山水之間鑄輝煌，實踐之中書華章
——記華東勘測設計研究院水電水利工程院副院長褚衛江

呂騰波

褚衛江在白鶴灘水電站

2022年12月20日，中國水力發電工程學會印發了《關于第四屆水電英才獎獎勵的決定》，表彰和獎勵在水力發電各專業領域做出突出成績、為我國水力發電科技進步作出積極貢獻的10位青年科技工作者。中國電建集團華東勘測設計研究院（以下簡稱“華東院”）水電水利工程院副院長、浙江中科依泰斯卡巖石工程研發有限公司總經理褚衛江是這10位獲獎者中的一員。這一獎項，是對他多年來持續深耕水電復雜巖土工程科研與設計工作的充分肯定與褒獎，背后折射出的是他用歡笑、汗水和淚水繪就的逐夢畫卷。

在實踐中發掘科研之樂

雖然從一開始就選擇了土木工程，順其自然地踏入水電工程領域，但直到博士畢業，褚衛江對自己的專業仍談不上熱愛。影響他留在這一領域的各類因素，無關乎理想，更多的還是基于生活和學習成本的理性權衡。“質變”是從他參與雅礱江錦屏二級水電站建設開始的。

2007年，褚衛江博士畢業并入職華東院，恰逢雅礱江錦屏二級水電站正式開工建設，他便隨同團隊來到了四川省涼山彝族自治州大山深處，負責深埋地下工程圍巖穩定問題的研究。錦屏二級水電站的工程樞紐主要由首部低閘、“四洞八機”的引水系統及尾部地下廠房三大部分組成。其中由華東院承擔設計的4條引水隧洞單洞長16.7千米，洞徑12.4～14.6米，73.1%洞段埋深超過1500米，最大埋深2525米，實測地應力超過了100兆帕（M P a），是當時世界上埋深最大、規模最大的水工隧洞群。工程面臨巖爆、高應力破壞、擠壓大變形、超高壓大流量突發涌水等工程難題，難度巨大。直到正式開工的時候，關于“這項工程是否能夠成立”的問題，業內仍有許多質疑的聲音。

隧洞建設正式開工后，當巖石掘進機工作至1600～1700米深時，強巖爆造成的阻礙已經使掘進機的優勢難以發揮。“如何使掘進機繼續前進”“要不要繼續使用掘進機”成為當時討論的熱點。為探明深埋隧洞巖石應力變化的科學規律，以支撐接下來的工程建設工作，褚衛江與同伴每周至少要在隧洞內往返3次。

17千米深的隧道，潮濕、陰暗，還時不時地“下起小雨”，唯有隨身攜帶的礦燈能夠帶來方寸光明。他們穿著雨衣，乘著運輸礦渣的小火車默默深入，仿佛奔赴一條沒有盡頭的旅途，只有行至巖爆發生過的路段，才會短暫地停下收集資料。絕大多數時候，他們一定會錯過午飯，餓著肚子忙前忙后。不進隧洞時，褚衛江幾乎會把所有的時間都用在設計和修改方案上，連坐在江邊欣賞風景的閑暇也不舍得多留。但就是在這樣充斥著危險和忙碌的點滴日常中，褚衛江漸漸愛上了自己正在做的這份工作。“一路走來，我從中感受到了很多樂趣，工作期間一直很愉快，所以就順理成章地留了下來。”說起那時的決定，他的語氣難掩笑意。

享受科研之樂的同時，褚衛江也基于深入一線取得的深刻認識及大量的研究積累，首次全面揭示了深埋大理巖的脆-延-塑轉換特征和高應力破裂的時效特征；從巖爆機理角度提出了3種分類方法和針對不同巖爆等級的控制措施，為解決錦屏二級強—極強巖爆問題提供了堅實的技術支撐。針對深埋隧洞高應力破壞不斷擴展，并持續超過2年的技術難題，他提出了能夠描述這種現象的“應力侵蝕”時間效應模型，幫助論證了1800～2500米埋深條件下支護結構的長期安全。這一系列成果，在我國后來開展的深埋隧洞相關研究中被普遍引用，其中的“應力侵蝕”模型在白鶴灘右岸廠房小樁號部位圍巖持續變形、以色列哈亞鄧廠房北側端墻持續變形問題的處理中也發揮了指導設計作用。

由于此項工程在掘進過程中遇到的高地應力破壞、強烈巖爆、軟巖大變形等各種技術難題極具代表性，給深埋巖石力學問題的研究提供了豐富的素材。褚衛江及其合作者還在之后的幾年中，陸續以之為主要依托工程，以我國水電行業現行技術工作方法與流程為基礎，以建設工程中面臨的關鍵技術難題為對象，緊密圍繞深埋水工隧洞中的巖石力學問題，對近幾十年來深埋地下工程的研究思路和經驗教訓進行了全面的探索和總結，匯集成《深埋隧洞巖石力學問題與實踐》一書，作為今后深埋地下工程研究工作和設計工作的借鑒。

敢挑重任 寵辱不驚

2012年，褚衛江任白鶴灘巖石力學咨詢服務項目經理，為白鶴灘地下洞室群和高邊坡的設計與建設提供數值分析、現場跟蹤和穩定評價等工作。在白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發電機組全部投產發電，我國全面建成世界最大清潔能源走廊的今天，褚衛江談及這段往事時，語氣中滿是自豪和懷念，仿佛又回到了那段激情奮戰的歲月。

褚衛江說，如果將水電工程建設比作一門考試，那么錦屏二級水電站就是一張寫滿了經典例題的試卷范本，白鶴灘水電站則更像是一張雜糅了各類難題的綜合試卷。“白鶴灘水電站的巖石力學問題主要有三大類問題，分別是脆性玄武巖高應力破壞問題、柱狀節理玄武巖各向異性問題、大尺寸錯動帶的穩定性問題。”柱狀節理玄武巖能否作為300米級特高拱壩的壩基？如何保證復雜地質環境世界最大規模地下廠房洞室群圍巖穩定？如何保證復雜地質環境特大彎頂式圓筒調壓室群安全建設？一道道難題接踵而至，卻找不到相關的理論依據。

2015年8月，右岸廠房頂拱出現深度裂縫，監測數據顯示持續變形，施工完全停滯。沒有人知道這種裂縫將變形到什么程度，頂拱是否有塌陷、掉落的可能。施工方、承建方、設計方邀請了一批業內知名專家共同商討。但由于這是中國水電工程史上一次新的嘗試，大家對此次變形數據的認識都很模糊，會上多方進行了長時間激烈的討論仍然沒能得出確切的結論，因此也無人敢貿然推進下一步的建設工作。

這時，憑著對錦屏項目的積累、多年對巖石特性的分析研究，褚衛江大膽地在會上提出了自己的觀點。他認為廠房周邊巖質以隱晶質玄武巖為主，微裂隙眾多，這是中高應力情況下的硬巖破裂時間效應問題，并預估變形時間將持續2年左右趨于穩定——眾多專家沒有定義的事被一個年輕小伙子下了定義，并給出了準確的預估時間，褚衛江收獲的不是掌聲，更多的是爭議。與此同時，左岸1號尾水調壓室（以下簡稱“尾調”）率先開展主洞開挖。白鶴灘水電站左、右岸各設4個圓筒形尾調，是世界上最大的尾水調壓室。尾調的頂拱前期優化階段，方案改了30多版，從頂拱的形狀到開挖順序都做了細致的設計。褚衛江將穹頂切分成48塊區域，并明確標明開挖順序，下置預錨，從戰略層面盡量減少應力調整對穹頂的影響。2017年，白鶴灘水電站現場監測數據表明深度裂縫已趨于穩定，證實了他的“猜想”，如潮水般遲來的認可涌向褚衛江。

而此時的褚衛江已悄然脫離喧囂中心，奔赴下一個山水間的項目——智利、非洲、越南、以色列……一項項海外工程咨詢邀請紛至沓來。智利一家電站的深埋隧洞和埋深約1000米的地下廠房由于高應力破壞、巖爆風險等問題處于停工狀態。檢索到褚衛江發表的深埋地下工程的學術論文，電站業主愛依斯電力公司（AES）向他發出咨詢的邀請。臨危受命的褚衛江率領團隊對這一項目進行了系統診斷，提出了專業的咨詢意見。以色列哈亞鄧電站是中國首個在發達國家作為工程總承包（EPC）承接的抽蓄電站，業主工程師（O E）來自德國知名咨詢企業費奇勒（Fichtner），且這一項目地質條件差，地下工程圍巖問題突出，業主針對設計和施工提出了極高的要求。但由于業主不認可中國規范標準和國內的經驗，項目設計審批難度巨大。得益于既往的研究與工作經驗，褚衛江團隊給這一項目的設計審批和施工提供了長期的現場服務，以專業的計算分析報告贏得了業主和業主工程師的一致認可，幫助順利推進工程建設……

褚衛江（左二）在智利

這些海外經歷一方面豐富了褚衛江的閱歷，進一步提升了其專業技能，另一方面也讓他深刻體會到國內土木工程領域發展面臨的困境：“中國工程技術標準國際化還處在起步的階段，很多時候我們不得不使用國外標準，為中國工程‘走出去’帶來了很大困難。改變這一困境應當是這一領域所有科技工作者的責任，未來我們仍舊任重道遠。”