科技锦屏：挑战世界水电技术难题
发布时间： 2009-11-03发布部门：湖南水电学会所在位置：行业新闻 浏览次数： 257
(2009-10-30 9:19:02) 来自 中国企业报 |
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二滩水电开发有限责任公司总经理陈云华(左二)在锦屏一级水电站工地现场办公
二滩水电开发有限责任公司锦屏水电站科技创新纪实
“因循守旧，固步自封，谈何发展！勇立潮头、争做时代进步的排头兵，是二滩人持之以恒的追求。”二滩水电开发有限责任公司总经理陈云华一席掷地有声的话语，道破了二滩人勇于创新、敢为人先的开发理念。在科学发展观指导下，雅砻江水电开发在科技创新上探索出了一条运用市场化手段，集成国内乃至国际一流科研资源，业主主导、联合创新的新路子
□龚友国/文
水电作为可再生的清洁绿色能源，正成为21世纪发展低碳经济更加备受青睐的清洁能源。在已探明的水能资源量中，我国位居世界第一。由于水电资源所处环境的恶劣及水电开发所受各种因素的制约，我国水电开发的程度还远远低于国外发达国家水平。
在中国水电大格局中，四川水电是重头戏。
这一角色不是人为选择，而是基于这样的客观事实：拥有 “天府之国”的四川还是 “水能资源大省”。
据统计，四川水能资源占全国总量的1/4，居全国之首，水电开发蕴藏量1亿多千瓦，目前仅开发不到30%。其中，仅雅砻江干流蕴藏量就达3462万千瓦，经济技术可开发量达3000万千瓦，占四川省的24%，约占全国的5%。
然而，如此巨大的资源并非 “得来全不费功夫”。复杂的地质地貌、前所未有的技术难题，都增加了驯服雅砻江这条巨龙的难度。
2007年，胡锦涛总书记在党的十七大报告中就明确指出，提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。
如果说社会是船，那么科技创新就是提供不竭动力的桨，所有困难都拦不住二滩公司创新的脚步。在上世纪国内最大水电站二滩水电站建设过程中，二滩公司利用世界银行贷款；主体工程和主要永久机电设备实行国际招标；施工过程中采用国际通行的菲迪克合同条款，按照国际上规范的项目管理模式进行管理，在工程建设中大力推行技术进步和技术创新。建设期间创造并不断充实完善、逐渐成熟的 “四制”管理模式，丰富了我国基本建设的管理经验，把中国水电建设的运作水平提升到一个崭新的阶段，在业内产生了巨大的影响力，发挥了重要的示范效应。
2003年10月，国家发展和改革委员会发文明确 “由二滩水电开发有限责任公司负责实施雅砻江水能资源的开发”、 “全面负责雅砻江流域梯级水电站的建设与管理”。面对这个光荣而艰巨的任务，二滩人豪情万丈，斗志昂扬，继续发扬科技创新的精神，以锦屏巨型水电站为标志的雅砻江流域梯级开发稳步推进，创造了一个个水电建设史上的奇迹。
固步自封谈何发展
时间拨回到 2008年 8月 8日 18时50分，距离北京奥运会开幕式还有两小时，四川雅砻江锦屏大河湾畔的锦屏山深处，随着一阵响彻隧洞的欢呼，连接四川锦屏一、二级 “双子星座”电站的锦屏山隧道在历时近5年建设后实现双洞贯通，二滩人用智慧和汗水刷新了世界水电建设史上的新纪录。
锦屏山隧洞既是为锦屏一级、锦屏二级水电站服务的交通隧洞，又是锦屏二级引水隧洞施工的前期 “科研洞”和施工辅助洞。专家介绍，从 “隧洞最大埋深2500米，埋深大于1500米洞段占隧洞总长的73.1%”的角度看，二滩公司完成了国内第一、世界第二深埋隧洞施工。在建设过程中，二滩人攻克了通风、治理高压大流量地下水、应对岩爆等世界性技术难题，使 “科研洞”成为了人类史上科技创新的又一成功案例。
在隧洞建设之前，面对约150公里、水头落差达312米的锦屏大河湾，采取何种方式开发成为了各方争论的焦点。当时有两种方案可供选择：一是截弯取直方案，打通锦屏山，开掘锦屏山隧洞，建设锦屏二级水电站，引水发电，锦屏一、二级联合运行。二是沿江开发方案，即建设锦屏一级电站后，不建锦屏二级电站，而是在大河湾上建设多个梯级电站。沿江开发是我国搞水电开发的传统做法，轻车熟路，风险较小。而截弯取直，则面临着多重世界性技术难题。
沿江开发方案要在大河湾上建设多个大型电站，才能充分利用好这312米水头，投资较多。而截弯取直，将河湾两端的锦屏一级、二级水电站连通，最大程度地利用了水头，投资成本控制上也是最经济的。
再者，征地移民和土地淹没是所有大型水电工程建设中涉及面最广、影响力最大的问题之一。如果在锦屏大河湾建设多个梯级电站，每个电站都涉及移民和土地淹没问题，移民数量和土地淹没面积将剧增。而截弯取直，锦屏二级电站移民以个位数计，土地淹没非常少。
第三，在水电开发中，是否全面、协调、可持续发展，集中体现在环保上。沿江开发，总的工程开挖量非常巨大，对沿江植被会产生大面积破坏。而截弯取直，只建设锦屏一级、二级两个电站，对环境的影响降至最低。
面对争论与挑战，二滩公司总经理陈云华与公司经营班子仔细就经济、民生、环保、科技等多方面进行综合考察，最后达成共识： “我们应当相信科学，相信上世纪50年代以来，我们自己的水电工作者脚踏实地所作出的大量勘察、研究和论证，相信中国人有信心、有能力攻克技术难题。”
“如果采用所谓成熟的沿江开发方案，因循守旧，固步自封，谈何发展！时代总要进步，勇立潮头、争做时代进步的排头兵是二滩人持之以恒的追求。”陈云华掷地有声的话语中，透出了二滩人科技创新的勇气和决心。从此，雅砻江围绕锦屏山形成的长150公里的锦屏大河湾沸腾起来，首尾两端两个巨型电站———锦屏一级和二级水电站建设拉开了大幕。
运筹帷幄用科技装备锦屏
10月23日，锦屏一级水电站世界最高拱坝开浇首仓混凝土之际，记者在锦屏电站建设工地采访，一次次为“科技锦屏”的恢弘气势所震撼。
每条平均长达16.6公里，开挖洞径12.4—13米(TBM施工12.4米，钻爆法施工13米)，这就是锦屏二级水电站4条引水隧洞，加上交通洞、排水洞，施工将会产生数以千万方计的废石渣，如此多的废弃石渣将如何运输出隧洞？很快，我们就找到了答案。
只见一个蓝色皮带传输系统从隧洞施工现场一直延伸到建设好的渣场。皮带传输系统快速运转，将TBM整体掘进机挖掘出来的废弃石渣快速运输到洞外渣场，长长的皮带运输系统随着山形蜿蜒向前，犹如一条蓝色的巨龙在山间负重盘旋。
这台曲线皮带机长达7.5公里、投资2.45亿元，最小转弯半径1000米，最大坡度14度，是目前世界上最先进的皮带机。这条与引水隧洞掘进施工相配套的带式输送系统承担开挖料运输、分选、骨料运输等任务，其建设、运行管理难度在世界上屈指可数。它穿行于高山峡谷、云山雾霭间，是水电人科技创新、追求卓越的体现。
据二滩公司工程技术人员介绍，锦屏水电工程因为多数工程都在山体之中，因此解决废弃石渣的运出是重中之重。按照国内水电建设的惯例，废弃石渣都是通过汽车运出。然而雅砻江两岸山体雄厚、谷坡陡峻，特殊的地形地质条件使得汽车运输面临恶劣的交通条件。
为解决废弃石渣的运输问题，二滩公司提出用皮带机来解决运输问题，然而有些水电专家在听到了二滩公司的提议后大多摇头，表示不可行。困难面前，二滩公司没有退缩，经过多次请专家论证，最后大胆采用世界上最先进的曲线皮带机，最终，解决了废弃石渣的运输问题。
而废弃石渣利用那长龙般的蓝色皮带机爬山过桥做了一次远程旅行，最终达到了预先为它们建设好的渣场。随后，废渣经过筛选，又经过这条“巨龙”将精选的石渣运回到混凝土骨料生产系统，将弃渣循环利用。
这，仅仅是二滩人“用科技装备锦屏”的一个缩影。
二滩公司充分认识到，“用科技装备锦屏”是锦屏水电站建设必由之路，只有运用先进的科技才能使锦屏水电站安全、优质、高效的建设。
引水隧洞如何安全快速掘进是锦屏二级水电站工程建设顺利推进的关键。经各种施工方案比选和施工技术充分论证，二滩公司在国内水电站建设中率先采用全断面、长隧洞硬岩隧洞掘进机(TBM)掘进的施工方案，锦屏二级水电站采购进口的2台TBM，价值高，隧洞掘进断面尺寸大(刀盘旋转直径为12.4米)，系国内第一、世界第二。由于TBM集机械、电气、液压、激光、自控及计算机等技术于一体，成为集掘进、支护、灌浆、运输、通风除尘、供排水、消防、导向等多项功能于一身的施工工厂。采用TBM施工方案，二滩公司既能有效规避锦屏二级水电站引水隧洞掘进施工中面临的突涌水、高地应力与岩爆、围岩稳定和有害气体等主要地质风险，又可成功实现快速掘进施工和最大保护施工人员及设备安全。
为了保证锦屏一级大坝边坡的安全，采取了60—80米、200—300吨的超长、大吨位锚索、布置了三层抗剪洞、安设了大量变形观测仪器，为复杂地质条件下高边坡的开挖与支护起到了积极的作用。
锦屏一级大坝混凝土浇筑，更是在科技方面实现了新的突破———首次在国内水电工程中采用能转弯爬坡、直径达50公分的管状带式骨料输送机和两座2×7立方米强制式拌和机拌制四级配混凝土，同时在混凝土砂岩碱骨料活性反应抑制技术和采用现场实时温度应力仿真分析实施大坝混凝土浇筑温控研究方面取得新进展。
随着锦屏一级水电站大坝由开挖全面转入混凝土浇筑的新阶段、锦屏二级水电站引水隧洞向高埋深的挺进，锦屏水电工程全面进入主体工程建设阶段，和工程建设相伴相生的技术、管理、施工甚至是不曾预料的难题还在前方。“用科技装备锦屏”已成为二滩人的行为准则，他们用科技的手段投身于工程的建设中，让锦屏水电站的工程建设步伐踏得准、迈得实。
敢为天下先挑战世界难题
放眼雅砻江流域水能资源开发四阶段战略和未来发展目标，二滩人面临着诸多的挑战，但最大的是诸多世界级的技术难题的挑战。
可不要小看选择了锦屏一、二级水电站方案后的建设难度，除了联通一、二级水电站的锦屏山隧洞面临多项世界难题外，锦屏一级、二级水电站被认为是国内乃至世界上施工布置难度最大、建设管理难度最大、工程技术难度最大、施工环境最危险的巨型水电站之一，锦屏一级具有世界最高拱坝、锦屏二级具有世界最大规模引水隧洞。国家自然科学基金雅砻江水电基金科研课题中，有3/5和锦屏水电工程有直接或间接关系，此项工程的艰巨程度可见一斑。
锦屏一级水电站位于雅砻江下游河段锦屏大河湾西侧，地处青藏高原向四川盆地过渡的斜坡地带，坝址两岸山体雄厚、谷坡陡峻、基岩裸露、高差千米，是典型的深切 “V”型谷。坝址具有鲜明且复杂的特点：地形不对称———“左缓右陡”；地质不对称———“左软右硬”。
据介绍，锦屏一级水电站大坝混凝土总浇筑量约552万立方米，施工历时计划 55个月。计划2013年8月将坝体浇筑至高程1850米，具备200年一遇的挡水条件，并实现首台机组发电；2014年3月完成大坝混凝土浇筑；2015年整个工程竣工。复杂的地质使世界第一高拱坝的建设充满了高边坡、高地应力、深部卸荷裂隙等世界级技术难题。
锦屏二级水电站是雅砻江干流规划的21座梯级电站中装机规模最大的水电站，也是“西电东送”的战略性项目，它的建设同样充满了挑战。锦屏二级水电站工程遭遇到的五大世界级技术难题分别为深厚覆盖层上闸坝施工；大深埋、超长引水隧洞施工；引水隧洞大型TBM施工技术；巨型差动式调压室设计和高水头、大容量混流式机组设计。
在科学发展观指导下，二滩公司在科技创新工作上探索出了一条运用市场化手段，集成国内乃至国际一流科研资源，业主主导、联合创新的新路子。2004年，二滩公司制定了科技发展规划纲要，明确了科技创新工作的重大研究领域，同年还成立了博士后科研工作站；2005年，二滩公司与国家自然科学基金会共同成立资金规模为5000万元的雅砻江水电开发联合研究基金，借助国家级科研平台，组织全国最优秀的科研力量，开展雅砻江流域水电开发过程中需要解决的重大课题研究；相继与清华大学、中国科学院、中国水电科学院、中国水电顾问集团等十多家单位建立了战略合作伙伴关系；2008年，二滩公司成立了由院士为主体的国内顶尖水电专家组成的 “雅砻江锦屏水电工程特别咨询团”。公司的一系列重大科技工作决策助推了雅砻江第二阶段发展战略中龙头项目———锦屏水电站的建设。
支持国家基础科学研究二滩义不容辞
锦屏二级水电站已于2007年1月开工建设，预计2012年贯通的4条引水隧洞将是世界最大规模的引水隧洞群，覆盖层最深约2500米。
而二滩公司敢于创新、攻克世界技术难关的勇气却在不经意间有了意外收获。
去年8月，中国国内为数不多的、包括清华大学工程物理系副教授岳骞在内的从事暗物质探测的专家发现，这个2500米的深度有可能成就世界最深的地下暗物质探测实验室(锦屏实验室)。研究者从当地的机场到锦屏实验室的门口只需2小时，而已建成的交通隧道也足够顺畅地运送人员和设备。
无论从哪一方面看，这都是一个理想选择。经过短短的2个月协商，4月，清华大学与二滩水电开发有限责任公司敲定了合作事宜，在覆盖层深度2500米的锦屏山引水隧洞旁，设立中国第一个极深地下暗物质探测实验室，清华大学将协助二滩公司解决雅砻江流域水能资源开发中面临的科学技术难题。此外，协议还包括了二滩资助的 “雅砻江水电开发奖学金”，双方共建 “研究生就业实践基地”，联合招收博士后等多项合作。
在采访中，陈云华表示：“作为大型国有企业，二滩公司要体现其社会责任，支持国家基础科学研究义不容辞。”
目前二滩公司还没有自己独立的研发机构，正在筹建的企业虚拟研究中心，希望通过互联网络等手段，组织起松散和动态调整但相对固定的研究团队，始终关注雅砻江水电开发的科研需求，并通过组织学术论坛、技术咨询、专题研讨、科研专项等虚拟研发活动，服务于雅砻江流域开发的科技研发工作。
在采访中，我们深切体会到，二滩公司视科技为第一生产力，视创新为生命，在科技创新的路上不断上下求索，为保护生态环境、提供清洁绿色能源、促进社会经济和谐发展贡献着自己的力量。有了二滩人热爱和追求科技创新的精神，中国的水电建设科技将会朝着世界前列的方向不断前进。
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