五強(qiáng)溪工程的五個(gè)亮點(diǎn)

◎ 文 | 田宗偉 圖|彭需軍 編輯|王芳麗

五強(qiáng)溪水電站是我國上世紀(jì)80年代末、90年代初修建的裝機(jī)容量百萬級(jí)的水電站，被譽(yù)為當(dāng)時(shí)水電 “五朵金花”之一，建設(shè)過程中成功解決了高邊坡治理、混凝土砂石料供應(yīng)、船閘閘門選型、泄洪消能以及如何減人增效等重大技術(shù)和管理難題，為探索具有中國特色的水電建設(shè)新路、高速優(yōu)質(zhì)低耗建設(shè)大型水電站提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

高邊坡治理

五強(qiáng)溪水電站左岸山體開挖后，形成了沿水流方向長約500米，最大坡高165米的高邊坡，為當(dāng)時(shí)全國水電站最高的不穩(wěn)定邊坡。而開挖前邊坡山體就有局部蠕變、坍塌堆積與滑坡現(xiàn)象。為確保高邊坡的穩(wěn)定，施工人員采取“上削下固、既錨又護(hù)、邊挖邊護(hù)、排水同步”的措施予以處理，取得了很好效果。他們的做法是：

自上而下分段開挖，合理設(shè)置邊坡坡度。在邊坡上部進(jìn)行鋼筋混凝土網(wǎng)格梁草皮護(hù)坡，在邊坡中下部進(jìn)行錨噴混凝土及鋼筋網(wǎng)噴錨混凝土防護(hù)，在各級(jí)馬道進(jìn)行混凝土面板防護(hù)。通過錨洞、錨樁、斷層混凝土塞和邊坡固結(jié)灌漿等手段對(duì)邊坡進(jìn)行加固。

在邊坡山體內(nèi)設(shè)置完善的排水系統(tǒng)。在各級(jí)馬道及平臺(tái)的內(nèi)側(cè)設(shè)橫向排水溝，順坡面每30至50米間距設(shè)一條縱向排水溝，各排水溝水流匯入主排水溝，最終引排至船閘下游引航道內(nèi)。在噴錨混凝土及現(xiàn)澆混凝土邊坡上布置淺排水孔，梅花型布置。在邊坡中下部設(shè)置水平深排水孔，排水洞群布置在坡腳部位。洞頂有垂直排水深孔與其相連，這樣就形成了洞、孔結(jié)合的立體排水網(wǎng)絡(luò)。

20多年的監(jiān)測結(jié)果表明，處理后的邊坡整體是穩(wěn)定的，邊坡開挖產(chǎn)生的卸荷回彈和蠕變得到控制，為抑制邊坡變形開辟了一條行之有效的施工新途徑。

砂石料

五強(qiáng)溪大壩混凝土用量高達(dá)350萬立方米，而近壩區(qū)110公里干流河段內(nèi)天然砂石料產(chǎn)地分散，儲(chǔ)量和質(zhì)量均無法滿足工程施工要求，最終選定了位于大壩右岸2.5公里處的青山溝作為料場，砂石料采用高度機(jī)械化生產(chǎn)系統(tǒng)加工，皮帶輸送，最高月產(chǎn)量達(dá)24.5萬立方米，為五強(qiáng)溪工程共計(jì)生產(chǎn)砂石料成品584萬立方米，是我國當(dāng)時(shí)最大的人工骨料加工系統(tǒng)。

五強(qiáng)溪水電廠大壩監(jiān)測、高邊坡治理實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化、大數(shù)據(jù)管理。圖為大壩管理中心。

五強(qiáng)溪大壩人工砂石料的料源石英含量高、硬度大、可破碎性差，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備磨損嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低。經(jīng)過一系列技術(shù)革新，解決了石英巖人工砂石料生產(chǎn)過程中的一系列難題，建立了石英巖人工砂石骨料的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使高含量石英巖人工砂石骨料可以用于大壩混凝土澆筑，為后期其他大壩建設(shè)擴(kuò)大了料源選擇范圍。

泄洪消能

五強(qiáng)溪泄洪閘門由9個(gè)表孔，5個(gè)底孔和1個(gè)中孔組成，由于泄洪閘門單孔泄洪流量非常大，便采用寬尾墩、底孔挑流、消力池多種手段聯(lián)合消能，消能效果明顯。

表孔采用寬尾墩消能。閘墩尾部邊墻沿程逐漸加寬，孔口逐漸縮小，迫使水流在寬尾墩的約束下逐漸收縮形成窄而厚的射流，左側(cè)水流射向右邊，右側(cè)水流射向左邊，形成撞擊，散開部分水流，消去部分能量。落入消力池時(shí)，與池內(nèi)消力墩撞擊，進(jìn)一步消能。

五強(qiáng)溪水電站泄洪

底孔采用挑流消能，水流從孔口挑射而出，在空中擴(kuò)散、紊動(dòng)、摻氣，消除部分能量。跌落到消力池時(shí)，與消力池水體撞擊進(jìn)一步消能。

許多工程的泄洪采用底孔挑流或?qū)捨捕占酉Τ剡M(jìn)行消能，同時(shí)采用寬尾墩、底孔挑流、消力池綜合消能方式，五強(qiáng)溪大壩是首例，在國外也沒有先例。運(yùn)行實(shí)踐表明，采用“寬尾墩+底孔挑流+消力池”新型聯(lián)合消能是成功的，經(jīng)受了多次特大洪水的考驗(yàn)，為其他類似的水利水電工程的泄洪消能開劈了新的途徑。

船閘閘門

五強(qiáng)溪船閘為單線三級(jí)船閘，由上游引航道、上游進(jìn)水口、三個(gè)閘首、四個(gè)閘室、下游泄水口和下游引航道等11個(gè)部分組成，全長1.66千米。三級(jí)船閘跨越水頭60.9米，二閘首最大工作水頭42.5米，均居當(dāng)時(shí)國內(nèi)之首。為了驗(yàn)證不同門型在高水位船閘的運(yùn)行優(yōu)劣，船閘閘門采用了三種形式，一閘首、四閘首安裝人字門，二閘首安裝雙扉門，三閘首安裝下沉門。

下沉門屬于大跨度平板閘門，不擋水時(shí)，降落至船閘底板高程以下，需要擋水時(shí)，通過啟閉機(jī)提升至全關(guān)位置。大跨度平板閘門結(jié)構(gòu)簡單，具有可以封堵較大面積孔口、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但這種閘門的缺點(diǎn)也非常明顯，由于重量大，其提升與降落需要兩臺(tái)啟閉機(jī)同時(shí)操作，對(duì)同步性要求很高，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜。其次，由于閘門運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道和水封的磨損大，止水困難。并且下沉門油缸長度是人字門油缸長度的7.5倍，開關(guān)門需要時(shí)間長，通航效率不高。

在下沉門的上方增加一塊上提門，即組合為雙扉閘門。兩塊門安裝在同一個(gè)工作門槽內(nèi)，根據(jù)船舶高度和水位要求下沉門可以下沉至船閘底板以下，上提門可以懸停在門槽上空。雙扉閘門特性與下沉門類似，但由于是兩塊門配合擋水，成倍增加了液壓控制設(shè)備數(shù)量，控制要求比下沉門更高，運(yùn)行維護(hù)難度比下沉門更大。

人字門類似房屋對(duì)開門， 由兩扇垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的平板門構(gòu)成，其支承跨度較下沉門和雙扉門小，門體變形量減小。人字門油缸的行程較下沉門和雙扉門短，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間，通航效率大幅提高。人字門頂部為開放式空間，通航船舶高度不受限制。人字門的重量全落在門軸底部磨菇頭上，啟閉省力，操作方便，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。

五強(qiáng)溪水電站三級(jí)船閘自通航以來，已免費(fèi)過閘船只8萬余艘、通行貨物800多萬噸，為沅江航運(yùn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展提供了可靠保證。

上：隨著改革發(fā)展的需要，五強(qiáng)溪水電站職工生活區(qū)搬遷到了長沙市。圖為長沙職工生活區(qū)。

下：經(jīng)過堅(jiān)持不懈的探索，五強(qiáng)溪水電站發(fā)電運(yùn)行成功實(shí)現(xiàn)了無人值班、遠(yuǎn)程集控。圖為長沙發(fā)電集控中心。

五強(qiáng)溪水電站常德基地生活區(qū)中心花園。

通過對(duì)三種門型運(yùn)行檢修情況進(jìn)行比較，人字門的優(yōu)勢明顯，故而其后許多船閘建設(shè)多采用人字門，五強(qiáng)溪船閘為后續(xù)船閘建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

率先擺脫“企業(yè)辦社會(huì)”

1993年以前，我國水電建設(shè)大多采取“企業(yè)辦社會(huì)”的模式，水電站在深山，職工生活區(qū)也建在深山，于是電廠就要建學(xué)校、辦醫(yī)院，以解決職工看病難、子女入學(xué)難問題，企業(yè)背上了沉重的包袱，發(fā)展受限。

五強(qiáng)溪電廠籌建時(shí)，籌備處領(lǐng)導(dǎo)提出新廠新辦，將電廠生產(chǎn)區(qū)、職工生活區(qū)分離，走精簡高效之路，這在今天早已是司空見慣，可在電廠創(chuàng)建之時(shí)卻阻力很大，困難不少。但五強(qiáng)溪電廠最終還是將職工生活區(qū)建在了離水電站108公里遠(yuǎn)的常德市。

五強(qiáng)溪電廠不走“企業(yè)辦社會(huì)”老路，精簡機(jī)構(gòu)，使企業(yè)定員從傳統(tǒng)模式所需的1460人一下減少到454人。職工家屬的就業(yè)、就醫(yī)、入學(xué)、入托、婚戀等都依托城市得到了有效解決。隨著企業(yè)改革的深入，職工素質(zhì)的提高，電廠不斷實(shí)施減員增效。到1999年，員工減至120人，電廠管理達(dá)到國內(nèi)一流電力企業(yè)水平。自推行“遠(yuǎn)程集控、無人值班”模式后，電廠在崗員工僅66人，定員水平達(dá)每萬千瓦0.6人。

新廠新辦的戰(zhàn)略選擇，為國內(nèi)后續(xù)水電站的建設(shè)與發(fā)展樹立了典范。