在四川省中西部,有一条奔腾不息的河流——大渡河。流域地形复杂多变,地势险峻,水流汹涌澎湃,素有“大渡天险”之称,蕴藏着巨大的能量。它,不仅是一条自然之河,更是一条历史之河,英雄之河。“大渡桥横铁索寒”,描绘红军在泸定桥上英勇战斗的壮举,也成为激励后人不断前行的精神力量。
中国电建成都院传承红色基因,在大渡河流域规划并建设了一系列水电工程和新能源项目。从上世纪50年代开始大渡河水力资源普查,到大渡河首座大型水电站龚嘴,再到正在建设的世界第一高坝双江口水电站,无不见证能源报国的使命担当,并将为大渡河流域水风光一体化清洁能源基地高质量建设作出新的贡献。12月29日,一声号令后,大渡河硬梁包水轮机巨大的轰鸣声响彻冬日寂静的山谷,仿佛诉说着建设者的艰辛与荣耀。
此刻的大渡河峡谷被白雪覆盖,一片银装素裹。宏伟的水电站在冰雪的映衬下,傲然屹立于山水之间。
不惧挑战,绿色引擎带来的蜕变
硬梁包水电站自2019年开工建设以来,已成为绿色发展的标志性工程。尽管装机规模并不巨大,但在设计与建设难度上却达到国内甚至全球之冠。
项目地质条件堪称“先天不足”,工程区域地质构造极为复杂,且地震烈度高达Ⅷ度,这为施工带来了极大不确定性;长引水隧洞规模首屈一指,首部枢纽大坝位于深厚覆盖层的复杂地基之上,项目本身的高规格与高标准要求,对勘测设计工作提出了新挑战;变化莫测的天气状况以及频发的自然灾害,为工程建设推进陡增难度。
工程的规划论证和勘测设计者——中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司(简称“成都院”)团队坚定地迎难而上,展现出非凡的智慧与勇气,攻克了一个又一个技术难题,确保了工程稳步推进。
硬梁包设计项目经理尹建辉介绍,在勘测设计阶段,项目主要难点集中在长引水系统的建设和首部枢纽的设计上,概括为“三超”特点:“超规范”,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诸如软岩大变形、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;“超经验”,尽管参与工程建设的设计、施工、监理团队均是国内一流,拥有丰富经验,但在实际施工过程中仍需不断摸索,以应对层出不穷的问题;“超认知”,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,反映出对工程复杂性的持续认知升级。
作为国家“十三五”重点水电项目,硬梁包水电站不仅是清洁能源供应重要来源,更承载着推动“碳达峰、碳中和”目标的使命。其年发电量可达51.8亿千瓦时,相当于每年节约标准煤约200万吨,减少碳排放约480万吨,显著推动温室气体减排,为环境保护贡献力量。同时,硬梁包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。
除了经济效益和环境效益,硬梁包水电站还具备深远的社会意义。项目的实施不仅带动了地方劳动就业,促进了经济多元化发展,更为脱贫攻坚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,照亮了人类迈向绿色未来的道路。
创新精进,复杂条件下的解决之道
硬梁包水电站的长引水方案,是一次深思熟虑的选择。
在2007年的开发方式研究中,考虑到高坝方案会淹没上游5公里地区人口聚居地,以及可能淹没从大坝到泸定县河两岸的耕地,团队决定采用长引水方案,以减少对当地居民生活和农业生产的影响。这一决策,既高度重视环境保护,也是对资源的合理利用,为大渡河上第一个大型长引水水电站建设奠定了基础。
硬梁包设计总工程师王锋回忆,在方案尘埃落定后,真正的挑战随之而来。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,这一创举不仅彰显了工程技术的精妙,更体现了对自然环境的尊重与和谐共生。隧洞系统平均延伸14.4千米,其最大埋深达到惊人的830米,而最大开挖直径更是突破性地达到了16.7米,为国内最大,这一规模在全球范围内也属罕见。
尽管如此,引水隧洞的非凡之处远不止于此。由于需穿越三条深厚覆盖层的冲沟,而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。尤为棘手的是,隧洞内广泛分布着蚀变岩体,尤其是高岭土化蚀变岩体,其强度极低,遇水即软,为施工带来极大不便与风险。
卓越的专业能力与创新精神此刻得以发挥。首届国家卓越工程师、全国工程勘察设计大师、成都院专家委员会主任王仁坤多次奔赴现场,研究解决复杂而紧迫问题。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,力求为隧洞的安全掘进与支护设计提供坚实的科学依据。
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。其中混泥土闸坝设置在左岸组合床,由一孔生态流量泄放闸,五孔冲砂泄洪闸,坝轴线总长度476米。坝型的选择不仅考虑到硬梁包地区复杂的地质条件和高地震烈度,也考虑到经济性和环保性。一方面基于成熟的技术,面板堆石坝具有良好的适应性和抗震性能,另一方面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,又能最大降低对环境影响。
首部枢纽的设计与建设是硬梁包遭遇的第二大难题。首部枢纽混凝土闸坝高41米,高地震烈度区深厚覆盖层复杂地基闸坝规模位居世界前列;泄流建筑物最大下泄单宽流量84.3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”布置,进水口宽度120米,同类工程中最宽,冲沙设计难度大;首部枢纽闸坝基础覆盖层深厚(最深129.7米),且层次结构复杂,存在承载力低、不均匀变形、砂层液化、抗滑稳定、渗漏及渗透稳定、消能防冲等工程问题,基础处理设计及施工难度显而易见。对此,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工作,为硬梁包坝体的抗震安全提供保障,也在一定程度上推进了水电行业大坝抗震设计及深基础处理技术的进步。
追求卓越,奉献给山河的本色追求
自开工以来,硬梁包水电站经历了包括汉源4.8级地震和泸定6.8级地震在内的多次地震,这对工程的安全、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,极大增加了施工难度和安全风险。
项目部组织设计人员积极研究解决方案,采取多种措施,包括超前地质预报、多源数据融合和全方位动态感知等手段。针对引水隧洞支洞的施工问题,项目部最终选择绕线方案,最大限度地降低塌方、突泥涌水等对工程带来的不利影响,并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,项目部采用了“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。此外,团队还模拟了不同的支护方案,以确保开挖支护要求得到明确。通过综合运用“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的突泥涌水灾害的经验,证实了加强沿线勘测工作和超前地质预报是预防此类灾害发生的有效途径。此外,强化泥涌水临灾预警工作同样至关重要,以确保工程安全。这一成功案例为水电工程建设提供了重要的借鉴,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年的汛期比以往来得更早,也更猛烈,超标准河水流量,不仅考验着项目团队的应急反应能力,更是对整个工程安全性的一次严峻考验。水位达到了前所未有的6000毫米,超过了设计时规定的标准水位5500毫米,随着洪水而来的还有泥石流、滑坡等地质灾害,施工现场笼罩与危险之中。
为了应对可能的突发情况,项目团队决定将围堰加高1米,这一措施有效提高了抵御洪水的能力。与此同时,大坝浇筑至顶的工作也紧锣密鼓地完成了,大大增强了整个大坝的安全性。为了进一步加强防洪措施,项目部还专门组建了一支由专家组成的巡查小组,每天对施工现场进行细致的巡查,特别是对首部施工区域的重点防渗水部位进行了严密监控。
项目部成员每天轮流巡查,不论是白天还是夜晚,他们都坚守在第一线,确保每一项措施都能落到实处。经过一系列的努力,项目不仅成功抵御住了超标准洪水的冲击,而且在保证工程质量和安全的前提下,完成了既定的施工任务。
硬梁包项目部积极投身科技创新工作,充分利用项目的特点和难点,组织各专业团队针对复杂地质条件下大型隧洞开挖支护及衬砌结构关键技术、振冲碎石桩施工及质量检测智能控制系统、高地震烈度区坝基砂层液化影响及处理工程技术、蚀变岩发育特征及工程适应性、复杂构造背景下大型洞群物理数值仿真与动态设计等多个领域展开深入研究。
项目部紧密结合工程需求,取得了多项重大技术创新成果,包括获得“可液化砂土层防液化方法”“预制混凝土排水桩”“消力池护坦底板排水结构”等发明专利授权。坚持以质量为核心,严格把控勘测设计产品质量,充分利用成都院的技术优势,前期策划、过程控制到成果评审,每一步都力求精益求精。通过这些技术创新和高质量的研究成果,硬梁包水电站不仅在技术上取得了突破,还为水电行业的可持续发展和技术创新树立了标杆。
今天,硬梁包水电站在诸多洗礼之后,如同大渡河上的璀璨明珠,闪耀于群山峡谷之间,绽放出绚烂夺目的光彩。