科技錦屏：挑戰世界水電技術(shù)難題

　　二灘水電開(kāi)發(fā)有限責任公司錦屏水電站科技創(chuàng )新紀實(shí)

　　“因循守舊，固步自封，談何發(fā)展！勇立潮頭、爭做時(shí)代進(jìn)步的排頭兵，是二灘人持之以恒的追求?！倍┧婇_(kāi)發(fā)有限責任公司總經(jīng)理陳云華一席擲地有聲的話(huà)語(yǔ)，道破了二灘人勇于創(chuàng )新、敢為人先的開(kāi)發(fā)理念。在科學(xué)發(fā)展觀(guān)指導下，雅礱江水電開(kāi)發(fā)在科技創(chuàng )新上探索出了一條運用市場(chǎng)化手段，集成國內乃至國際一流科研資源，業(yè)主主導、聯(lián)合創(chuàng )新的新路子

　　□龔友國/文

　　水電作為可再生的清潔綠色能源，正成為21世紀發(fā)展低碳經(jīng)濟更加備受青睞的清潔能源。在已探明的水能資源量中，我國位居世界第一。由于水電資源所處環(huán)境的惡劣及水電開(kāi)發(fā)所受各種因素的制約，我國水電開(kāi)發(fā)的程度還遠遠低于國外發(fā)達國家水平。

　　在中國水電大格局中，四川水電是重頭戲。

　　這一角色不是人為選擇，而是基于這樣的客觀(guān)事實(shí)：擁有 “天府之國”的四川還是 “水能資源大省”。

　　據統計，四川水能資源占全國總量的1/4，居全國之首，水電開(kāi)發(fā)蘊藏量1億多千瓦，目前僅開(kāi)發(fā)不到30%。其中，僅雅礱江干流蘊藏量就達3462萬(wàn)千瓦，經(jīng)濟技術(shù)可開(kāi)發(fā)量達3000萬(wàn)千瓦，占四川省的24%，約占全國的5%。

　　然而，如此巨大的資源并非 “得來(lái)全不費功夫”。復雜的地質(zhì)地貌、前所未有的技術(shù)難題，都增加了馴服雅礱江這條巨龍的難度。

　　2007年，胡錦濤總書(shū)記在黨的十七大報告中就明確指出，提高自主創(chuàng )新能力，建設創(chuàng )新型國家是國家發(fā)展戰略的核心，是提高綜合國力的關(guān)鍵。

　　如果說(shuō)社會(huì )是船，那么科技創(chuàng )新就是提供不竭動(dòng)力的槳，所有困難都攔不住二灘公司創(chuàng )新的腳步。在上世紀國內最大水電站二灘水電站建設過(guò)程中，二灘公司利用世界銀行貸款；主體工程和主要永久機電設備實(shí)行國際招標；施工過(guò)程中采用國際通行的菲迪克合同條款，按照國際上規范的項目管理模式進(jìn)行管理，在工程建設中大力推行技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng )新。建設期間創(chuàng )造并不斷充實(shí)完善、逐漸成熟的 “四制”管理模式，豐富了我國基本建設的管理經(jīng)驗，把中國水電建設的運作水平提升到一個(gè)嶄新的階段，在業(yè)內產(chǎn)生了巨大的影響力，發(fā)揮了重要的示范效應。

　　2003年10月，國家發(fā)展和改革委員會(huì )發(fā)文明確 “由二灘水電開(kāi)發(fā)有限責任公司負責實(shí)施雅礱江水能資源的開(kāi)發(fā)”、 “全面負責雅礱江流域梯級水電站的建設與管理”。面對這個(gè)光榮而艱巨的任務(wù)，二灘人豪情萬(wàn)丈，斗志昂揚，繼續發(fā)揚科技創(chuàng )新的精神，以錦屏巨型水電站為標志的雅礱江流域梯級開(kāi)發(fā)穩步推進(jìn)，創(chuàng )造了一個(gè)個(gè)水電建設史上的奇跡。

　　固步自封談何發(fā)展

　　時(shí)間撥回到 2008年 8月 8日 18時(shí)50分，距離北京奧運會(huì )開(kāi)幕式還有兩小時(shí)，四川雅礱江錦屏大河灣畔的錦屏山深處，隨著(zhù)一陣響徹隧洞的歡呼，連接四川錦屏一、二級 “雙子星座”電站的錦屏山隧道在歷時(shí)近5年建設后實(shí)現雙洞貫通，二灘人用智慧和汗水刷新了世界水電建設史上的新紀錄。

　　錦屏山隧洞既是為錦屏一級、錦屏二級水電站服務(wù)的交通隧洞，又是錦屏二級引水隧洞施工的前期 “科研洞”和施工輔助洞。專(zhuān)家介紹，從 “隧洞最大埋深2500米，埋深大于1500米洞段占隧洞總長(cháng)的73.1%”的角度看，二灘公司完成了國內第一、世界第二深埋隧洞施工。在建設過(guò)程中，二灘人攻克了通風(fēng)、治理高壓大流量地下水、應對巖爆等世界性技術(shù)難題，使 “科研洞”成為了人類(lèi)史上科技創(chuàng )新的又一成功案例。

　　在隧洞建設之前，面對約150公里、水頭落差達312米的錦屏大河灣，采取何種方式開(kāi)發(fā)成為了各方爭論的焦點(diǎn)。當時(shí)有兩種方案可供選擇：一是截彎取直方案，打通錦屏山，開(kāi)掘錦屏山隧洞，建設錦屏二級水電站，引水發(fā)電，錦屏一、二級聯(lián)合運行。二是沿江開(kāi)發(fā)方案，即建設錦屏一級電站后，不建錦屏二級電站，而是在大河灣上建設多個(gè)梯級電站。沿江開(kāi)發(fā)是我國搞水電開(kāi)發(fā)的傳統做法，輕車(chē)熟路，風(fēng)險較小。而截彎取直，則面臨著(zhù)多重世界性技術(shù)難題。

　　沿江開(kāi)發(fā)方案要在大河灣上建設多個(gè)大型電站，才能充分利用好這312米水頭，投資較多。而截彎取直，將河灣兩端的錦屏一級、二級水電站連通，最大程度地利用了水頭，投資成本控制上也是最經(jīng)濟的。

　　再者，征地移民和土地淹沒(méi)是所有大型水電工程建設中涉及面最廣、影響力最大的問(wèn)題之一。如果在錦屏大河灣建設多個(gè)梯級電站，每個(gè)電站都涉及移民和土地淹沒(méi)問(wèn)題，移民數量和土地淹沒(méi)面積將劇增。而截彎取直，錦屏二級電站移民以個(gè)位數計，土地淹沒(méi)非常少。

　　第三，在水電開(kāi)發(fā)中，是否全面、協(xié)調、可持續發(fā)展，集中體現在環(huán)保上。沿江開(kāi)發(fā)，總的工程開(kāi)挖量非常巨大，對沿江植被會(huì )產(chǎn)生大面積破壞。而截彎取直，只建設錦屏一級、二級兩個(gè)電站，對環(huán)境的影響降至最低。

　　面對爭論與挑戰，二灘公司總經(jīng)理陳云華與公司經(jīng)營(yíng)班子仔細就經(jīng)濟、民生、環(huán)保、科技等多方面進(jìn)行綜合考察，最后達成共識： “我們應當相信科學(xué)，相信上世紀50年代以來(lái)，我們自己的水電工作者腳踏實(shí)地所作出的大量勘察、研究和論證，相信中國人有信心、有能力攻克技術(shù)難題?！?/p>

　　“如果采用所謂成熟的沿江開(kāi)發(fā)方案，因循守舊，固步自封，談何發(fā)展！時(shí)代總要進(jìn)步，勇立潮頭、爭做時(shí)代進(jìn)步的排頭兵是二灘人持之以恒的追求?！标愒迫A擲地有聲的話(huà)語(yǔ)中，透出了二灘人科技創(chuàng )新的勇氣和決心。從此，雅礱江圍繞錦屏山形成的長(cháng)150公里的錦屏大河灣沸騰起來(lái)，首尾兩端兩個(gè)巨型電站———錦屏一級和二級水電站建設拉開(kāi)了大幕。

　　運籌帷幄用科技裝備錦屏

　　10月23日，錦屏一級水電站世界最高拱壩開(kāi)澆首倉混凝土之際，記者在錦屏電站建設工地采訪(fǎng)，一次次為“科技錦屏”的恢弘氣勢所震撼。

　　每條平均長(cháng)達16.6公里，開(kāi)挖洞徑12.4—13米(TBM施工12.4米，鉆爆法施工13米)，這就是錦屏二級水電站4條引水隧洞，加上交通洞、排水洞，施工將會(huì )產(chǎn)生數以千萬(wàn)方計的廢石渣，如此多的廢棄石渣將如何運輸出隧洞？很快，我們就找到了答案。

　　只見(jiàn)一個(gè)藍色皮帶傳輸系統從隧洞施工現場(chǎng)一直延伸到建設好的渣場(chǎng)。皮帶傳輸系統快速運轉，將TBM整體掘進(jìn)機挖掘出來(lái)的廢棄石渣快速運輸到洞外渣場(chǎng)，長(cháng)長(cháng)的皮帶運輸系統隨著(zhù)山形蜿蜒向前，猶如一條藍色的巨龍在山間負重盤(pán)旋。

　　這臺曲線(xiàn)皮帶機長(cháng)達7.5公里、投資2.45億元，最小轉彎半徑1000米，最大坡度14度，是目前世界上最先進(jìn)的皮帶機。這條與引水隧洞掘進(jìn)施工相配套的帶式輸送系統承擔開(kāi)挖料運輸、分選、骨料運輸等任務(wù)，其建設、運行管理難度在世界上屈指可數。它穿行于高山峽谷、云山霧靄間，是水電人科技創(chuàng )新、追求卓越的體現。

　　據二灘公司工程技術(shù)人員介紹，錦屏水電工程因為多數工程都在山體之中，因此解決廢棄石渣的運出是重中之重。按照國內水電建設的慣例，廢棄石渣都是通過(guò)汽車(chē)運出。然而雅礱江兩岸山體雄厚、谷坡陡峻，特殊的地形地質(zhì)條件使得汽車(chē)運輸面臨惡劣的交通條件。

　　為解決廢棄石渣的運輸問(wèn)題，二灘公司提出用皮帶機來(lái)解決運輸問(wèn)題，然而有些水電專(zhuān)家在聽(tīng)到了二灘公司的提議后大多搖頭，表示不可行。困難面前，二灘公司沒(méi)有退縮，經(jīng)過(guò)多次請專(zhuān)家論證，最后大膽采用世界上最先進(jìn)的曲線(xiàn)皮帶機，最終，解決了廢棄石渣的運輸問(wèn)題。

　　而廢棄石渣利用那長(cháng)龍般的藍色皮帶機爬山過(guò)橋做了一次遠程旅行，最終達到了預先為它們建設好的渣場(chǎng)。隨后，廢渣經(jīng)過(guò)篩選，又經(jīng)過(guò)這條“巨龍”將精選的石渣運回到混凝土骨料生產(chǎn)系統，將棄渣循環(huán)利用。

　　這，僅僅是二灘人“用科技裝備錦屏”的一個(gè)縮影。

　　二灘公司充分認識到，“用科技裝備錦屏”是錦屏水電站建設必由之路，只有運用先進(jìn)的科技才能使錦屏水電站安全、優(yōu)質(zhì)、高效的建設。

　　引水隧洞如何安全快速掘進(jìn)是錦屏二級水電站工程建設順利推進(jìn)的關(guān)鍵。經(jīng)各種施工方案比選和施工技術(shù)充分論證，二灘公司在國內水電站建設中率先采用全斷面、長(cháng)隧洞硬巖隧洞掘進(jìn)機(TBM)掘進(jìn)的施工方案，錦屏二級水電站采購進(jìn)口的2臺TBM，價(jià)值高，隧洞掘進(jìn)斷面尺寸大(刀盤(pán)旋轉直徑為12.4米)，系國內第一、世界第二。由于TBM集機械、電氣、液壓、激光、自控及計算機等技術(shù)于一體，成為集掘進(jìn)、支護、灌漿、運輸、通風(fēng)除塵、供排水、消防、導向等多項功能于一身的施工工廠(chǎng)。采用TBM施工方案，二灘公司既能有效規避錦屏二級水電站引水隧洞掘進(jìn)施工中面臨的突涌水、高地應力與巖爆、圍巖穩定和有害氣體等主要地質(zhì)風(fēng)險，又可成功實(shí)現快速掘進(jìn)施工和最大保護施工人員及設備安全。

　　為了保證錦屏一級大壩邊坡的安全，采取了60—80米、200—300噸的超長(cháng)、大噸位錨索、布置了三層抗剪洞、安設了大量變形觀(guān)測儀器，為復雜地質(zhì)條件下高邊坡的開(kāi)挖與支護起到了積極的作用。

　　錦屏一級大壩混凝土澆筑，更是在科技方面實(shí)現了新的突破———首次在國內水電工程中采用能轉彎爬坡、直徑達50公分的管狀帶式骨料輸送機和兩座2×7立方米強制式拌和機拌制四級配混凝土，同時(shí)在混凝土砂巖堿骨料活性反應抑制技術(shù)和采用現場(chǎng)實(shí)時(shí)溫度應力仿真分析實(shí)施大壩混凝土澆筑溫控研究方面取得新進(jìn)展。

　　隨著(zhù)錦屏一級水電站大壩由開(kāi)挖全面轉入混凝土澆筑的新階段、錦屏二級水電站引水隧洞向高埋深的挺進(jìn)，錦屏水電工程全面進(jìn)入主體工程建設階段，和工程建設相伴相生的技術(shù)、管理、施工甚至是不曾預料的難題還在前方?！坝每萍佳b備錦屏”已成為二灘人的行為準則，他們用科技的手段投身于工程的建設中，讓錦屏水電站的工程建設步伐踏得準、邁得實(shí)。

　　敢為天下先挑戰世界難題

　　放眼雅礱江流域水能資源開(kāi)發(fā)四階段戰略和未來(lái)發(fā)展目標，二灘人面臨著(zhù)諸多的挑戰，但最大的是諸多世界級的技術(shù)難題的挑戰。

　　可不要小看選擇了錦屏一、二級水電站方案后的建設難度，除了聯(lián)通一、二級水電站的錦屏山隧洞面臨多項世界難題外，錦屏一級、二級水電站被認為是國內乃至世界上施工布置難度最大、建設管理難度最大、工程技術(shù)難度最大、施工環(huán)境最危險的巨型水電站之一，錦屏一級具有世界最高拱壩、錦屏二級具有世界最大規模引水隧洞。國家自然科學(xué)基金雅礱江水電基金科研課題中，有3/5和錦屏水電工程有直接或間接關(guān)系，此項工程的艱巨程度可見(jiàn)一斑。

　　錦屏一級水電站位于雅礱江下游河段錦屏大河灣西側，地處青藏高原向四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶，壩址兩岸山體雄厚、谷坡陡峻、基巖裸露、高差千米，是典型的深切 “V”型谷。壩址具有鮮明且復雜的特點(diǎn)：地形不對稱(chēng)———“左緩右陡”；地質(zhì)不對稱(chēng)———“左軟右硬”。

　　據介紹，錦屏一級水電站大壩混凝土總澆筑量約552萬(wàn)立方米，施工歷時(shí)計劃 55個(gè)月。計劃2013年8月將壩體澆筑至高程1850米，具備200年一遇的擋水條件，并實(shí)現首臺機組發(fā)電；2014年3月完成大壩混凝土澆筑；2015年整個(gè)工程竣工。復雜的地質(zhì)使世界第一高拱壩的建設充滿(mǎn)了高邊坡、高地應力、深部卸荷裂隙等世界級技術(shù)難題。

　　錦屏二級水電站是雅礱江干流規劃的21座梯級電站中裝機規模最大的水電站，也是“西電東送”的戰略性項目，它的建設同樣充滿(mǎn)了挑戰。錦屏二級水電站工程遭遇到的五大世界級技術(shù)難題分別為深厚覆蓋層上閘壩施工；大深埋、超長(cháng)引水隧洞施工；引水隧洞大型TBM施工技術(shù)；巨型差動(dòng)式調壓室設計和高水頭、大容量混流式機組設計。

　　在科學(xué)發(fā)展觀(guān)指導下，二灘公司在科技創(chuàng )新工作上探索出了一條運用市場(chǎng)化手段，集成國內乃至國際一流科研資源，業(yè)主主導、聯(lián)合創(chuàng )新的新路子。2004年，二灘公司制定了科技發(fā)展規劃綱要，明確了科技創(chuàng )新工作的重大研究領(lǐng)域，同年還成立了博士后科研工作站；2005年，二灘公司與國家自然科學(xué)基金會(huì )共同成立資金規模為5000萬(wàn)元的雅礱江水電開(kāi)發(fā)聯(lián)合研究基金，借助國家級科研平臺，組織全國最優(yōu)秀的科研力量，開(kāi)展雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要解決的重大課題研究；相繼與清華大學(xué)、中國科學(xué)院、中國水電科學(xué)院、中國水電顧問(wèn)集團等十多家單位建立了戰略合作伙伴關(guān)系；2008年，二灘公司成立了由院士為主體的國內頂尖水電專(zhuān)家組成的 “雅礱江錦屏水電工程特別咨詢(xún)團”。公司的一系列重大科技工作決策助推了雅礱江第二階段發(fā)展戰略中龍頭項目———錦屏水電站的建設。

　　支持國家基礎科學(xué)研究二灘義不容辭

　　錦屏二級水電站已于2007年1月開(kāi)工建設，預計2012年貫通的4條引水隧洞將是世界最大規模的引水隧洞群，覆蓋層最深約2500米。

　　而二灘公司敢于創(chuàng )新、攻克世界技術(shù)難關(guān)的勇氣卻在不經(jīng)意間有了意外收獲。

　　去年8月，中國國內為數不多的、包括清華大學(xué)工程物理系副教授岳騫在內的從事暗物質(zhì)探測的專(zhuān)家發(fā)現，這個(gè)2500米的深度有可能成就世界最深的地下暗物質(zhì)探測實(shí)驗室(錦屏實(shí)驗室)。研究者從當地的機場(chǎng)到錦屏實(shí)驗室的門(mén)口只需2小時(shí)，而已建成的交通隧道也足夠順暢地運送人員和設備。

　　無(wú)論從哪一方面看，這都是一個(gè)理想選擇。經(jīng)過(guò)短短的2個(gè)月協(xié)商，4月，清華大學(xué)與二灘水電開(kāi)發(fā)有限責任公司敲定了合作事宜，在覆蓋層深度2500米的錦屏山引水隧洞旁，設立中國第一個(gè)極深地下暗物質(zhì)探測實(shí)驗室，清華大學(xué)將協(xié)助二灘公司解決雅礱江流域水能資源開(kāi)發(fā)中面臨的科學(xué)技術(shù)難題。此外，協(xié)議還包括了二灘資助的 “雅礱江水電開(kāi)發(fā)獎學(xué)金”，雙方共建 “研究生就業(yè)實(shí)踐基地”，聯(lián)合招收博士后等多項合作。

　　在采訪(fǎng)中，陳云華表示：“作為大型國有企業(yè)，二灘公司要體現其社會(huì )責任，支持國家基礎科學(xué)研究義不容辭?！?/p>

　　目前二灘公司還沒(méi)有自己獨立的研發(fā)機構，正在籌建的企業(yè)虛擬研究中心，希望通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )等手段，組織起松散和動(dòng)態(tài)調整但相對固定的研究團隊，始終關(guān)注雅礱江水電開(kāi)發(fā)的科研需求，并通過(guò)組織學(xué)術(shù)論壇、技術(shù)咨詢(xún)、專(zhuān)題研討、科研專(zhuān)項等虛擬研發(fā)活動(dòng)，服務(wù)于雅礱江流域開(kāi)發(fā)的科技研發(fā)工作。

　　在采訪(fǎng)中，我們深切體會(huì )到，二灘公司視科技為第一生產(chǎn)力，視創(chuàng )新為生命，在科技創(chuàng )新的路上不斷上下求索，為保護生態(tài)環(huán)境、提供清潔綠色能源、促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟和諧發(fā)展貢獻著(zhù)自己的力量。有了二灘人熱愛(ài)和追求科技創(chuàng )新的精神，中國的水電建設科技將會(huì )朝著(zhù)世界前列的方向不斷前進(jìn)。