夢(mèng)啟烏東德——烏東德水電站工程籌建工作綜述

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夢(mèng)啟烏東德
——烏東德水電站工程籌建工作綜述

謝澤，但 棣 瑤

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司工程建設(shè)管理局，四川 成都610041)

由昆明向北，在高速公路上疾馳3個(gè)小時(shí)后，到達(dá)祿勸縣撒營(yíng)盤(pán)鎮(zhèn)。隨后進(jìn)山，在橫斷山脈的山路上，再用兩個(gè)小時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)老司機(jī)口中的400多個(gè)大小彎后，烏東德水電站工地才出現(xiàn)在記者眼前。

“節(jié)省”的大壩撐起巨大的綜合效益

270米高的烏東德大壩僅需要澆筑350萬(wàn)立方米的混凝土，其澆筑量不到同為300米級(jí)雙曲拱壩的溪洛渡大壩一半。

烏東德水電站建成后正常蓄水位為975米，防洪限制水位952米，具有季調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量1 020萬(wàn)千瓦，多年平均發(fā)電量389.3億千瓦時(shí)，保證出力316萬(wàn)千瓦，在滿足四川、云南兩省的用電需求的同時(shí)外送華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)和南方電網(wǎng)，每年節(jié)約標(biāo)煤1 250萬(wàn)噸，減排二氧化碳3 250萬(wàn)噸。工程建成后，通過(guò)烏東德水庫(kù)的調(diào)節(jié)，可增加下游白鶴灘、溪洛渡、向家壩三個(gè)梯級(jí)電站年發(fā)電量2億千瓦時(shí)。

但是，與其強(qiáng)大發(fā)電量相對(duì)的確是，這么一個(gè)巨型水電站，其300米級(jí)的大壩卻被行內(nèi)人稱(chēng)為一個(gè)“經(jīng)濟(jì)的、節(jié)省的”大壩。

烏東德工程建設(shè)部副主任王義鋒告訴記者，烏東德水電站所在地河谷狹窄且高陡，一坡到底，對(duì)于建設(shè)拱壩來(lái)說(shuō)是具備了極佳的條件，270米高的大壩僅需要澆筑350萬(wàn)立方米的混凝土，厚高比達(dá) 0.19。而與它同為300米級(jí)雙曲拱壩的溪洛渡大壩，僅比烏東德大壩高15米，但其大壩的混凝土澆筑量是800萬(wàn)立方米，為烏東德大壩澆筑量的兩倍多。

除了是目前世界上最薄的300米級(jí)雙曲拱壩，烏東德水電站還擁有多項(xiàng)世界之最。對(duì)此王義鋒做了一一列舉：在烏東德，擁有世界最高的地下廠房——高89.8米；大壩單位壩頂弧長(zhǎng)泄量 ，世界第一；導(dǎo)流洞開(kāi)挖斷面，世界第一，導(dǎo)流洞高度世界第一；尾水調(diào)壓室開(kāi)挖半徑，世界第一；同時(shí)大壩還是首個(gè)壩身不設(shè)導(dǎo)流底孔的高拱壩，首個(gè)采用半圓型調(diào)壓室的水電站……

烏東德大壩建成蓄水后，其水庫(kù)將控制金沙江流域面積的86%，水庫(kù)預(yù)留防洪庫(kù)容24.4億立方米，與下游白鶴灘、溪洛渡、向家壩水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，可提高川江河段抗洪能力，配合三峽水庫(kù)可削減長(zhǎng)江中下游成災(zāi)洪量。根據(jù)測(cè)算，當(dāng)長(zhǎng)江中下游遭遇百年一遇洪水時(shí)，其平均削減成災(zāi)洪量可達(dá)10.1億立方米。

馬幫、棧道支撐起的勘測(cè)工作

烏東德水電站前期勘探工作始于上世紀(jì)50年代，在長(zhǎng)江水利委員會(huì)對(duì)長(zhǎng)江干流進(jìn)行水電資源查勘時(shí)，地質(zhì)勘探人員的足跡就深入到烏東德壩址區(qū)域的高山峽谷中。從1960年長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室編制的《金沙江流域規(guī)劃意見(jiàn)書(shū)》，提出金沙江下游按烏東德等四級(jí)開(kāi)發(fā)；到1990年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃，確定金沙江下游的梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案；再到2009年長(zhǎng)江委完成的《金沙江干流綜合規(guī)劃報(bào)告》，歷次規(guī)劃中，對(duì)其它梯級(jí)作過(guò)一些調(diào)整，但推薦烏東德作為金沙江下游第一級(jí)的方案從來(lái)沒(méi)有變過(guò)。烏東德水電站前期工作也一直沒(méi)有中斷。從2003年11月至今，在壩址區(qū)他們已經(jīng)完成了13 000米勘探平洞和150多個(gè)、近26 000米的地質(zhì)鉆孔。2010年5月，《金沙江烏東德水電站預(yù)可行性研究報(bào)告》在北京通過(guò)審查。2011年12烏東德可研報(bào)告通過(guò)咨詢；2012年建設(shè)規(guī)劃論證報(bào)告、防洪評(píng)價(jià)報(bào)告、建設(shè)征地移民安置總體規(guī)劃報(bào)告相繼通過(guò)審查和咨詢。2015年4月《金沙江烏東德水電站可行性研究報(bào)告》(樞紐部分)在北京審查并順利通過(guò)。

而烏東德的前期工作，絕沒(méi)有上面這一段流水賬記錄得那般輕松和順利。

2008年5月，現(xiàn)任長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院烏東德水電站設(shè)代處副處長(zhǎng)的黃孝泉第一次來(lái)到烏東德。據(jù)他的描述，那時(shí)剛初步確定壩址，大山深處的烏東德工地沒(méi)有公路，沒(méi)有供電供水。設(shè)備物資都要組織馬幫運(yùn)輸，200多人的勘測(cè)隊(duì)只能住在當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)家里和臨時(shí)工棚里。

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，勘測(cè)與設(shè)計(jì)工作比生活上遇到的挑戰(zhàn)更大。黃孝泉回憶道，人要想去到壩址區(qū)域，就得先從修勘探小路開(kāi)始。在經(jīng)歷了不少次垮塌后，前期進(jìn)駐的勘測(cè)設(shè)計(jì)人員，最終在兩岸懸崖峭壁上修出7到9層、總長(zhǎng)近32公里的棧道。另外，由于山勢(shì)陡峭，沒(méi)有平臺(tái)進(jìn)行勘探鉆孔。每在一處鉆孔，只能在懸崖上先打平洞，然后再在平洞里打鉆孔。工作進(jìn)行時(shí)，所有的設(shè)備物資，以及人員給養(yǎng)，都得通過(guò)棧道送進(jìn)平洞。“且不說(shuō)開(kāi)展作業(yè)，僅是為作業(yè)做物資保障，其難度由此就可見(jiàn)一斑。”黃孝全說(shuō)。

然而還是有一部分高邊坡是無(wú)法依靠修棧道到達(dá)的，但這里的勘測(cè)工作同樣不能省略。在烏東德，長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院烏東德設(shè)代處里一群被稱(chēng)作“蜘蛛人地質(zhì)工程師”的人，承擔(dān)起這項(xiàng)“不可能的任務(wù)”。他們擁有良好的身體素質(zhì)和攀巖技巧，攀爬至常規(guī)方法無(wú)法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行勘察和視頻記錄。除了他們，設(shè)計(jì)人員還需依賴(lài)三維相機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍攝，獲得被勘探區(qū)域的影像資料進(jìn)行分析判斷。但由于無(wú)法進(jìn)行實(shí)地勘探，會(huì)導(dǎo)致實(shí)地施工開(kāi)始后，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不相符合的問(wèn)題。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)單位而言，烏東德的設(shè)計(jì)工作，除了難度大，還是一個(gè)需邊施工、邊勘探、邊修改設(shè)計(jì)方案的繁瑣過(guò)程。

巍峨高山帶來(lái)的嚴(yán)峻難題

“這個(gè)高邊坡的治理難度和工作量，可以說(shuō)是水電史之最，至少我20來(lái)年的水電生涯里從來(lái)沒(méi)有遇到過(guò)。”

烏東德水電站進(jìn)行工程預(yù)可研時(shí)，由長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院和西北設(shè)計(jì)院一起進(jìn)行壩址比選，在相對(duì)上游與下游的兩個(gè)河段分別選擇了5個(gè)和2個(gè)備選的壩址，然后進(jìn)一步縮小為上下游各一個(gè)備選壩址，兩者相比后最終確定下游備選壩址為烏東德最終壩址。烏東德最終壩址的優(yōu)勢(shì)在于此處地形地勢(shì)陡，河谷狹窄適合修建拱壩，寬高比接近1.0，比較節(jié)省材料，巖石堅(jiān)硬，斷層比較少，裂隙不太發(fā)育，巖溶總體上弱發(fā)育，建材地也距離壩址不遠(yuǎn)等等。但這也意味著，狹窄陡峭的河谷將給工程施工帶來(lái)嚴(yán)峻的高邊坡處理挑戰(zhàn)。

高自然邊坡與工程邊坡的處理是烏東德水電站建設(shè)的一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)。據(jù)長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員介紹，烏東德大壩所在的這個(gè)河谷形成的時(shí)間不低于兩億年，兩岸緩臺(tái)極少，巖石平均年齡6億年，風(fēng)化剝離嚴(yán)重。其中，位于壩址右岸的金坪子是一個(gè)古滑坡體，曾經(jīng)還導(dǎo)致過(guò)金沙江被截?cái)嘈纬裳呷Ｃ康窖雌诨蚴桥龅较掠晏欤瑸鯑|德工地兩岸滾落石塊現(xiàn)象頻發(fā)。安全生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，對(duì)邊坡實(shí)施有效治理刻不容緩。

邊坡處理既涉及總體穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)也要保證局部塊體的穩(wěn)定。治多少？怎么治？要花多大的代價(jià)？都是擺在面前的問(wèn)題。2008年到2010年，針對(duì)高位自然邊坡局部塊體穩(wěn)定問(wèn)題，烏東德工程設(shè)計(jì)方開(kāi)展了專(zhuān)題研究。去年12月，三峽集團(tuán)邀請(qǐng)了一批來(lái)自中國(guó)工程院、國(guó)土資源部、四川地勘的專(zhuān)家學(xué)者匯聚烏東德，舉辦了一場(chǎng)關(guān)于高邊坡問(wèn)題的專(zhuān)家咨詢會(huì)。專(zhuān)家們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)工作了整整七天，對(duì)施工給出了具體意見(jiàn)和建議，設(shè)計(jì)院根據(jù)會(huì)議紀(jì)要于今年一月形成了全新的設(shè)計(jì)施工規(guī)劃，使得施工方式方法更加明確和有效。截至目前，上游高邊坡部分的治理已經(jīng)初現(xiàn)成效，兩岸霧化區(qū)和左岸地區(qū)的高邊坡治理是接下來(lái)的工作重點(diǎn)，整個(gè)治理工作將在明年汛期前完成，為基坑建設(shè)創(chuàng)造有利環(huán)境。

葛洲壩集團(tuán)烏東德施工局是負(fù)責(zé)邊坡治理的施工單位之一，該局局長(zhǎng)李國(guó)建去年汛期剛從向家壩赴任烏東德，就感到了高邊坡對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)的巨大壓力。

據(jù)李國(guó)建介紹，烏東德水電站需要處理的邊坡高度極大，左岸邊坡高1 036米，右岸高830米。除了高之外，邊坡延伸范圍還廣，沿江長(zhǎng)1.8公里的范圍內(nèi)都需要排查隱患、進(jìn)行治理。據(jù)李國(guó)建估計(jì)，整個(gè)項(xiàng)目需要處理的自然邊坡和工程邊坡總面積約為100萬(wàn)平方米，葛洲壩烏東德施工局計(jì)劃完成60萬(wàn)平方米的邊坡處理。另外水電六局和水電十四局也參與了高邊坡處理工作。幾家參建單位將一同完成高邊坡治理，為即將開(kāi)展的工程大規(guī)模施工保駕護(hù)航。

高邊坡治理施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，主要包括三個(gè)方面：第一，施工人員稀缺。由于作業(yè)位置都在高陡的邊坡上，能到達(dá)這一高度的施工人員就很少，只有俗稱(chēng)“蜘蛛人”的工人來(lái)承擔(dān)這項(xiàng)工作。烏東德工地現(xiàn)有的“蜘蛛人”約有150人，主要來(lái)自四川和云南。不少是汶川地震后培養(yǎng)的一批從事地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)工作的專(zhuān)業(yè)人才。由于這類(lèi)工作對(duì)身體素質(zhì)要求高，危險(xiǎn)性高，人員一直比較稀缺；第二，施工措施復(fù)雜。由于兩岸平臺(tái)極少，施工作業(yè)區(qū)域能容納人的空間小，施工材料運(yùn)達(dá)十分困難，一般管理人員也很難上去，要等待施工通道如施工爬梯的修建。另外由于山高谷深，通水、通電也面臨著考驗(yàn)，各種機(jī)械化設(shè)備設(shè)施的運(yùn)送也是難題。而在施工監(jiān)測(cè)方面，河谷高深，風(fēng)速快、風(fēng)力大，成熟的無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)手段并不適合，因此只能采取望遠(yuǎn)鏡和視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保證監(jiān)測(cè)，但這也存在不到場(chǎng)監(jiān)測(cè)不到位的風(fēng)險(xiǎn)隱患；第三，施工成本高昂。在復(fù)雜而且高危的施工措施過(guò)程中，成本投入可想而知。平時(shí)打一根只需一千多塊錢(qián)成本的錨桿，到了烏東德的高邊坡上，成本增加到至少三萬(wàn)塊錢(qián)。

“這個(gè)高邊坡的治理難度和工作量，可以說(shuō)是水電史之最，至少我20來(lái)年的水電生涯里從來(lái)沒(méi)有遇到過(guò)。”李國(guó)建說(shuō)，“今年三月開(kāi)始左岸的邊坡處理，從1135米高層開(kāi)挖到988米高層，我們只用了三個(gè)多月時(shí)間，可以說(shuō)創(chuàng)造了水電工程高邊坡處理的紀(jì)錄——平均每月開(kāi)挖30多米。高邊坡的治理需要做到既保證質(zhì)量又不能失了速度。”

李國(guó)建告訴記者，依據(jù)現(xiàn)在的安全管理準(zhǔn)則，即使最危險(xiǎn)的隱患已經(jīng)解決，施工期安全也得到了相應(yīng)保障，還需要進(jìn)行進(jìn)一步加固和防護(hù)，這是為了工程以后永久運(yùn)行的安全提供保障。

幾十年“厚積”在烏東德“薄發(fā)”

通過(guò)幾十年大型水電工程的磨練，中國(guó)的水電人在各方面已經(jīng)擁有更強(qiáng)的資金、技術(shù)和人才實(shí)力，他們正在這崇山峻嶺間圓滿著共和國(guó)的水電夢(mèng)。

世界最高地下廠房中巖錨梁的開(kāi)挖、地下洞室群緊湊布置，還有尾水調(diào)壓室的穹頂設(shè)計(jì)等等，都是烏東德建設(shè)者們面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境所進(jìn)行的大膽創(chuàng)新，這為其他工程的施工建設(shè)創(chuàng)建了一個(gè)又一個(gè)標(biāo)桿。

烏東德水電站是世界上首個(gè)采用穹頂半球形調(diào)壓室的水電站，由水電六局烏東德施工局承建。在建設(shè)施工的過(guò)程中，面對(duì)寶貴的優(yōu)質(zhì)巖層，水電六局的建設(shè)者們與設(shè)計(jì)單位合作，大膽創(chuàng)新，一改以往調(diào)壓室的長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，嘗試“以圓削球”的穹頂開(kāi)挖工藝，并取得了優(yōu)良效果，其《尾調(diào)室穹頂開(kāi)挖施工工法》獲得技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)。

據(jù)水電六局烏東德施工局總工程師聶文俊介紹，尾水調(diào)壓室總高為113.5米，由三個(gè)并立的尾調(diào)豎井組成，穹頂為半球形，單個(gè)直徑為53米(世界第一)，共分14層。為保證Ⅰ層開(kāi)挖工洞室穩(wěn)定和球冠成型，開(kāi)挖按環(huán)形導(dǎo)洞、中心預(yù)留巖柱、底部拉槽、環(huán)形擴(kuò)挖和周邊保護(hù)層5個(gè)區(qū)域順次展開(kāi)。圍繞穹頂中心軸線按不同半徑圓周鉆水平孔的思路進(jìn)行開(kāi)挖，從而實(shí)現(xiàn)“以圓削球”。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，開(kāi)挖效果優(yōu)良，累計(jì)最大位移為9.36毫米，變形較小，創(chuàng)造了開(kāi)挖樣板工程。

在地下廠房施工部分，面臨的另一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)就是高邊墻的整體穩(wěn)定問(wèn)題。廠房開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)遇到小夾角、薄層等不良地質(zhì)條件。目前情況來(lái)看，葛洲壩集團(tuán)所負(fù)責(zé)的左岸地下廠房變形情況比預(yù)想要小，其所采用的創(chuàng)新施工技術(shù)得到了檢驗(yàn)。他們主要采取的是全機(jī)械化進(jìn)行流水作業(yè)，保證施工過(guò)程快速流暢進(jìn)行。這一創(chuàng)新的施工工法得到了后方技術(shù)專(zhuān)家的肯定，最終效果顯示，在較小的成本增加下，大大提高了作業(yè)效率、減少了設(shè)計(jì)工程量。

水電六局也遇到了層間碳質(zhì)薄膜及小夾角巖層等不良地質(zhì)條件，水電六局采取了由上至下分層開(kāi)挖，Ⅱ?qū)右韵氯坎捎弥虚g拉槽，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層光面爆破的施工方法，進(jìn)行精細(xì)化爆破以減小開(kāi)挖爆破震動(dòng)影響，整體開(kāi)挖質(zhì)量也取得了良好效果。

從三峽到溪洛渡、向家壩，再到烏東德、白鶴灘，溯流而上，河谷越來(lái)越窄，山勢(shì)越來(lái)越高，水電建設(shè)者們面臨的困難也越來(lái)越大。但通過(guò)幾十年大型水電工程的磨練，中國(guó)的水電人在各方面已經(jīng)擁有更強(qiáng)的資金、技術(shù)和人才實(shí)力，他們正在運(yùn)用自身積累的強(qiáng)大實(shí)力，在這崇山峻嶺間，在這千萬(wàn)千瓦級(jí)水電工程的“收官之作”上，圓滿著中國(guó)人的水電夢(mèng)。

(責(zé)任編輯：卓政昌)

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