创新造就世界级精品“地下城”——白鹤滩水电站地下厂房建设科技创新之路
随着白鹤滩水电站坝体日益“长高”，高峡平湖指日可期。就在大坝两侧的地下深处，洞室纵横交错，宛若一个巨大的地下迷宫。这里是16台百万千瓦机组的“栖息之地”——白鹤滩水电站地下厂房，其洞室群规模、厂房跨度、调压室直径和数量均居世界水电工程之首。
与“世界之首”的美誉相伴而来的，是技术、管理方方面面难题和一个个待攻破的“无人区”。白鹤滩水电站地下厂房的设计、施工与管理，某种程度超越了现有规范和已有工程经验。面对挑战，白鹤滩工程建设者勇攀科技高峰，勇闯“无人区”，通过不断创新，攻克一个个难关，打造出一座恢弘精细的“地下城”。
视频制作：卢忠灿
以创新解决世界性难题
白鹤滩水电站处于深V型峡谷，两岸空间有限，因此需要开挖地下洞室，布置引水发电系统设备。而白鹤滩水电站地下洞室群规模与面临的复杂岩石力学问题都刷新了我国水电工程建设历史记录。
白鹤滩水电站地下厂房洞室群规模世界第一，结构布置复杂，埋深大，地下洞室开挖量2500万方，开挖总里程约230千米。极其复杂的地质条件更增加了地下厂房的建设难度——厂区地应力高，硬脆玄武岩变形大、易松弛破裂。
如何有效控制高边墙围岩变形与稳定，一直是大型地下洞室开挖的世界性难题。在巨大规模和复杂地质条件的双重影响下，白鹤滩地下厂房开挖的稳定控制问题显得尤为严峻。
针对地质条件与开挖特征，三峡集团白鹤滩工程建设部从洞室群设计理念和设计方案着手创新，牵头制定了合理的立体分层和平面分区方案，优化洞室群间距、结构形式布置，提出了巨型地下洞室群开挖时空次序优化方法。
好的施工方案和方法需要依靠好的技术、设备与管理来实现。白鹤滩工程建设部一手抓技术创新，组织对地下厂房机窝爆破开挖进行一系列研究，形成并运用了巨型地下洞室精细化爆破技术。针对不同部位、不同围岩采取个性化的开挖方案和爆破设计，最大限度降低爆破对围岩损伤和洞群稳定影响，洞室成型质量良好。同时，他们还研发包括预应力锚索快速施工在内的多项创新支护技术，为地下厂房高边墙围岩安全稳定提供保障。
白鹤滩水电站地下洞室群众多，空间交叉，平面相邻，最多时100多个工作面同时作业，一旦支护不及时跟进，就会发生塌方，甚至造成重大安全事故。为避免洞室开挖过程中出现意外贯穿，白鹤滩工程建设部从管理上创新，充分利用信息化技术，研发并应用“地下洞室支护预警系统”。通过互联网及时查询各作业面支护进展情况，实时监控、自动预警，及时准确提示跟进支护，避免了安全管控漏洞，整个洞室群施工过程中没有发生大型塌方。
为确保围岩稳定，白鹤滩工程建设部还构建了地下洞室群全过程反馈分析与技术体系。依托行业专家和专业权威机构技术咨询，针对复杂地质条件和特大洞室开挖特点，按照“开挖一层、分析一层、预测一层、验收一层”的工作程序，动态优化设计和施工方案，实现洞室群整体稳定。
以创新实现高质高效建设
由于规模庞大、地质条件复杂，白鹤滩水电站地下厂房支护开挖阶段的工期远远长于同类工程，导致混凝土施工和金结埋件的施工工期被压缩。为确保实现按期发电，白鹤滩工程建设部通过施工方案、工艺和设备材料创新来提高工作效率，节约工期。
白鹤滩水电站进水塔塔体高100多米，结构复杂，为保证混凝土浇筑的安全和进度，白鹤滩工程建设部和生产厂家联合研发自爬升模板，引进液压自爬升模板施工技术，通过技术改造研制出适用于水工大体积混凝土施工的单侧式液压自爬升模板，应用于白鹤滩进水塔混凝土施工，解决了白鹤滩坝址区常年大风天气条件下塔体和设备资源问题，有效提升了混凝土外观质量和施工效率。
进水塔液压自爬升模块 摄影：黄春江
为提高混凝土施工效率，白鹤滩工程建设部在施工设备创新上也下足了功夫。为减少钢模台车的拆装次数，加快施工进度，规避人工拆装台车的安全风险等问题，研发出一种可横向移动的伸缩式钢模台车，能够平移至相邻隧洞，大大节约台车安拆工期。不仅提高了进度，还极大地节约了成本，保证了安全质量。
在金结安装阶段，更是勇于打破常规，用创新换时间。“肘管、锥管这些大型埋件常规情况下都是在基坑内组装，座环以前也是一瓣一瓣在基坑里焊接。我们调整了施工方案，提前组装，采取肘锥管预摞节、座环整体吊装的方式。通过将基坑内的作业平行到基坑外，大大节约了工期。”白鹤滩工程建设部地下厂房项目部副主任段兴平说。
作为从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的管道，压力钢管的重要程度不亚于人体内连接心脏的主动脉，安装质量直接决定着机组能否正常运行。由于百万千瓦机组水头高，白鹤滩引水压力钢管大量应用国产800兆帕级高强钢，在国内水电站建设尚属首次。
超大型压力钢管群安装工程量大、施工工期紧、技术质量要求高、安全风险大。怎样才能既焊得好又焊得快？
在相应焊接技术空白的情况下，白鹤滩工程建设部和参建各方针对线能量控制、温度控制、焊接材料、焊接及返修方法等方面进行了反复研究和比选试验，制定了“800兆帕高强钢压力钢管焊接工艺”，并在焊接过程不断改进完善，既保证了焊缝质量全面优良，又实现了高效焊接，为后续施工争取到宝贵时间。
以创新打造绿色安全施工环境
为了打造精品工程，也为了数万名建设者的安全与健康，三峡集团秉持以人为本、本质安全的理念，在常规安全管理之外，加大创新投入，为打造绿色安全的施工环境不懈努力。
白鹤滩水电站竖井群规模庞大，地下厂房布置有各类竖井80余条，最大深度达575米。而竖井施工安全事故是工程建设中多发频发的事故类型之一。
能否打破这一安全魔咒，确保竖井施工安全？白鹤滩工程建设部在施工伊始，就针对常规竖井施工中存在的安全隐患开始优化创新。
“我们用的是有多重安全保护装置的门式提升系统。”段兴平介绍，白鹤滩工程将矿山系统常用的门式提升系统创新运用到深大竖井施工中，并根据实际情况进行优化设计，实现多重安全保障，能有效确保竖井施工期人员及设备安全。
溜渣井施工是深大竖井施工中另一个高风险环节。传统溜渣井施工依靠人工开挖，工人进入狭窄幽深的竖井中作业，一旦井壁发生塌方、掉块，生命安全将受到威胁。白鹤滩工程引进大口径反井钻机实现深大竖井溜渣井一次成井工艺，用机械化作业代替人工作业，减少传统竖井开挖需要进行的导井二次扩挖工序，规避施工过程中的安全问题，实现节约工期、保障安全等多重效益。
大型地下洞室群施工期间的通风散烟不仅是制约施工进度、关系施工质量和机械设备使用效率的主要因素，更会直接影响一线建设者的身体健康，一直是困扰国内外地下工程界的技术难题。白鹤滩水电站各洞室纵横交错，布置密集，自然通风通道少，空气置换通道长，施工期钻孔、爆破、焊接作业频繁，通风散烟矛盾非常突出。
为解决地下洞室群规模大和埋深大所导致的通风散烟难题，白鹤滩水电站制定地下洞室高标准通风控制指标，研究建造大型深埋复杂洞室群开挖高效通排风系统，引入变频风机及风带，提出通风排风三结合技术路线和综合治理技术——将已有洞井与新增专门洞井结合、自然通风与机械通风结合、临时通风与永久通风结合。
这一技术应用效果明显，实测爆破后30分钟，各工作面污染物浓度指标均低于国家规范要求，主要洞室符合或接近国际要求，实现了地下洞室群高标准通风控制要求，创建了绿色环保作业环境。
白鹤滩水电站在巨型地下洞室群规划、设计、施工、技术、管理方法等方面的重大创新，填补了高地应力等复杂地质条件下建造大尺寸地下洞室群的技术空白，有力推进我国基础设施地下工程建设的发展，对水电、能源、交通、矿山等行业地下工程建设具有深远意义，为白鹤滩水电站实现精品工程添上浓墨重彩的一笔。
往期 · 回顾
值总：王东红 责编：李雷 美编：涂磊
来源：中国三峡集团官网