錦屏山下的世紀豐碑——成都院設計的錦屏一級水電站榮獲“菲迪克”工程項目杰出成就獎

邱 云， 龐 明 亮

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

2018年9月10日，由中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司完成全階段規(guī)劃論證和勘測設計的錦屏一級水電站，榮獲“菲迪克”2018年工程項目杰出成就獎，這是錦屏項目6月榮獲第十五屆中國土木工程“詹天佑獎”之后的又一重量級獎項，進一步提升了成都院水電建設水平的知名度。

水電界一直有“三峽最大、錦屏最難”的說法，業(yè)內專家認為錦屏一級水電站是當今“技術難度最大、施工布置難度最大、建設管理難度最大”的世界級工程，尤以技術難度大最為突出。也就是這座世界最高的大壩，將我國300米級高拱壩設計與建設水平推上了國際領先的地位。贊譽和榮譽的背后，承載了幾代成都院人前赴后繼、為之奮斗半個多世紀的夢想和追求。

大河灣筑壩發(fā)電之夢

雅礱江，從青藏高原雪山蹦出，聚納眾川，切入橫斷山脈褶皺帶的深谷巨壑，以磅礡浩蕩之勢奔騰而下。錦屏山，猶如一道摩天綠色畫屏橫亙在攀西大地上。桀驁的雅礱江在錦屏山下止住腳步，掉頭向北，又向東向南流去，形成了約150 公里的大河灣，也形成了300多米的河流落差，蘊藏了豐富的水能資源。

開發(fā)雅礱江錦屏大河灣蘊藏的水能是中國幾代水電人的夢。從資源普查、規(guī)劃、勘探、設計，直到最后研究、論證，走過了半個世紀的風雨歷程。

這里曾經(jīng)難以尋覓人類的蹤跡，在億萬年的時間里，只有這座山，伴著這條江，靜默守候。

1955年，成都院承擔了包括雅礱江在內的水力資源普查的任務，將水電建設者的足跡第一次留在了這方熱土。十載辛勤勞動，付出了智慧和汗水，甚至生命，于1965年完成了《雅礱江流域水力資源及其利用報告》。有了翔實的第一手資料，到1979年，錦屏水電工程建設終于被提上議事日程。成都院對錦屏開發(fā)方案進行了調整研究，《雅礱江錦屏水電站開發(fā)方案研究報告》出臺，提出了錦屏一級高壩水庫和錦屏二級引水兩級開發(fā)方案，這是一個大膽而令人鼓舞的方案，充分利用大河灣天然落差，再加一座高壩，形成600 m的落差而投資卻不大，也就是今天已經(jīng)輝煌呈現(xiàn)在雅礱江下游的錦屏一級、二級“雙子星”方案。

大壩壩型選擇之爭

根據(jù)河段規(guī)劃，錦屏一級水電站的擋水建筑物為一座300 m級的高壩。放眼世界，在當時無論是當?shù)夭牧蠅芜€是混凝土壩，都沒有超過300 m的先例，已經(jīng)建成的頂級高壩基本都在200 m左右，一下子將壩高提高近百米，難度可想而知。

隨著研究工作的深入，一個艱難的抉擇擺著成都院人的面前：究竟是選擇當?shù)夭牧蠅芜€是選擇混凝土拱壩？

中國水電泰斗、兩院院士潘家錚曾經(jīng)這樣形容錦屏的地理地質環(huán)境：“峰如斧劈江邊立，路似繩盤洞里行。”應該說，錦屏壩址區(qū)兩岸河谷陡峻，非常適合修建拱壩，但錦屏復雜且局部較差的地質條件，卻是擺在拱壩方案面前的攔路虎。

不論哪種壩型，都將毫無懸念地成為世界第一高壩，究竟選擇哪個壩型更合適？兩者各有弊端，也各有千秋，當?shù)夭牧蠅渭夹g難度及制約因素相對較少、但投資大，而拱壩雖然經(jīng)濟，但技術難度大、制約因素多。

面對難題唯有“攻克”一條路可走。成都院人選擇迎難而上，深入開展科學實驗及專題研究，并聯(lián)合國內最有實力的科研單位開展有針對性的科技攻關。從1999年底開始，成都院廣大工程技術人員克服重重困難，攻克一個又一個技術難關，夜以繼日地工作，不到三年的時間，完成科研試驗報告60多份，專題研究報告35份，取得了豐碩的壩址及壩型選擇研究成果。在大量的研究成果的支撐下，成都院最終大膽拍板，認為在普斯羅溝壩址設計與建設一座305 m的混凝土雙曲拱壩是完全可行的。

當?shù)夭牧蠅纬晒?jīng)驗比較多，成都院對此也頗有研究，論證的深厚覆蓋層上世界級大型堆石壩瀑布溝，在當時就已經(jīng)取得許多關鍵性成果。而拱壩被認為是水電界最復雜的建筑物，成都院選擇最有挑戰(zhàn)的壩型自有其底氣。上世紀60到80年代，成都院在雅礱江上就設計論證了二灘拱壩，盡管壩高和裝機均不及錦屏一級，但也是中國第一座超過200 m的高壩，達到240 m，開工建設后一直進展順利，為錦屏修建300 m級拱壩提供了重要參考和借鑒。另外，世界第三大水電站也是300 m級拱壩的金沙江溪洛渡，基本和錦屏同步開展相關研究論證，兩者可以相互印證和提升。

世界拱壩設計之難

壩址與壩型已定，拱壩設計與建設中遇到的難題接踵而來。

錦屏一級拱壩在世界拱壩史上的高度，絕非一個簡單的吉尼斯世界紀錄認證可以體現(xiàn)。工程位于地質災害頻發(fā)的深山峽谷，地質條件復雜，工程規(guī)模巨大，技術難度高，具有“三不對稱”特點：壩址地形不對稱、壩址兩岸地質條件不對稱、拱壩體型及應力不對稱。在拱壩建設中，有一個“不對稱”存在，難度就增加許多。而如此多的不對稱，給設計帶來的挑戰(zhàn)不可想象。

對于壩址地形條件不對稱的問題，成都院創(chuàng)新性地提出了大墊座的設想。據(jù)成都院副總經(jīng)理、總工程師、全國勘察設計大師王仁坤介紹，為確保大壩基礎固若金湯，方案設計時在左岸增設了一個高度在155 m、混凝土方量達到55萬m3的大墊座，這就好比給大壩穿了一雙靴子，來均勻分散拱壩壩基的應力。而針對拱壩體型及應力不對稱的問題，提出了“通過結構剛度的不對稱分布，適應結構尺寸的不對稱分布，從而使結構獲得較對稱的應力分布”的拱壩體型設計思路。

努力自有收獲，心血沒有白費?！板\屏一級大壩的技術在國際上來說都是最先進的?！眹H知名水電咨詢公司美國美華哈扎公司專家邁克贊嘆，“作為突破300 m的高拱壩，錦屏一級大壩將和胡佛水壩一樣成為世界水電的里程碑?！辈粌H如此，依托錦屏一級為代表的數(shù)座特高拱壩的科研攻關與實踐，成都院“300米級高混凝土拱壩設計與建設關鍵技術”已經(jīng)位列國際領先水平。

巨型工程創(chuàng)新之魂

錦屏一級水電站遇到的棘手難題，絕不僅僅來自拱壩本身。高水頭大泄量窄河谷的泄洪消能設計、高地應力環(huán)境超大規(guī)模地下廠房洞室群設計等，任何一個都稱得上世界級技術難題，沒有成功的工程經(jīng)驗可以借鑒，只有靠自主科技攻關找到解決問題的答案。

通過大量的試驗研究，針對錦屏一級拱壩壩址區(qū)河谷狹窄、邊坡穩(wěn)定性差、壩下水墊塘水墊較深的特點，首次創(chuàng)造性地提出了壩身表、深孔水舌空中無碰撞的泄洪消能方式，首次在拱壩表孔上成功使用窄縫消能工進行消能，減小壩身泄洪霧化程度，從而降低對邊坡穩(wěn)定的影響。當開啟壩身孔口泄洪時，站在305 m的世界第一高壩前，可見兩岸青山間鑲嵌的一座灰白色混凝土大壩，噴出的水流如銀河瀉九天，江中浪花翻滾，卷起千堆雪，水聲震天，勢奔雷電，場面十分壯觀。依托本工程消能成套技術的突破，成都院獲得多項國家級、省部級科技進步獎，并獲得發(fā)明專利30余項。

與一般地面廠房不同，錦屏地下廠房的施工復雜而危險。由于地質條件復雜，洞室圍巖強度較低，地應力高，施工期洞室群圍巖的變形破裂，大大超出已有工程的經(jīng)驗判斷，是行業(yè)公認的圍巖穩(wěn)定控制難度最大的大型地下廠房洞室群工程。如何確保施工期及運行期地下廠房圍巖的穩(wěn)定，為發(fā)電機組修建一個安全的房子，是擺在設計者面前的一大難題。

廠房開挖伊始，就給建設者一個下馬威——開挖時噴混凝土剝落、巖體劈裂彎折，影響到安全與進度，成都院針對此情況適時開展專題研究，解決了高地應力地區(qū)大型地下廠房洞室群布置、洞室變形控制技術、圍巖穩(wěn)定分析和安全評判等一系列關鍵技術難題，并提出了綜合控制技術體系，確保了廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定。

水電設計匠心之光

哪里有難題，哪里就有成都院人的攻堅創(chuàng)新。凝聚成都院及國內科研高校群體智慧的錦屏水電站，實現(xiàn)了眾多“世界第一”、 “中國第一”、 “水電行業(yè)首創(chuàng)”的輝煌夢想和匠心之光——世界第一高壩是錦屏最耀眼的標簽。此外，它擁有世界規(guī)模最大也最復雜的壩基抗力體處理工程、世界最復雜高邊坡治理工程、世界最高的具有生態(tài)環(huán)保分層取水功能的獨立岸塔式電站進水口，也是世界第一個采用壩身多層泄洪孔口無碰撞消能方式的特高拱壩，還擁有國內直徑最大的調壓井、國內最深消力池、國內第一個成功在高地應力低巖石強度條件下建設完成的地下廠房洞室群……據(jù)不完全統(tǒng)計，電站設計已獲省部級及以上科技進步獎等各類獎項34項，其中國家技術發(fā)明獎1項、國家科技進步獎2項、省部級科技進步獎17項、省部級四優(yōu)獎14項。

錦屏一級水電站，無疑是中國水電工程的標桿型工程，是世界大壩建設的里程碑，它推動了高山峽谷復雜地形地質條件下巨型水電工程設計、施工與建設管理的長足進步，引領中國水電建設技術由世界先進邁向世界領先水平。

新的高度，意味著新的開始；更大的榮譽，意味著更大的責任。60多年過去了，成都院在鑄就榮光的時光中，留下了諸多傳奇，也在一個接一個的水電榮光里，不斷實現(xiàn)著自身的價值，將座座巨型高壩矗立在大江之中，擦亮中國水電名片閃耀于世界，在壯闊的水電發(fā)展中注入了強勁的成都院基因。成都院設計的錦屏一級水電站榮獲“菲迪克”工程項目杰出成就獎，名副其實。