白鶴灘水電站大大小小的地下洞室長達217公裡,包括16台百萬千瓦機組的“家”
從世界最大的地下洞室群 看大山肚子裡的世界級建設難度

白鶴灘水電站。 新華社記者 胡超 攝

白鶴灘水電站左岸地下廠房。 四川日報全媒體記者 何海洋 攝
世界最大規模地下洞室群
規模有多大
●大大小小的洞室總長度達217公裡
●包括交通隧洞、地下廠房洞、水電管網、通氣洞、進風洞、防滲排水廊道等
建設有多難
●地下廠房開挖面臨高邊牆圍岩變形與穩定問題,是一項世界性難題
●白鶴灘水電站地處橫斷山脈之中,又在川滇地震帶上,岩石層與層之間裂縫極多,難上加難
●建設者們耗費近4萬噸炸藥,開鑿世界最長的工程隧洞
●洞室的開挖量達2500萬立方米,足以填滿1萬個國際標准游泳池
最大的“洞”
●左右兩岸“主殿”——目前世界最大的地下廠房,分別位於兩岸山體內,是16台單機容量100萬千瓦水輪發電機組的“家”
●為了裝下這16台機組,需要在左右兩岸山體裡各掏出長400余米、寬34米、高88.7米地下空間,相當於在每側山體中各裝進一艘航空母艦
近日,白鶴灘水電站左岸機組全部投產發電,這也標志著這個世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程距全部機組投產發電目標更近一步。
白鶴灘水電站創造了很多“世界之最”,其中一項是世界最大規模的地下洞室群。大大小小的洞室總長度達217公裡,左右兩岸山體內的“主殿”——目前世界最大的地下廠房,是16台單機容量100萬千瓦水輪發電機組的“家”。
世界級規模,對應世界級建設難度。建設者們耗費近4萬噸炸藥,開鑿世界最長的工程隧洞﹔首次在鬆散的玄武岩上攔河筑壩,像在蛋糕上雕刻城堡﹔土石方開挖量巨大,如果將其折算成1立方米的混凝土牆,其總長度足以繞地球兩圈。
規模如此龐大的“地下宮殿”,近萬名建設者僅用時4年就建造完成。他們是如何做到的?近日,記者深入白鶴灘水電站施工一線,探索建設背后的故事。
龐大的洞
兩個地下廠房洞,分布在兩岸山體裡
想要去“地下宮殿”一探究竟,首先要穿過一條長達3800多米的隧洞,像這樣大大小小的交通隧洞,在白鶴灘的山體裡有160多條。
世界最大規模的地下洞室群,除了縱橫交錯的交通隧洞,還有地下廠房洞、水電管網、通氣洞、進風洞、防滲排水廊道等,洞室開挖量達2500萬立方米,足以填滿1萬個國際標准游泳池。其中,最龐大的“洞”,要數兩個地下廠房洞,對稱分布在左右兩岸的山體裡。
白鶴灘水電站總裝機容量1600萬千瓦,需依靠16台百萬千瓦機組來發電。白鶴灘工程建設部地下廠房項目部副主任段興平告訴記者,為了裝下這16台機組,需要在左右兩岸各掏出長400余米、寬34米、高88.7米的地下空間,相當於在每側山體中各裝進一艘航空母艦。
走進右岸地下廠房,巨大的拱形洞室呈現在眼前。這裡就是8台發電機組的安身之處,有2個足球場大,約30層樓高。
白鶴灘工程建設部黨委書記何煒介紹,地下廠房開挖面臨高邊牆圍岩變形與穩定問題,是一項世界性難題。而白鶴灘水電站地處橫斷山脈之中,又在川滇地震帶上,岩石層與層之間柱狀節理明顯、裂縫極多,更使得圍岩變形與穩定難上加難。
“地下廠房不僅開挖斷面尺寸大、埋深大,還要穿越近50條層間錯動帶。”何煒說,錯動帶就像夾心餅干一樣,在堅硬岩石中不時夾著疏鬆的土石夾層,地下廠房因為空間巨大,部分錯動帶避無可避。
“開挖地下廠房的難度,好比在鬆軟多層的蛋糕中挖一個又深又大的洞。”何煒這樣形容。經過反復研究和摸索,建設者制定了分層開挖策略,把廠房分為10層,由上至下,分層開挖,分層保護,整個右岸地下廠房開鑿耗時4年多。
創新的洞
洞洞相連,打造地下“新風系統”
白鶴灘水電站地處深V形峽谷,兩岸空間有限,引水發電系統設備都布置在兩側山體中。大量的爆破施工、洞內施工,需解決通風問題,將爆破的煙塵、汽車的尾氣排出洞外,再把新鮮空氣引入主要作業面。白鶴灘水電站地下施工中,設計了無數條通風洞,這些通風洞就像整個地下工程的呼吸系統。
當時,擺在白鶴灘工程建設部交通路網總設計師周垂一面前的,是“呼吸不暢”的難題。“我們把風管和風機都做到了極限,但掌子面空氣條件依然很差,採用單一通風面,效果不理想。”周垂一說,地下工程常規設計是施工區獨立通風,在往地下掘進的同時,排風機也往裡吹,促使空氣流動。但白鶴灘水電站超大的地下洞室群,哪怕使用最先進的通風機,爆破開挖后仍然需要靜置40分鐘,待作業面排出灰塵之后,人員才能進入施工。
如果縮短等待時間,就能提高施工效率。周垂一要重新為氣流找“通路”。
經過不斷推演,周垂一和團隊想到了一種全新的通風設計——在左右岸各打一條專用排風洞,碰到不同的洞室,再打一條豎井下去將洞室連起來。“就像一個新風系統,把所有地下洞室的污濁空氣排到洞外。”周垂一說,兩條排風洞打通之后,作業面排出灰塵隻需 20分鐘,等待時間減少一半。“白鶴灘水電站的通風以及洞內的施工環境,都達到了國際最高水平。”
精美的洞
阻斷空泡,泄洪洞呈現“鏡面”效果
泄洪洞工程是水電樞紐工程的三大主體建筑物之一,承擔著泄洪消能的功能。白鶴灘水電站在山體挖了3條無壓泄洪洞,是目前世界最大的無壓泄洪洞群。巨大洞群一旦啟用,18分鐘就能灌滿一個西湖。如此大流量、高流速的泄洪通道,如果找不到一個創新的保護方式,強大的水流沖擊力,將對整個泄洪隧洞構成威脅。
白鶴灘工程建設部泄洪洞項目工程師王孝海介紹,每秒47米高速流動的水流,會在泄洪洞凹凸不平的外表層形成一連串空泡,這些氣泡就像“深水炸彈”,因為在上萬噸水壓的作用下,空泡破滅產生的爆炸沖擊波,是在空氣中的幾百倍。如何解決空泡問題,考驗建設者的智慧。
“打造3條全程無壓的泄洪洞。”王孝海介紹,所謂無壓,就是在高低不平的岩壁上,敷上一層堅固、光滑的襯砌混凝土,近乎鏡面的外立面,可以阻斷空泡。
技術人員經過不斷試驗和技術突破,在無壓泄洪洞群澆筑的混凝土,其表面誤差不超過3毫米,看不到一點瑕疵,過水養護后,平坦的表面呈現鏡面效果,人的倒影在其中不會變形,就像鏡子一樣。“這種全新技術,讓泄洪洞幾乎沒有阻力,不會輕易被沖壞。”王孝海說,鏡面效果背后,是白鶴灘工程建設者為國內水電工程裝備和施工工藝帶來的新高度。(四川日報全媒體記者 李欣憶)
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