夢啟烏東德——烏東德水電站工程籌建工作綜述

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夢啟烏東德
——烏東德水電站工程籌建工作綜述

謝澤，但 棣 瑤

(中國長江三峽集團公司工程建設管理局，四川 成都610041)

由昆明向北，在高速公路上疾馳3個小時后，到達祿勸縣撒營盤鎮(zhèn)。隨后進山，在橫斷山脈的山路上，再用兩個小時轉過老司機口中的400多個大小彎后，烏東德水電站工地才出現在記者眼前。

“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350萬立方米的混凝土，其澆筑量不到同為300米級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，具有季調節(jié)性能。電站裝機容量1 020萬千瓦，多年平均發(fā)電量389.3億千瓦時，保證出力316萬千瓦，在滿足四川、云南兩省的用電需求的同時外送華中電網、華東電網和南方電網，每年節(jié)約標煤1 250萬噸，減排二氧化碳3 250萬噸。工程建成后，通過烏東德水庫的調節(jié)，可增加下游白鶴灘、溪洛渡、向家壩三個梯級電站年發(fā)電量2億千瓦時。

但是，與其強大發(fā)電量相對的確是，這么一個巨型水電站，其300米級的大壩卻被行內人稱為一個“經濟的、節(jié)省的”大壩。

烏東德工程建設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，對于建設拱壩來說是具備了極佳的條件，270米高的大壩僅需要澆筑350萬立方米的混凝土，厚高比達 0.19。而與它同為300米級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米級雙曲拱壩，烏東德水電站還擁有多項世界之最。對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；大壩單位壩頂弧長泄量 ，世界第一；導流洞開挖斷面，世界第一，導流洞高度世界第一；尾水調壓室開挖半徑，世界第一；同時大壩還是首個壩身不設導流底孔的高拱壩，首個采用半圓型調壓室的水電站……

烏東德大壩建成蓄水后，其水庫將控制金沙江流域面積的86%，水庫預留防洪庫容24.4億立方米，與下游白鶴灘、溪洛渡、向家壩水庫聯合運用，可提高川江河段抗洪能力，配合三峽水庫可削減長江中下游成災洪量。根據測算，當長江中下游遭遇百年一遇洪水時，其平均削減成災洪量可達10.1億立方米。

馬幫、棧道支撐起的勘測工作

烏東德水電站前期勘探工作始于上世紀50年代，在長江水利委員會對長江干流進行水電資源查勘時，地質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年長江流域規(guī)劃辦公室編制的《金沙江流域規(guī)劃意見書》，提出金沙江下游按烏東德等四級開發(fā)；到1990年國務院批準長江流域綜合規(guī)劃，確定金沙江下游的梯級開發(fā)方案；再到2009年長江委完成的《金沙江干流綜合規(guī)劃報告》，歷次規(guī)劃中，對其它梯級作過一些調整，但推薦烏東德作為金沙江下游第一級的方案從來沒有變過。烏東德水電站前期工作也一直沒有中斷。從2003年11月至今，在壩址區(qū)他們已經完成了13 000米勘探平洞和150多個、近26 000米的地質鉆孔。2010年5月，《金沙江烏東德水電站預可行性研究報告》在北京通過審查。2011年12烏東德可研報告通過咨詢；2012年建設規(guī)劃論證報告、防洪評價報告、建設征地移民安置總體規(guī)劃報告相繼通過審查和咨詢。2015年4月《金沙江烏東德水電站可行性研究報告》(樞紐部分)在北京審查并順利通過。

而烏東德的前期工作，絕沒有上面這一段流水賬記錄得那般輕松和順利。

2008年5月，現任長江設計院烏東德水電站設代處副處長的黃孝泉第一次來到烏東德。據他的描述，那時剛初步確定壩址，大山深處的烏東德工地沒有公路，沒有供電供水。設備物資都要組織馬幫運輸，200多人的勘測隊只能住在當地老鄉(xiāng)家里和臨時工棚里。

由于地質條件復雜，勘測與設計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始。在經歷了不少次垮塌后，前期進駐的勘測設計人員，最終在兩岸懸崖峭壁上修出7到9層、總長近32公里的棧道。另外，由于山勢陡峭，沒有平臺進行勘探鉆孔。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。工作進行時，所有的設備物資，以及人員給養(yǎng)，都得通過棧道送進平洞。“且不說開展作業(yè)，僅是為作業(yè)做物資保障，其難度由此就可見一斑?！秉S孝全說。

然而還是有一部分高邊坡是無法依靠修棧道到達的，但這里的勘測工作同樣不能省略。在烏東德，長江設計院烏東德設代處里一群被稱作“蜘蛛人地質工程師”的人，承擔起這項“不可能的任務”。他們擁有良好的身體素質和攀巖技巧，攀爬至常規(guī)方法無法到達的區(qū)域進行勘察和視頻記錄。除了他們，設計人員還需依賴三維相機進行遠距離拍攝，獲得被勘探區(qū)域的影像資料進行分析判斷。但由于無法進行實地勘探，會導致實地施工開始后，發(fā)現地質情況與設計不相符合的問題。因此，對于設計單位而言，烏東德的設計工作，除了難度大，還是一個需邊施工、邊勘探、邊修改設計方案的繁瑣過程。

巍峨高山帶來的嚴峻難題

“這個高邊坡的治理難度和工作量，可以說是水電史之最，至少我20來年的水電生涯里從來沒有遇到過。”

烏東德水電站進行工程預可研時，由長江設計院和西北設計院一起進行壩址比選，在相對上游與下游的兩個河段分別選擇了5個和2個備選的壩址，然后進一步縮小為上下游各一個備選壩址，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)勢在于此處地形地勢陡，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等等。但這也意味著，狹窄陡峭的河谷將給工程施工帶來嚴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的一項艱巨挑戰(zhàn)。據長江設計院的技術人員介紹，烏東德大壩所在的這個河谷形成的時間不低于兩億年，兩岸緩臺極少，巖石平均年齡6億年，風化剝離嚴重。其中，位于壩址右岸的金坪子是一個古滑坡體，曾經還導致過金沙江被截斷形成堰塞湖。每到汛期或是碰到下雨天，烏東德工地兩岸滾落石塊現象頻發(fā)。安全生產面臨著嚴峻的形勢，對邊坡實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？都是擺在面前的問題。2008年到2010年，針對高位自然邊坡局部塊體穩(wěn)定問題，烏東德工程設計方開展了專題研究。去年12月，三峽集團邀請了一批來自中國工程院、國土資源部、四川地勘的專家學者匯聚烏東德，舉辦了一場關于高邊坡問題的專家咨詢會。專家們在現場工作了整整七天，對施工給出了具體意見和建議，設計院根據會議紀要于今年一月形成了全新的設計施工規(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初現成效，兩岸霧化區(qū)和左岸地區(qū)的高邊坡治理是接下來的工作重點，整個治理工作將在明年汛期前完成，為基坑建設創(chuàng)造有利環(huán)境。

葛洲壩集團烏東德施工局是負責邊坡治理的施工單位之一，該局局長李國建去年汛期剛從向家壩赴任烏東德，就感到了高邊坡對安全生產帶來的巨大壓力。

據李國建介紹，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1.8公里的范圍內都需要排查隱患、進行治理。據李國建估計，整個項目需要處理的自然邊坡和工程邊坡總面積約為100萬平方米，葛洲壩烏東德施工局計劃完成60萬平方米的邊坡處理。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，為即將開展的工程大規(guī)模施工保駕護航。

高邊坡治理施工難度大、風險高，主要包括三個方面：第一，施工人員稀缺。由于作業(yè)位置都在高陡的邊坡上，能到達這一高度的施工人員就很少，只有俗稱“蜘蛛人”的工人來承擔這項工作。烏東德工地現有的“蜘蛛人”約有150人，主要來自四川和云南。不少是汶川地震后培養(yǎng)的一批從事地質災害防治相關工作的專業(yè)人才。由于這類工作對身體素質要求高，危險性高，人員一直比較稀缺；第二，施工措施復雜。由于兩岸平臺極少，施工作業(yè)區(qū)域能容納人的空間小，施工材料運達十分困難，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，各種機械化設備設施的運送也是難題。而在施工監(jiān)測方面，河谷高深，風速快、風力大，成熟的無人機監(jiān)測手段并不適合，因此只能采取望遠鏡和視頻監(jiān)控系統(tǒng)來保證監(jiān)測，但這也存在不到場監(jiān)測不到位的風險隱患；第三，施工成本高昂。在復雜而且高危的施工措施過程中，成本投入可想而知。平時打一根只需一千多塊錢成本的錨桿，到了烏東德的高邊坡上，成本增加到至少三萬塊錢。

“這個高邊坡的治理難度和工作量，可以說是水電史之最，至少我20來年的水電生涯里從來沒有遇到過?！崩顕ㄕf，“今年三月開始左岸的邊坡處理，從1135米高層開挖到988米高層，我們只用了三個多月時間，可以說創(chuàng)造了水電工程高邊坡處理的紀錄——平均每月開挖30多米。高邊坡的治理需要做到既保證質量又不能失了速度。”

李國建告訴記者，依據現在的安全管理準則，即使最危險的隱患已經解決，施工期安全也得到了相應保障，還需要進行進一步加固和防護，這是為了工程以后永久運行的安全提供保障。

幾十年“厚積”在烏東德“薄發(fā)”

通過幾十年大型水電工程的磨練，中國的水電人在各方面已經擁有更強的資金、技術和人才實力，他們正在這崇山峻嶺間圓滿著共和國的水電夢。

世界最高地下廠房中巖錨梁的開挖、地下洞室群緊湊布置，還有尾水調壓室的穹頂設計等等，都是烏東德建設者們面對復雜的地質環(huán)境所進行的大膽創(chuàng)新，這為其他工程的施工建設創(chuàng)建了一個又一個標桿。

烏東德水電站是世界上首個采用穹頂半球形調壓室的水電站，由水電六局烏東德施工局承建。在建設施工的過程中，面對寶貴的優(yōu)質巖層，水電六局的建設者們與設計單位合作，大膽創(chuàng)新，一改以往調壓室的長方形結構，嘗試“以圓削球”的穹頂開挖工藝，并取得了優(yōu)良效果，其《尾調室穹頂開挖施工工法》獲得技術創(chuàng)新獎項。

據水電六局烏東德施工局總工程師聶文俊介紹，尾水調壓室總高為113.5米，由三個并立的尾調豎井組成，穹頂為半球形，單個直徑為53米(世界第一)，共分14層。為保證Ⅰ層開挖工洞室穩(wěn)定和球冠成型，開挖按環(huán)形導洞、中心預留巖柱、底部拉槽、環(huán)形擴挖和周邊保護層5個區(qū)域順次展開。圍繞穹頂中心軸線按不同半徑圓周鉆水平孔的思路進行開挖，從而實現“以圓削球”。后經現場檢測，開挖效果優(yōu)良，累計最大位移為9.36毫米，變形較小，創(chuàng)造了開挖樣板工程。

在地下廠房施工部分，面臨的另一個比較大的挑戰(zhàn)就是高邊墻的整體穩(wěn)定問題。廠房開挖過程中會遇到小夾角、薄層等不良地質條件。目前情況來看，葛洲壩集團所負責的左岸地下廠房變形情況比預想要小，其所采用的創(chuàng)新施工技術得到了檢驗。他們主要采取的是全機械化進行流水作業(yè)，保證施工過程快速流暢進行。這一創(chuàng)新的施工工法得到了后方技術專家的肯定，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、減少了設計工程量。

水電六局也遇到了層間碳質薄膜及小夾角巖層等不良地質條件，水電六局采取了由上至下分層開挖，Ⅱ層以下全部采用中間拉槽，兩側預留保護層光面爆破的施工方法，進行精細化爆破以減小開挖爆破震動影響，整體開挖質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，河谷越來越窄，山勢越來越高，水電建設者們面臨的困難也越來越大。但通過幾十年大型水電工程的磨練，中國的水電人在各方面已經擁有更強的資金、技術和人才實力，他們正在運用自身積累的強大實力，在這崇山峻嶺間，在這千萬千瓦級水電工程的“收官之作”上，圓滿著中國人的水電夢。

(責任編輯：卓政昌)

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