揭祕西部三大水電:溪洛渡 向家壩 錦屏一級

水電作為可再生清潔能源,在我國能源發展史中佔有重要地位。西部大開發戰略實施以來,水電作為當地重要的資源優勢和西部大開發的重點領域,得到各方高度重視。

溪洛渡和向家壩水電站是金沙江干流規劃開發的第一期工程,也是西部大開發的重要工程和"西電東送"的骨幹工程。錦屏一級水電站是雅礱江干流下游的控制性水庫梯級電站,具有世界最高拱壩,堪稱世界上"技術難度最大、施工環境最危險、施工佈置最困難、建設管理難度最大"的水電工程。

在攻破一系列世界級技術難題的背後,是眾多工程師孜孜不倦地研究、考證,建設者在施工中精益求精的奮鬥成果。讓我們一起來看看這三大水電站背後的故事。

夢圓溪洛渡

揭秘西部三大水電:溪洛渡 向家壩 錦屏一級

溪簡介:

溪洛渡水電站是國家"西電東送"骨幹工程,位於四川和雲南交界的金沙江上。工程以發電為主,兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等綜合效益,並可為下游電站進行梯級補償。電站主要供電華東、華中地區,兼顧川、滇兩省用電需要,是金沙江"西電東送"距離最近的骨幹電源之一,也是金沙江上最大的一座水電站。

攔河壩為混凝土雙曲拱壩,壩頂高程610米,最大壩高285.5米,壩頂弧長698.07米;左、右兩岸佈置地下廠房,各安裝9臺水輪發電機組,電站總裝機1386萬千瓦,多年平均發電量571.2億千瓦時。作為中國第二、世界第三大水電站,溪洛渡水電站具有"三高一大",即高拱壩、高地震、高邊坡、大洩量等特點。

渡口之夢

溪洛渡,金沙江下游,川滇兩省交界的一個小渡口。這裡山高雲低、峽谷綿綿、地勢陡峭、激浪滔天。上個世紀50年代初,一隊勘測隊員發現了這裡,從此,這個小渡口的名字逐漸孕育、演繹、遠播,成為一座巨型水電工程夢升起的地方。

關於拱壩,上個世紀80年代,國內水電界兩位重量級人物在湘南耒水邊有過這樣一番對話:一位說:"按照我們現在的水平,設計出先進的大壩是不成問題的,就看施工能不能跟得上?"另一位說:"只要能設計出來,我們就一定能建造出優質大壩!"他們就是兩院院士潘家錚和工程院院士譚靖夷。

之後10年,157米高的東江水電站大壩在湘南老區聳立。

之後15年,240米高的二灘水電站大壩在攀西大峽谷建成。

之後20年,300米級的溪洛渡水電站大壩進入人們的視野。

國內水電開發故事不斷髮展演繹。新世紀初,潘家錚、譚靖夷年屆古稀。當時三峽工程勝利在握,金沙江、雅礱江等大水電群尚無啟動消息。深怕自己等不到這一天的潘家錚借用陸游的詩句寄語中國水電事業:"死去原知萬事空,但悲西電未輸東,金沙寶藏開工日,公祭無忘告逝翁。"譚靖夷也是同樣的心態,十分關注溪洛渡工程的建設,為其早日上馬奔走呼籲。

1996年5月,《金沙江溪洛渡水電站預可行性研究報告》通過審核。

2002年10月,國家發展計劃委員會批准溪洛渡水電站工程立項。

2005年4月,國家環保總局批覆溪洛渡水電站環境影響報告書。

2005年12月,溪洛渡水電站獲得國家核准。

2006年12月26日,在國家"西電東送"的春潮中,溪洛渡水電工程開工了。潘家錚、譚靖夷擔任金沙江水電開發的顧問,他們殫心竭力地支持溪洛渡工程建設,依然在延續20多年前的對話。

速度之謎

溪洛渡大壩混凝土總澆築方量650萬立方米,如果用60噸一節的火車皮來裝,需要裝27萬個車皮。如此大的澆築量,工期壓縮了近一年,其間,還要排除基礎處理、金結安裝、環境制約等干擾,是一次國內外少有的複雜條件和環境的時空穿越;但是,如果不搶回工期,將會推遲一年下閘蓄水,不僅造成巨大的經濟損失,而且影響整個"西電東送"工程開發的進程。

施工局以計劃為指導,以混凝土澆築為主線,爭分奪秒,進行了持續三年的建設大提速。

秘笈一,理順生產邏輯關係,系統破解矛盾。施工局全面推行"三控制一服務",即控制質量、控制進度、控制成本、服務業主的理念,相繼突破結構孔洞、鋼襯、溫控等制約,工程一年一個樣,三年大變樣。三年累計完成混凝土澆築576萬立方米,比原計劃多澆混凝土120萬立方米。

秘笈二,充分發揮先進設備的優勢,無縫銜接。大壩工程建設共投入3億多元、近1800多臺(套)設備,僅一條龍澆築系統就佔70%。三年來,5臺纜機累計調運混凝土72萬罐,纜機總行駛里程達到52萬公里,相當於繞地球13圈,滿足了高強度混凝土澆築的需要。

秘笈三,開展各種競賽活動,充分調動廣大幹部職工和農民工的積極性、創造性,形成了比、學、趕、幫、超的工作氛圍。施工局僅用兩個月就完成了新增拌和樓、纜機的安裝,實現了當年設計、當年施工、當年投產目標。

秘笈四,為了信譽,為了承諾,建設者眾志成城,頑強拼搏,主動放棄節假日休息,一心撲在工作上,有的三四年都放棄回家過年,放棄與親人團聚。

科技之光針對大壩施工,工程技術人員完成了6項科研合同和 "大壩混凝土施工信息系統開發"等多項組織工作。自行設計了"一條龍"系統的無縫轉倉、5臺纜機兩倉同澆等施工工藝。在高拱壩施工技術、工藝,安全、質量控制,深層地質缺陷處理,纜機側卸車運行管理、高溫和低溫季節的大壩混凝土溫控防裂以及快速施工組織管理等方面取得突破性成功。

溪洛渡大壩工程建設不僅應用了世界最先進的機械設備、技術與工藝,而且還應用了計算機技術、仿真技術、精確溫控技術、衛星定位導航技術、信息傳輸技術。大壩內埋了7200個先進的監測儀器,其中4000多個是國內首次使用。大壩工程從混凝土生產到調運入倉,從立模扎筋到澆築,從基礎處理、金結安裝、科研試驗到大壩施工、基礎處理等龐大的生產監控系統,對安全、質量、進度,乃至每一個施工部位、每一道工序,每一個細節,每一道流程,均是全方位、全時空地精確監控。大壩工程開工至今已收入數據存量達到9.65G,其中混凝土生產數據147萬條,纜機運行數據6400萬條,混凝土溫控數據1100萬條,這些數百萬、數千萬的數據不僅可以隨時追蹤到大壩的基因和體徵、現場變化,而且可以按照計算機設計的程序對數據進行比較分析,為優化方案提供依據。

為了確保測量工作的"零失誤",施工局對先進的全站儀進行二次開發,工程技術人員翻譯大量的英文資料,研究測量技術、計算機網絡技術,成功地研究出集測量、計算、存儲於一體的程序,使測量變得快捷、簡單、精確。

挺進向家壩

揭秘西部三大水電:溪洛渡 向家壩 錦屏一級

向家壩簡介

向家壩水電站是我國第三大水電站,世界第五大水電站,也是西電東送骨幹電源點。它位於雲南水富與四川省交界的金沙江下游河段上,是金沙江水電基地最後一級水電站,也是該水電基地25座水電站中唯一兼顧灌溉功能的超級大壩。

向家壩水電站裝機容量775萬kW(8臺80萬千瓦巨型水輪機和3臺45萬千瓦大型水輪機),保證出電200.9萬kW。目前向家壩也是金沙江水電基地中唯一修建升船機的大壩,其升船機規模與三峽相當,屬世界最大單體升船機,船舶翻壩效率遠超三峽五級船閘,千噸級船舶過壩只需15分鐘時間。向家壩、溪洛渡電站建成後可以解決三峽最大的心病——泥沙淤積,並對於防洪的作用也十分明顯。

向家壩創造的世界之最

1、目前世界最大規模的沉井群

為克服金沙江鬆軟的地質條件,工程人員為向家壩打造了世界上最大規模的沉井群。——目前世界最大規模的沉井群。向家壩水電站採用分期導流施工方案,設計採用10個尺寸為長23米、寬17米的巨型沉井群,最大下沉深度57米,最大入巖深7米,作為壩基開挖時一期土石圍堰的擋土牆和二期縱向混凝土圍堰的部分堰體。其沉井群規模之大,工程地質條件之複雜,施工技術之先進,開創國內水電建設之先例。

2、世界單機容量最大的水輪發電機組

為最有效利用金沙江巨大的水流落差,向家壩安裝了世界上最大的80萬千瓦超級水輪機。——水輪發電機組單機容量世界最大。向家壩水電站採用單機最大容量為80萬千瓦的水輪發電機組,是目前世界單機容量最大的水輪發電機組。

3、世界最大單體升船機

為配合水富萬里長江第一港的區位優勢不影響水富上游航運,向家壩建設了世界最大單體升船機。——提升高度世界最大的一級垂直升船機。向家壩水電站通航建築物採用一級全平衡齒輪齒條爬升式垂直升船機,提升高度達114.2米,一次可通過兩艘500噸船隊,兼顧1000噸級單船。

4、洩洪總功率為世界同類工程之最

由於向家壩緊鄰城市建設,也由於金沙江的鬆軟地址條件,向家壩不能採用三峽大壩那樣簡單的挑流消能方式而被迫選用技術難度更大維護成本更高的底流消能方式,為此向家壩建設了世界上最大的兩個大型洪水消力池。

另外,向家壩水電站洩洪消能採用底流消能方式,設計最大下洩流量達每秒48660立方米,洩洪總功率40718MW,消力池內每米最大平均單寬流量為225立方米每秒,壩面洩槽每米最大單寬流量322.5立方米每秒。

5、世界最長的帶式輸送機輸送線

為解決向家壩砂石骨料供應問題,向家壩砂石骨料採用灰巖人工骨料,首次採用超長距離帶式輸送機輸送半成品骨料技術,輸送線由5條頭尾相接的帶式輸送機組成,總長31.3公里,小時運量達3000t/h。

6、地下廠房開挖跨度、高度世界之最

向家壩右岸地下廠房深埋於右岸山體之內,主廠房最大開挖跨度達33.4米、最大開挖高度達88.2米。

7、變頂高尾水洞世界最大

右岸地下廠房發電引水系統採用變頂高尾水洞結構形式,洞型呈現為喇叭形狀,入口小,出口大。其最大開挖斷面寬24.3米、高38.2米。

8、壩體穩定計算、處理難度世界罕見

向家壩水電站壩址地質條件非常複雜,存在壩基承載與變形控制、抗滑穩定、滲透穩定等難題,其處理難度大。在工程設計中運用多種分析方法進行壩基穩定和應力變形分析,採用開挖齒槽置換混凝土以及深孔固結灌漿的方法來改善基礎承載力,增大抗滑穩定安全係數;首創國內唯一的混凝土重力壩壩基防滲牆,防止不良地質體發生滲透破壞;創新提出了"可控制的抽排體系",通過人為調節壩基排水孔出水量,從而使壩基揚壓力等得到調整,在不影響大壩穩定的前提下,儘量減少滲流量;其綜合分析方法和複合處理技術是高重力壩複雜壩基條件下深層抗滑穩定和滲透穩定處理工程技術的重大突破。

9、世界規模最大的人工砂石加工系統

向家壩水電站主體工程混凝土總量約1400萬立方米,共需半成品砂石料3600萬噸,砂石加工系統設計處理能力每小時3200噸,生產能力每小時2600噸。

10、世界最大的導流底孔雙層過流設計

向家壩工程二期導流時,通過左岸壩段內留設的6個寬10米、高14米的導流底孔及寬115米的缺口過流,設計過流流量每秒32000 立方米。

邁向錦屏一級

揭秘西部三大水電:溪洛渡 向家壩 錦屏一級

錦屏一級簡介

錦屏一級水電站位於四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木裡縣境內,是雅礱江水能資源最富集的中、下游河段5級水電開發中的第一級,其下游梯級為錦屏二級、官地、二灘和桐子林水電站,其中二灘水電站(330萬kW)已於1999年建成發電。

錦屏一級水電站以發電為主,兼有防洪、攔沙等作用。樞紐建築由擋水、洩水及消能、引水發電等永久建築物組成,其中混凝土雙曲拱壩壩高305米,為世界第一高雙曲拱壩。電站裝機容量360萬千瓦,2014年電站竣工後年均發電166.2億千瓦時,其中50%電量送往華東地區。電站305米的世界第一高拱壩和49.1億立方米的調節庫容,使之成為雅礱江流域整體開發戰略中承上啟下的關鍵性控制工程。

錦屏一級水電站所遇到的"世界難題"

●施工佈置十分困難。錦屏一級樞紐地處錦屏峽谷河段,地勢陡峻,施工佈置難度為國內外罕見。

●高邊坡開挖難度極大,邊坡開挖難度達到世界級水平。

●拱壩設計難度大。混凝土雙曲拱壩高305m,為世界最高拱壩,其設計技術難度為世界級。

●大跨度地下洞室的設計難度大。地下廠房規模巨大,地下洞室地應力高,地下水豐富,地質條件差,設計和施工難度很大。

●難以馴服的突湧水問題。各界評論中央電視臺用"攻堅破絕境,奇蹟變現實"詮釋建設錦屏水電站的艱辛;

工程地質專家形容錦屏左岸邊坡有嚴重的"心臟病",內部地質構造需進行非常複雜的處理;

中國工程院院士馬洪琪認為,"錦屏一級水電站大壩左岸工程是世界級工程,建設世界第一高拱壩是世界級的挑戰,能在世界級工程舞臺競技的必為王者之師"。以小見大 風雨同舟

2012年8月29日晚,連續7個小時的強暴雨引發了錦屏一級電站工地泥石流災害。水電十四局安裝項目部辦公樓、物資倉庫及所承擔的C4標金屬結構1號製作廠等遭遇泥石流。當晚,在與外界通信中斷的情況下,項目部展開了自救,將分散在危險地段住宿樓的員工及家屬全部撤到安全地帶。9月1日,分公司領導和相關部門負責人到達受災的工地,與項目部一線職工並肩戰鬥。之後,除項目班子成員及部室、作業隊負責人,仍堅持在受災現場組織搶運物資、設備和資料外。項目部其餘員工暫時撤離工地。1 0月10日,經過全力拼搶,安裝項目部全面復工。

眾志成城

"一臺機組濾網有6個,兩臺機組我們進行了4次更換。其間要排完油後才能更換,那時我們全身上下沒一個地方是乾的,幾乎泡在了透平油裡。雖然一干就是20多個小時,但是大家沒人叫苦。"輔機隊的白興海如是說。

"最緊張的是6號機組最後一次濾網清洗更換,我們早上10點左右進行拆卸,晚上兩點就要做併網試驗,全隊人被時間追著跑,那擰螺栓的速度,可以跟機器比了。"輔機隊的李正偉這樣講。

"瓦塊更換拆除比較困難。首先更換推力瓦的空間較窄,其次是由於機組才停下來,發電機層溫度高達六七十度,大家頂著高溫沒有怨言。"發電機隊的李榮強告訴記者。


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