白鹤滩水电站大大小小的地下洞室长达217公里,包括16台百万千瓦机组的“家”
从世界最大的地下洞室群 看大山肚子里的世界级建设难度
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白鹤滩水电站。 新华社记者 胡超 摄白鹤滩水电站左岸地下厂房。 四川日报全媒体记者 何海洋 摄扫码看视频“洞”见新天府
世界最大规模地下洞室群
规模有多大
●大大小小的洞室总长度达217公里
●包括交通隧洞、地下厂房洞、水电管网、通气洞、进风洞、防渗排水廊道等
建设有多难
●地下厂房开挖面临高边墙围岩变形与稳定问题,是一项世界性难题
●白鹤滩水电站地处横断山脉之中,又在川滇地震带上,岩石层与层之间裂缝极多,难上加难
●建设者们耗费近4万吨炸药,开凿世界最长的工程隧洞
●洞室的开挖量达2500万立方米,足以填满1万个国际标准游泳池
最大的“洞”
●左右两岸“主殿”——目前世界最大的地下厂房,分别位于两岸山体内,是16台单机容量100万千瓦水轮发电机组的“家”
●为了装下这16台机组,需要在左右两岸山体里各掏出长400余米、宽34米、高88.7米地下空间,相当于在每侧山体中各装进一艘航空母舰
□四川日报全媒体记者 李欣忆
近日,白鹤滩水电站左岸机组全部投产发电,这也标志着这个世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程距全部机组投产发电目标更近一步。
白鹤滩水电站创造了很多“世界之最”,其中一项是世界最大规模的地下洞室群。大大小小的洞室总长度达217公里,左右两岸山体内的“主殿”——目前世界最大的地下厂房,是16台单机容量100万千瓦水轮发电机组的“家”。
世界级规模,对应世界级建设难度。建设者们耗费近4万吨炸药,开凿世界最长的工程隧洞;首次在松散的玄武岩上拦河筑坝,像在蛋糕上雕刻城堡;土石方开挖量巨大,如果将其折算成1立方米的混凝土墙,其总长度足以绕地球两圈。
规模如此庞大的“地下宫殿”,近万名建设者仅用时4年就建造完成。他们是如何做到的?近日,记者深入白鹤滩水电站施工一线,探索建设背后的故事。
庞大的洞
两个地下厂房洞,分布在两岸山体里
想要去“地下宫殿”一探究竟,首先要穿过一条长达3800多米的隧洞,像这样大大小小的交通隧洞,在白鹤滩的山体里有160多条。
世界最大规模的地下洞室群,除了纵横交错的交通隧洞,还有地下厂房洞、水电管网、通气洞、进风洞、防渗排水廊道等,洞室开挖量达2500万立方米,足以填满1万个国际标准游泳池。其中,最庞大的“洞”,要数两个地下厂房洞,对称分布在左右两岸的山体里。
白鹤滩水电站总装机容量1600万千瓦,需依靠16台百万千瓦机组来发电。白鹤滩工程建设部地下厂房项目部副主任段兴平告诉记者,为了装下这16台机组,需要在左右两岸各掏出长400余米、宽34米、高88.7米的地下空间,相当于在每侧山体中各装进一艘航空母舰。
走进右岸地下厂房,巨大的拱形洞室呈现在眼前。这里就是8台发电机组的安身之处,有2个足球场大,约30层楼高。
白鹤滩工程建设部党委书记何炜介绍,地下厂房开挖面临高边墙围岩变形与稳定问题,是一项世界性难题。而白鹤滩水电站地处横断山脉之中,又在川滇地震带上,岩石层与层之间柱状节理明显、裂缝极多,更使得围岩变形与稳定难上加难。
“地下厂房不仅开挖断面尺寸大、埋深大,还要穿越近50条层间错动带。”何炜说,错动带就像夹心饼干一样,在坚硬岩石中不时夹着疏松的土石夹层,地下厂房因为空间巨大,部分错动带避无可避。
“开挖地下厂房的难度,好比在松软多层的蛋糕中挖一个又深又大的洞。”何炜这样形容。经过反复研究和摸索,建设者制定了分层开挖策略,把厂房分为10层,由上至下,分层开挖,分层保护,整个右岸地下厂房开凿耗时4年多。
创新的洞
洞洞相连,打造地下“新风系统”
白鹤滩水电站地处深V形峡谷,两岸空间有限,引水发电系统设备都布置在两侧山体中。大量的爆破施工、洞内施工,需解决通风问题,将爆破的烟尘、汽车的尾气排出洞外,再把新鲜空气引入主要作业面。白鹤滩水电站地下施工中,设计了无数条通风洞,这些通风洞就像整个地下工程的呼吸系统。
当时,摆在白鹤滩工程建设部交通路网总设计师周垂一面前的,是“呼吸不畅”的难题。“我们把风管和风机都做到了极限,但掌子面空气条件依然很差,采用单一通风面,效果不理想。”周垂一说,地下工程常规设计是施工区独立通风,在往地下掘进的同时,排风机也往里吹,促使空气流动。但白鹤滩水电站超大的地下洞室群,哪怕使用最先进的通风机,爆破开挖后仍然需要静置40分钟,待作业面排出灰尘之后,人员才能进入施工。
如果缩短等待时间,就能提高施工效率。周垂一要重新为气流找“通路”。
经过不断推演,周垂一和团队想到了一种全新的通风设计——在左右岸各打一条专用排风洞,碰到不同的洞室,再打一条竖井下去将洞室连起来。“就像一个新风系统,把所有地下洞室的污浊空气排到洞外。”周垂一说,两条排风洞打通之后,作业面排出灰尘只需 20分钟,等待时间减少一半。“白鹤滩水电站的通风以及洞内的施工环境,都达到了国际最高水平。”
精美的洞
阻断空泡,泄洪洞呈现“镜面”效果
泄洪洞工程是水电枢纽工程的三大主体建筑物之一,承担着泄洪消能的功能。白鹤滩水电站在山体挖了3条无压泄洪洞,是目前世界最大的无压泄洪洞群。巨大洞群一旦启用,18分钟就能灌满一个西湖。如此大流量、高流速的泄洪通道,如果找不到一个创新的保护方式,强大的水流冲击力,将对整个泄洪隧洞构成威胁。
白鹤滩工程建设部泄洪洞项目工程师王孝海介绍,每秒47米高速流动的水流,会在泄洪洞凹凸不平的外表层形成一连串空泡,这些气泡就像“深水炸弹”,因为在上万吨水压的作用下,空泡破灭产生的爆炸冲击波,是在空气中的几百倍。如何解决空泡问题,考验建设者的智慧。
“打造3条全程无压的泄洪洞。”王孝海介绍,所谓无压,就是在高低不平的岩壁上,敷上一层坚固、光滑的衬砌混凝土,近乎镜面的外立面,可以阻断空泡。
技术人员经过不断试验和技术突破,在无压泄洪洞群浇筑的混凝土,其表面误差不超过3毫米,看不到一点瑕疵,过水养护后,平坦的表面呈现镜面效果,人的倒影在其中不会变形,就像镜子一样。“这种全新技术,让泄洪洞几乎没有阻力,不会轻易被冲坏。”王孝海说,镜面效果背后,是白鹤滩工程建设者为国内水电工程装备和施工工艺带来的新高度。