創新造就世界級精品「地下城」
——白鶴灘水電站地下廠房建設科技創新之路
隨著白鶴灘水電站壩體日益「長高」，高峽平湖指日可期。就在大壩兩側的地下深處，洞室縱橫交錯，宛若一個巨大的地下迷宮。這裡是16台百萬千瓦機組的「棲息之地」——白鶴灘水電站地下廠房，其洞室群規模、廠房跨度、調壓室直徑和數量均居世界水電工程之首。
與「世界之首」的美譽相伴而來的，是技術、管理方方面面難題和一個個待攻破的「無人區」。白鶴灘水電站地下廠房的設計、施工與管理，某種程度超越了現有規範和已有工程經驗。面對挑戰，白鶴灘工程建設者勇攀科技高峰，勇闖「無人區」，通過不斷創新，攻克一個個難關，打造出一座恢弘精細的「地下城」。
視頻製作：盧忠燦
以創新解決世界性難題
白鶴灘水電站處於深V型峽谷，兩岸空間有限，因此需要開挖地下洞室，布置引水發電系統設備。而白鶴灘水電站地下洞室群規模與面臨的複雜岩石力學問題都刷新了我國水電工程建設歷史記錄。
白鶴灘水電站地下廠房洞室群規模世界第一，結構布置複雜，埋深大，地下洞室開挖量2500萬方，開挖總里程約230千米。極其複雜的地質條件更增加了地下廠房的建設難度——廠區地應力高，硬脆玄武岩變形大、易鬆弛破裂。
如何有效控制高邊牆圍岩變形與穩定，一直是大型地下洞室開挖的世界性難題。在巨大規模和複雜地質條件的雙重影響下，白鶴灘地下廠房開挖的穩定控制問題顯得尤為嚴峻。
左岸地下電站主廠房開挖支護形象 攝影：周吉
針對地質條件與開挖特徵，三峽集團白鶴灘工程建設部從洞室群設計理念和設計方案著手創新，牽頭制定了合理的立體分層和平面分區方案，優化洞室群間距、結構形式布置，提出了巨型地下洞室群開挖時空次序優化方法。
好的施工方案和方法需要依靠好的技術、設備與管理來實現。白鶴灘工程建設部一手抓技術創新，組織對地下廠房機窩爆破開挖進行一系列研究，形成並運用了巨型地下洞室精細化爆破技術。針對不同部位、不同圍岩採取個性化的開挖方案和爆破設計，最大限度降低爆破對圍岩損傷和洞群穩定影響，洞室成型質量良好。同時，他們還研發包括預應力錨索快速施工在內的多項創新支護技術，為地下廠房高邊牆圍岩安全穩定提供保障。
白鶴灘水電站地下洞室群眾多，空間交叉，平面相鄰，最多時100多個工作面同時作業，一旦支護不及時跟進，就會發生塌方，甚至造成重大安全事故。為避免洞室開挖過程中出現意外貫穿，白鶴灘工程建設部從管理上創新，充分利用信息化技術，研發並應用「地下洞室支護預警系統」。通過網際網路及時查詢各作業面支護進展情況，實時監控、自動預警，及時準確提示跟進支護，避免了安全管控漏洞，整個洞室群施工過程中沒有發生大型塌方。
為確保圍岩穩定，白鶴灘工程建設部還構建了地下洞室群全過程反饋分析與技術體系。依託行業專家和專業權威機構技術諮詢，針對複雜地質條件和特大洞室開挖特點，按照「開挖一層、分析一層、預測一層、驗收一層」的工作程序，動態優化設計和施工方案，實現洞室群整體穩定。
以創新實現高質高效建設
由於規模龐大、地質條件複雜，白鶴灘水電站地下廠房支護開挖階段的工期遠遠長於同類工程，導致混凝土施工和金結埋件的施工工期被壓縮。為確保實現按期發電，白鶴灘工程建設部通過施工方案、工藝和設備材料創新來提高工作效率，節約工期。
白鶴灘水電站進水塔塔體高100多米，結構複雜，為保證混凝土澆築的安全和進度，白鶴灘工程建設部和生產廠家聯合研發自爬升模板，引進液壓自爬升模板施工技術，通過技術改造研製出適用於水工大體積混凝土施工的單側式液壓自爬升模板，應用於白鶴灘進水塔混凝土施工，解決了白鶴灘壩址區常年大風天氣條件下塔體和設備資源問題，有效提升了混凝土外觀質量和施工效率。
進水塔液壓自爬升模塊 攝影：黃春江
為提高混凝土施工效率，白鶴灘工程建設部在施工設備創新上也下足了功夫。為減少鋼模台車的拆裝次數，加快施工進度，規避人工拆裝台車的安全風險等問題，研發出一種可橫向移動的伸縮式鋼模台車，能夠平移至相鄰隧洞，大大節約台車安拆工期。不僅提高了進度，還極大地節約了成本，保證了安全質量。
在金結安裝階段，更是勇於打破常規，用創新換時間。「肘管、錐管這些大型埋件常規情況下都是在基坑內組裝，座環以前也是一瓣一瓣在基坑裡焊接。我們調整了施工方案，提前組裝，採取肘錐管預摞節、座環整體吊裝的方式。通過將基坑內的作業平行到基坑外，大大節約了工期。」白鶴灘工程建設部地下廠房項目部副主任段興平說。
作為從水庫、壓力前池或調壓室向水輪機輸送水量的管道，壓力鋼管的重要程度不亞於人體內連接心臟的主動脈，安裝質量直接決定著機組能否正常運行。由於百萬千瓦機組水頭高，白鶴灘引水壓力鋼管大量應用國產800兆帕級高強鋼，在國內水電站建設尚屬首次。
右岸壓力鋼管廠焊接施工 攝影：黃春江
超大型壓力鋼管群安裝工程量大、施工工期緊、技術質量要求高、安全風險大。怎樣才能既焊得好又焊得快？
在相應焊接技術空白的情況下，白鶴灘工程建設部和參建各方針對線能量控制、溫度控制、焊接材料、焊接及返修方法等方面進行了反覆研究和比選試驗，制定了「800兆帕高強鋼壓力鋼管焊接工藝」，並在焊接過程不斷改進完善，既保證了焊縫質量全面優良，又實現了高效焊接，為後續施工爭取到寶貴時間。
以創新打造綠色安全施工環境
為了打造精品工程，也為了數萬名建設者的安全與健康，三峽集團秉持以人為本、本質安全的理念，在常規安全管理之外，加大創新投入，為打造綠色安全的施工環境不懈努力。
白鶴灘水電站豎井群規模龐大，地下廠房布置有各類豎井80餘條，最大深度達575米。而豎井施工安全事故是工程建設中多發頻發的事故類型之一。
能否打破這一安全魔咒，確保豎井施工安全？白鶴灘工程建設部在施工伊始，就針對常規豎井施工中存在的安全隱患開始優化創新。
「我們用的是有多重安全保護裝置的門式提升系統。」段興平介紹，白鶴灘工程將礦山系統常用的門式提升系統創新運用到深大豎井施工中，並根據實際情況進行優化設計，實現多重安全保障，能有效確保豎井施工期人員及設備安全。
右岸14#引水洞上平段引施工形象 攝影：趙洋
溜渣井施工是深大豎井施工中另一個高風險環節。傳統溜渣井施工依靠人工開挖，工人進入狹窄幽深的豎井中作業，一旦井壁發生塌方、掉塊，生命安全將受到威脅。白鶴灘工程引進大口徑反井鑽機實現深大豎井溜渣井一次成井工藝，用機械化作業代替人工作業，減少傳統豎井開挖需要進行的導井二次擴挖工序，規避施工過程中的安全問題，實現節約供氣、保障安全等多重效益。
大型地下洞室群施工期間的通風散煙不僅是制約施工進度、關係施工質量和機械設備使用效率的主要因素，更會直接影響一線建設者的身體健康，一直是困擾國內外地下工程界的技術難題。白鶴灘水電站各洞室縱橫交錯，布置密集，自然通風通道少，空氣置換通道長，施工期鑽孔、爆破、焊接作業頻繁，通風散煙矛盾非常突出。
為解決地下洞室群規模大和埋深大所導致的通風散煙難題，白鶴灘水電站制定地下洞室高標準通風控制指標，研究建造大型深埋複雜洞室群開挖高效通排風系統，引入變頻風機及風帶，提出通風排風三結合技術路線和綜合治理技術——將已有洞井與新增專門洞井結合、自然通風與機械通風結合、臨時通風與永久通風結合。
這一技術應用效果明顯，實測爆破後30分鐘，各工作面污染物濃度指標均低於國家規範要求，主要洞室符合或接近國際要求，實現了地下洞室群高標準通風控制要求，創建了綠色環保作業環境。
白鶴灘水電站在巨型地下洞室群規劃、設計、施工、技術、管理方法等方面的重大創新，填補了高地應力等複雜地質條件下建造大尺寸地下洞室群的技術空白，有力推進我國基礎設施地下工程建設的發展，對水電、能源、交通、礦山等行業地下工程建設具有深遠意義，為白鶴灘水電站實現精品工程添上濃墨重彩的一筆。
來源：三峽小微 黃先懿 @中國三峽集團官網
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/P9G3aXQBURTf-Dn5FtRe.html