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世界最大“地下城”,中国水电人交出“创新答卷”

中国电力网发布时间:2021-06-25 00:00:00

  本网讯(杜健伟 王璐)翻开地图,上海到宁波的距离217公里。在白鹤滩水电站,217公里刚好走完纵横交错的人工“地下城”。

  白鹤滩水电站这座“地下城”远不止如此。

  开挖量2500万方,洞室群规模居世界水电工程之首。160余条交通洞在金沙江两岸山体内交织成巨大的迷宫。

  两座地下厂房深藏迷宫之内,是16台巨型水电机组的居所。地下厂房长达438米,高度近90米,相当于31层民宅的高度,最大跨度34米更是刷新同类工程记录。

  

  ▲左岸地下厂房  摄影:张勇

  建这样的“地下城”有多难?

  坝址地质条件复杂、围岩稳定性差,在山体之中开挖出规模巨大的地下城,就像在鸡蛋壳上作雕刻,还必须保证蛋壳不碎裂,这需要何等的匠心巧手。

  来看看白鹤滩水电站建设者的答卷吧。

  地下厂房建设“开卷第一题”,是地下厂房开挖的围岩稳定性控制,白鹤滩水电站复杂的地质条件,足以让这一课题成为世界级难题。

  提到爆破,大多数人首先会想到的是摧枯拉朽般的震撼画面,可白鹤滩水电站地下厂房的爆破,却显得十分“精巧”,这源于建设者悉心的调教——微量化装药,分层、分区制定个性化爆破方案,如此一来既保证了岩体稳定,又让爆破后的岩壁宛如人工雕刻一般。

  “开挖一层、分析一层、预测一层、验收一层。”三峡集团白鹤滩工程建设部(下称“建设部”)地下厂房项目工程师段兴平,用十六个字总结开挖阶段动态优化的管理模式。

  因复杂的地质条件,白鹤滩水电站地下厂房支护开挖阶段的工期,远远长于同类工程,给混凝土施工和金结埋件的施工工期,也造成一定影响。在安全不留隐患、质量不打折扣的情况下提高施工效率,是白鹤滩建设者要解答的第二个难点“试题”。

  建设部地下厂房项目工程师孙会想告诉记者,他们有“好帮手”。

  电站进水塔是引水发电系统的入口,在这座高100多米、结构复杂的混凝土塔体施工中,“蜘蛛侠”帮了大忙。“‘蜘蛛侠’是我们给液压自爬升模板起的外号。”孙会想说。

  

  ▲右岸进水塔引水洞形象  摄影:张禾

  液压自爬升模板,是能在高层建筑物建造过程中上下移动的设备,常见于桥梁、高层建筑施工,在水工大体积混凝土施工中应用较少。白鹤滩建设者在传统液压自爬升模板方案基础上加以创新,使其能够适应高100多米、结构复杂的塔体施工环境,并且不怕工区常年大风天气的干扰。

  而在引水隧洞施工中“大施拳脚”的,是另一位被称为“变形金刚”的伙伴。

  白鹤滩水电站左右两岸各有八条引水隧洞,每一条隧洞的长度和断面结构都有差异。过去行业内引水隧洞施工装备为了应对隧洞变化,大多只能反复拆装,效率不高。

  白鹤滩建设者设计出名为自行式液压伸缩万向移动台车的创新装备,则能够根据不同隧洞的断面结构进行变形,在隧洞之间的移动也非常方便,因此被称为“变形金刚”。一台“变形金刚”能满足多条隧洞的施工条件。

  

  ▲左岸1#引水洞上平段施工形象  摄影:谢雷

  “过去拆装一台隧洞施工装备需要一个月的时间,我们的台车变形移位只需要半个月。”孙会想说。

  作为从水库向水轮机送水的管道,压力钢管的重要程度,不亚于人体内连接心脏的主动脉。由于百万千瓦机组水头高,白鹤滩水电站引水压力钢管大量应用国产800兆帕级高强钢。

  高强钢顾名思义,就是强度更高的钢材,常见于海洋工程、起重设备、工程机械、容器储罐中,来应对严苛的环境和降低自重的需求,级别数字越大,钢材强度就越好,但与之相对的,焊接性能就越差。

  受焊接工艺的限制,800兆帕级别强度的钢材并非高强钢家族里的当家明星,但它显而易见的好处不断吸引着各行各业的尝试。水电领域大规模应用800兆帕高强钢,在白鹤滩尚属首次。

  对建设部地下厂房项目工程师程惠来说,啃下这块硬骨头,是一场充满挑战的探索。

  “温度控制、焊接材料、焊接及返修方法是焊接工艺里的重要内容,直接关系到钢管焊接质量。”程惠说,“但在800兆帕高强钢焊接这个领域,可供借鉴的经验不多。”

  

  ▲压力钢管焊接施工形象  摄影:谢雷

  经过反复研究和比对试验,白鹤滩建设者制定了专门针对800兆帕高强钢的焊接工艺,并在施工过程中不断完善。验收结果表明,施工区内800兆帕高强钢焊接一次探伤合格率均在99%以上。

  这一成绩对我国钢铁行业来说意义重大,可复制的焊接工艺经验将进一步推动800兆帕高强钢的国产化和大规模运用,有望助推我国钢铁产业在800兆帕高强钢领域破局。

  在地下厂房施工这场“大考”中,白鹤滩建设者交出的答卷,是世界一流精品工程的重要组成部分,为世界相关地下工程建设贡献了中国智慧。

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