邱 云， 龐 明 亮

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

2018年9月10日，由中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司完成全階段規(guī)劃論證和勘測設(shè)計(jì)的錦屏一級水電站，榮獲“菲迪克”2018年工程項(xiàng)目杰出成就獎，這是錦屏項(xiàng)目6月榮獲第十五屆中國土木工程“詹天佑獎”之后的又一重量級獎項(xiàng)，進(jìn)一步提升了成都院水電建設(shè)水平的知名度。

水電界一直有“三峽最大、錦屏最難”的說法，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為錦屏一級水電站是當(dāng)今“技術(shù)難度最大、施工布置難度最大、建設(shè)管理難度最大”的世界級工程，尤以技術(shù)難度大最為突出。也就是這座世界最高的大壩，將我國300米級高拱壩設(shè)計(jì)與建設(shè)水平推上了國際領(lǐng)先的地位。贊譽(yù)和榮譽(yù)的背后，承載了幾代成都院人前赴后繼、為之奮斗半個多世紀(jì)的夢想和追求。

大河灣筑壩發(fā)電之夢

雅礱江，從青藏高原雪山蹦出，聚納眾川，切入橫斷山脈褶皺帶的深谷巨壑，以磅礡浩蕩之勢奔騰而下。錦屏山，猶如一道摩天綠色畫屏橫亙在攀西大地上。桀驁的雅礱江在錦屏山下止住腳步，掉頭向北，又向東向南流去，形成了約150 公里的大河灣，也形成了300多米的河流落差，蘊(yùn)藏了豐富的水能資源。

開發(fā)雅礱江錦屏大河灣蘊(yùn)藏的水能是中國幾代水電人的夢。從資源普查、規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)，直到最后研究、論證，走過了半個世紀(jì)的風(fēng)雨歷程。

這里曾經(jīng)難以尋覓人類的蹤跡，在億萬年的時間里，只有這座山，伴著這條江，靜默守候。

1955年，成都院承擔(dān)了包括雅礱江在內(nèi)的水力資源普查的任務(wù)，將水電建設(shè)者的足跡第一次留在了這方熱土。十載辛勤勞動，付出了智慧和汗水，甚至生命，于1965年完成了《雅礱江流域水力資源及其利用報(bào)告》。有了翔實(shí)的第一手資料，到1979年，錦屏水電工程建設(shè)終于被提上議事日程。成都院對錦屏開發(fā)方案進(jìn)行了調(diào)整研究，《雅礱江錦屏水電站開發(fā)方案研究報(bào)告》出臺，提出了錦屏一級高壩水庫和錦屏二級引水兩級開發(fā)方案，這是一個大膽而令人鼓舞的方案，充分利用大河灣天然落差，再加一座高壩，形成600 m的落差而投資卻不大，也就是今天已經(jīng)輝煌呈現(xiàn)在雅礱江下游的錦屏一級、二級“雙子星”方案。

大壩壩型選擇之爭

根據(jù)河段規(guī)劃，錦屏一級水電站的擋水建筑物為一座300 m級的高壩。放眼世界，在當(dāng)時無論是當(dāng)?shù)夭牧蠅芜€是混凝土壩，都沒有超過300 m的先例，已經(jīng)建成的頂級高壩基本都在200 m左右，一下子將壩高提高近百米，難度可想而知。

隨著研究工作的深入，一個艱難的抉擇擺著成都院人的面前：究竟是選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅芜€是選擇混凝土拱壩？

中國水電泰斗、兩院院士潘家錚曾經(jīng)這樣形容錦屏的地理地質(zhì)環(huán)境：“峰如斧劈江邊立，路似繩盤洞里行?！睉?yīng)該說，錦屏壩址區(qū)兩岸河谷陡峻，非常適合修建拱壩，但錦屏復(fù)雜且局部較差的地質(zhì)條件，卻是擺在拱壩方案面前的攔路虎。

不論哪種壩型，都將毫無懸念地成為世界第一高壩，究竟選擇哪個壩型更合適？兩者各有弊端，也各有千秋，當(dāng)?shù)夭牧蠅渭夹g(shù)難度及制約因素相對較少、但投資大，而拱壩雖然經(jīng)濟(jì)，但技術(shù)難度大、制約因素多。

面對難題唯有“攻克”一條路可走。成都院人選擇迎難而上，深入開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)及專題研究，并聯(lián)合國內(nèi)最有實(shí)力的科研單位開展有針對性的科技攻關(guān)。從1999年底開始，成都院廣大工程技術(shù)人員克服重重困難，攻克一個又一個技術(shù)難關(guān)，夜以繼日地工作，不到三年的時間，完成科研試驗(yàn)報(bào)告60多份，專題研究報(bào)告35份，取得了豐碩的壩址及壩型選擇研究成果。在大量的研究成果的支撐下，成都院最終大膽拍板，認(rèn)為在普斯羅溝壩址設(shè)計(jì)與建設(shè)一座305 m的混凝土雙曲拱壩是完全可行的。

當(dāng)?shù)夭牧蠅纬晒?jīng)驗(yàn)比較多，成都院對此也頗有研究，論證的深厚覆蓋層上世界級大型堆石壩瀑布溝，在當(dāng)時就已經(jīng)取得許多關(guān)鍵性成果。而拱壩被認(rèn)為是水電界最復(fù)雜的建筑物，成都院選擇最有挑戰(zhàn)的壩型自有其底氣。上世紀(jì)60到80年代，成都院在雅礱江上就設(shè)計(jì)論證了二灘拱壩，盡管壩高和裝機(jī)均不及錦屏一級，但也是中國第一座超過200 m的高壩，達(dá)到240 m，開工建設(shè)后一直進(jìn)展順利，為錦屏修建300 m級拱壩提供了重要參考和借鑒。另外，世界第三大水電站也是300 m級拱壩的金沙江溪洛渡，基本和錦屏同步開展相關(guān)研究論證，兩者可以相互印證和提升。

世界拱壩設(shè)計(jì)之難

壩址與壩型已定，拱壩設(shè)計(jì)與建設(shè)中遇到的難題接踵而來。

錦屏一級拱壩在世界拱壩史上的高度，絕非一個簡單的吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證可以體現(xiàn)。工程位于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的深山峽谷，地質(zhì)條件復(fù)雜，工程規(guī)模巨大，技術(shù)難度高，具有“三不對稱”特點(diǎn)：壩址地形不對稱、壩址兩岸地質(zhì)條件不對稱、拱壩體型及應(yīng)力不對稱。在拱壩建設(shè)中，有一個“不對稱”存在，難度就增加許多。而如此多的不對稱，給設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)不可想象。

對于壩址地形條件不對稱的問題，成都院創(chuàng)新性地提出了大墊座的設(shè)想。據(jù)成都院副總經(jīng)理、總工程師、全國勘察設(shè)計(jì)大師王仁坤介紹，為確保大壩基礎(chǔ)固若金湯，方案設(shè)計(jì)時在左岸增設(shè)了一個高度在155 m、混凝土方量達(dá)到55萬m3的大墊座，這就好比給大壩穿了一雙靴子，來均勻分散拱壩壩基的應(yīng)力。而針對拱壩體型及應(yīng)力不對稱的問題，提出了“通過結(jié)構(gòu)剛度的不對稱分布，適應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸的不對稱分布，從而使結(jié)構(gòu)獲得較對稱的應(yīng)力分布”的拱壩體型設(shè)計(jì)思路。

努力自有收獲，心血沒有白費(fèi)?！板\屏一級大壩的技術(shù)在國際上來說都是最先進(jìn)的?！眹H知名水電咨詢公司美國美華哈扎公司專家邁克贊嘆，“作為突破300 m的高拱壩，錦屏一級大壩將和胡佛水壩一樣成為世界水電的里程碑?！辈粌H如此，依托錦屏一級為代表的數(shù)座特高拱壩的科研攻關(guān)與實(shí)踐，成都院“300米級高混凝土拱壩設(shè)計(jì)與建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)”已經(jīng)位列國際領(lǐng)先水平。

巨型工程創(chuàng)新之魂

錦屏一級水電站遇到的棘手難題，絕不僅僅來自拱壩本身。高水頭大泄量窄河谷的泄洪消能設(shè)計(jì)、高地應(yīng)力環(huán)境超大規(guī)模地下廠房洞室群設(shè)計(jì)等，任何一個都稱得上世界級技術(shù)難題，沒有成功的工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只有靠自主科技攻關(guān)找到解決問題的答案。

通過大量的試驗(yàn)研究，針對錦屏一級拱壩壩址區(qū)河谷狹窄、邊坡穩(wěn)定性差、壩下水墊塘水墊較深的特點(diǎn)，首次創(chuàng)造性地提出了壩身表、深孔水舌空中無碰撞的泄洪消能方式，首次在拱壩表孔上成功使用窄縫消能工進(jìn)行消能，減小壩身泄洪霧化程度，從而降低對邊坡穩(wěn)定的影響。當(dāng)開啟壩身孔口泄洪時，站在305 m的世界第一高壩前，可見兩岸青山間鑲嵌的一座灰白色混凝土大壩，噴出的水流如銀河瀉九天，江中浪花翻滾，卷起千堆雪，水聲震天，勢奔雷電，場面十分壯觀。依托本工程消能成套技術(shù)的突破，成都院獲得多項(xiàng)國家級、省部級科技進(jìn)步獎，并獲得發(fā)明專利30余項(xiàng)。

與一般地面廠房不同，錦屏地下廠房的施工復(fù)雜而危險(xiǎn)。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，洞室圍巖強(qiáng)度較低，地應(yīng)力高，施工期洞室群圍巖的變形破裂，大大超出已有工程的經(jīng)驗(yàn)判斷，是行業(yè)公認(rèn)的圍巖穩(wěn)定控制難度最大的大型地下廠房洞室群工程。如何確保施工期及運(yùn)行期地下廠房圍巖的穩(wěn)定，為發(fā)電機(jī)組修建一個安全的房子，是擺在設(shè)計(jì)者面前的一大難題。

廠房開挖伊始，就給建設(shè)者一個下馬威——開挖時噴混凝土剝落、巖體劈裂彎折，影響到安全與進(jìn)度，成都院針對此情況適時開展專題研究，解決了高地應(yīng)力地區(qū)大型地下廠房洞室群布置、洞室變形控制技術(shù)、圍巖穩(wěn)定分析和安全評判等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，并提出了綜合控制技術(shù)體系，確保了廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定。

水電設(shè)計(jì)匠心之光

哪里有難題，哪里就有成都院人的攻堅(jiān)創(chuàng)新。凝聚成都院及國內(nèi)科研高校群體智慧的錦屏水電站，實(shí)現(xiàn)了眾多“世界第一”、 “中國第一”、 “水電行業(yè)首創(chuàng)”的輝煌夢想和匠心之光——世界第一高壩是錦屏最耀眼的標(biāo)簽。此外，它擁有世界規(guī)模最大也最復(fù)雜的壩基抗力體處理工程、世界最復(fù)雜高邊坡治理工程、世界最高的具有生態(tài)環(huán)保分層取水功能的獨(dú)立岸塔式電站進(jìn)水口，也是世界第一個采用壩身多層泄洪孔口無碰撞消能方式的特高拱壩，還擁有國內(nèi)直徑最大的調(diào)壓井、國內(nèi)最深消力池、國內(nèi)第一個成功在高地應(yīng)力低巖石強(qiáng)度條件下建設(shè)完成的地下廠房洞室群……據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電站設(shè)計(jì)已獲省部級及以上科技進(jìn)步獎等各類獎項(xiàng)34項(xiàng)，其中國家技術(shù)發(fā)明獎1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步獎2項(xiàng)、省部級科技進(jìn)步獎17項(xiàng)、省部級四優(yōu)獎14項(xiàng)。

錦屏一級水電站，無疑是中國水電工程的標(biāo)桿型工程，是世界大壩建設(shè)的里程碑，它推動了高山峽谷復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巨型水電工程設(shè)計(jì)、施工與建設(shè)管理的長足進(jìn)步，引領(lǐng)中國水電建設(shè)技術(shù)由世界先進(jìn)邁向世界領(lǐng)先水平。

新的高度，意味著新的開始；更大的榮譽(yù)，意味著更大的責(zé)任。60多年過去了，成都院在鑄就榮光的時光中，留下了諸多傳奇，也在一個接一個的水電榮光里，不斷實(shí)現(xiàn)著自身的價值，將座座巨型高壩矗立在大江之中，擦亮中國水電名片閃耀于世界，在壯闊的水電發(fā)展中注入了強(qiáng)勁的成都院基因。成都院設(shè)計(jì)的錦屏一級水電站榮獲“菲迪克”工程項(xiàng)目杰出成就獎，名副其實(shí)。