一条镌刻着英雄史诗的历史之河。80多年前,“强渡大渡河”“大渡桥横铁索寒” 的壮举,彰显了红军战士的英勇无畏,铸就了不朽的精神丰碑,激励着一代又一代人砥砺前行。如今,在这条英雄河畔,电建人传承红色基因,用一个个宏伟的水电工程续写着新的传奇。
从上世纪50年代开始对大渡河水力资源进行普查,到建成大渡河首座大型水电站龚嘴水电站,再到打造世界首座深厚覆盖层上的高坝大库瀑布沟水电站,以及正在建设的世界第一高坝双江口水电站,中国电建所属成都院在大渡河流域留下了一串坚实的足迹。这些工程如同一颗颗璀璨的明珠,镶嵌在大渡河上,见证着红色央企能源报国的使命担当。硬梁包水电站的全面投产发电,又为这条英雄河增添了浓墨重彩的一笔。
精心设计,打造挑战极限的“绿色引擎”
硬梁包水电站位于四川省泸定县,是大渡河干流梯级规划开发中的第14级电站,总装机容量 111.6万千瓦。由成都院规划论证和全阶段勘测设计,水电五局、水电七局、水电十局、水电十四局等单位承建。虽然从装机规模来看并非顶尖,但在设计与建设难度上,却达到了国内乃至全球领先水平,堪称水电工程中的“极限挑战者”。
项目的地质条件“先天不足”。工程区处于北东向龙门山断褶带、北西向鲜水河断褶带和南北向大渡河断裂带的交接复合区,地质构造极为复杂,地震烈度高达 Ⅷ 度,就像一颗 “不定时炸弹”,给施工带来极大的不确定性。长引水隧洞规模在国内首屈一指,首部枢纽大坝坐落在深厚覆盖层的复杂地基之上,再加上项目本身的高规格与高标准要求,对勘测设计工作提出了前所未有的挑战。同时,当地变化莫测的天气状况以及频发的自然灾害,更是让工程建设难上加难。
面对这些“拦路虎”,成都院团队没有退缩,而是迎难而上,用智慧和勇气攻克了一个又一个技术难关,确保工程稳步推进。硬梁包设计项目经理尹建辉介绍,在勘测设计阶段,项目的主要难点集中在长引水系统的建设和首部枢纽的设计上,可概括为 “三超”特点。
“超规范”是指原本依据规范设计的支护措施,在面对不断揭示的复杂地质条件和软岩大变形、塌方、突泥涌水等工程难题时,不得不逐步加强至远超规范要求的程度。这背后,是团队对地质条件的精准研判和对工程安全的极致追求。“超经验”则体现在,尽管参与工程建设的设计、施工、监理团队都是国内一流,拥有丰富经验,但在实际施工过程中,仍需不断摸索以应对层出不穷的新问题。“超认知”意味着自工程启动以来,设计方案、支护措施和施工方案等都要随着新问题的出现而不断优化和加强,反映出团队对工程复杂性的认知在持续升级。
作为国家“十三五”重点水电项目,硬梁包水电站的意义远超发电本身。它年发电量可达51.8亿千瓦时,相当于每年节约标准煤约155万吨,减少碳排放约407万吨,为推动“碳达峰、碳中和”目标实现注入强大动力。同时,水电站地理位置优越,靠近负荷中心,其开发和运营积极响应国家西部大开发战略及四川省能源产业政策,成为推动四川乃至全国经济发展的关键一环。
在社会意义层面,项目的实施带动了地方劳动就业,促进了经济多元化发展,为脱贫振兴和涉藏区跨越式发展提供了有力支持。它不仅是技术创新的结晶,更是可持续发展的生动实践,让绿色发展的理念在大渡河畔落地生根。
攻坚克难,攀登筑坝技术的“世界高峰”
硬梁包水电站采用的长引水方案,是经过深思熟虑的选择,体现了工程建设者对民生的关怀和对自然的尊重。2007年进行开发方式研究时,团队面临艰难抉择:如果采用高坝方案,虽然可能在发电效益上有一定优势,但会淹没上游5公里地区的人口聚居地,导致大量居民搬迁,还会淹没从大坝到泸定县河两岸的耕地,影响当地农业生产。
最终,为了减少对当地居民生活和农业生产的影响,团队决定采用长引水方案。这一决策,为大渡河上第一个大型长引水水电站建设奠定了基础,也彰显了工程建设中以人为本、和谐发展的理念。
硬梁包设计总工程师王锋回忆,方案确定后,真正的挑战接踵而至。为实现水源的跨地形远距离输送,团队精心设计了引水隧洞系统,采用双隧洞平行布局,巧妙规避磨子沟、茶园沟、加郡沟等地形障碍,确保隧洞以绕行方式穿越。这一设计不仅展现了工程技术的精妙,更体现了对自然环境的尊重与和谐共生。
该隧洞系统平均延伸14.4千米,最大埋深达830米,最大开挖直径更是突破性地达到16.7米,刷新了国内引水式水电站隧洞开挖直径的纪录,在全球范围内也属罕见。然而,隧洞建设的难题远不止于此。由于需穿越三条深厚覆盖层的冲沟,过沟段上覆岩体薄弱,易引发突水等地质难题,加之地质条件复杂、洞室跨度巨大,施工难度极大。更棘手的是,隧洞内广泛分布着蚀变岩体,尤其是高岭土化蚀变岩体,强度极低,遇水即软,给施工带来极大不便与风险。
关键时刻,成都院的专家团队展现出卓越的专业能力与创新精神。首届国家卓越工程师、全国工程勘察设计大师王仁坤和全国工程勘察设计大师李文纲多次奔赴现场,研究解决复杂而紧迫的问题。团队依托综合物探技术与地质预判能力,深入开展地质超前预报工作,并针对蚀变岩体开展专项工程实验性研究,为隧洞的安全掘进与支护设计提供了坚实的科学依据。
硬梁包工程由首部枢纽、引水工程、厂房枢纽三部分组成,采用侧向进水、正向冲砂泄洪的方式。其中,混凝土闸坝设置在左岸组合床,由一孔生态流量泄放闸、五孔冲沙泄洪闸组成,坝轴线总长度476米。坝型选择充分考虑了硬梁包地区复杂的地质条件和高地震烈度,同时兼顾经济性和环保性。面板堆石坝技术成熟,具有良好的适应性和抗震性能,而且可以将隧道挖掘的材料用来填筑大坝,既节约了成本,提高了施工效率,又最大程度降低了对环境的影响。
首部枢纽的设计与建设是硬梁包水电站面临的第二大难题。首部枢纽混凝土闸坝高41米,在高地震烈度区深厚覆盖层复杂地基闸坝规模中位居世界前列;泄流建筑物最大下泄单宽流量 89立方米/秒,为深厚覆盖层在建闸坝中最高;“侧向取水,正向冲沙”的布置方式,使得进水口宽度达123米,在同类工程中最宽,冲沙设计难度极大。此外,首部枢纽闸坝基础覆盖层最深达129.7米,层次结构复杂,存在承载力低、不均匀变形、砂层液化等一系列工程问题,基础处理设计及施工难度显而易见。
为此,成都院联合国内知名高校及科研机构,开展大坝基础覆盖层动力层研究与试验工作,在多目标协同地基处理方案设计、高地震烈度区深厚覆盖层坝基砂层液化全链条防控关键技术、智能振冲施工与质量实时管控成套技术等方面取得突破,为硬梁包坝体的抗震安全提供了保障,也对类似复杂地质条件下的水电工程建设具有重大的引领和示范意义。
匠心守护,树立水电行业的“示范标杆”
自开工以来,硬梁包水电站经历了诸多考验,包括汉源地震和泸定6.8级地震在内的多次地震,对工程的安全、进度和投资产生了严重影响。据统计,引水隧洞施工期间共发生了6次较大规模的塌方和突泥涌水事件,大大增加了施工难度和安全风险。
面对这些挑战,项目部组织设计人员积极研究解决方案,采取了超前地质预报、多源数据融合和全方位动态感知等多种措施。针对引水隧洞支洞的施工问题,项目部最终选择绕线方案,最大限度地降低了塌方、突泥涌水等对工程的不利影响,成功避开了塌腔区域,改善了围岩条件。
在处理引水隧洞软岩大变形问题时,项目部采用“三向三阶段”的设计控制准则,通过数值计算确保隧洞轴向、径向变形和围岩塑性区深度得到有效控制。同时,团队还模拟了不同的支护方案,明确了开挖支护要求,综合运用“新奥法”和“新意法” 的优点,克服了超大断面隧洞蚀变岩和频繁地震导致的塌方、突泥、涌水等难题。
项目成功应对引水隧洞突泥涌水灾害的经验表明,加强沿线勘测工作和超前地质预报是预防此类灾害的有效途径,强化泥涌水临灾预警工作也至关重要。这一成功案例为水电工程建设提供了重要借鉴,展示了在复杂多变的地质条件和灾害频发的环境中,通过精心设计、科学管理和技术创新,水电工程可以安全稳定推进。
2024年的汛期,对项目团队来说是一场严峻考验。汛期来得更早、更猛烈,超标准的河水流量考验着团队的应急反应能力和工程的安全性。水位超过设计标准,洪水还引发了泥石流、滑坡等地质灾害,施工现场险情四伏。为应对突发情况,项目团队果断决定将围堰加高一米,有效提高了抵御洪水的能力。同时,紧锣密鼓地完成大坝浇筑至顶工作,大大增强了大坝的安全性。
如今,历经重重洗礼的硬梁包水电站,如同大渡河上的一颗璀璨明珠,闪耀于群山峡谷之间。它的建成,不仅是中国电建在水电建设领域的又一力作,更是我国水电行业技术创新和绿色发展的生动体现。随着全部机组投产发电,这座水电站将为我国清洁能源供应、“双碳”目标实现和区域经济社会发展作出更大贡献,在英雄河畔书写出更加精彩的绿色发展新传奇。
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