呂騰波

褚衛(wèi)江在白鶴灘水電站

2022年12月20日，中國水力發(fā)電工程學(xué)會印發(fā)了《關(guān)于第四屆水電英才獎獎勵的決定》，表彰和獎勵在水力發(fā)電各專業(yè)領(lǐng)域做出突出成績、為我國水力發(fā)電科技進步作出積極貢獻的10位青年科技工作者。中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院（以下簡稱“華東院”）水電水利工程院副院長、浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司總經(jīng)理褚衛(wèi)江是這10位獲獎?wù)咧械囊粏T。這一獎項，是對他多年來持續(xù)深耕水電復(fù)雜巖土工程科研與設(shè)計工作的充分肯定與褒獎，背后折射出的是他用歡笑、汗水和淚水繪就的逐夢畫卷。

在實踐中發(fā)掘科研之樂

雖然從一開始就選擇了土木工程，順其自然地踏入水電工程領(lǐng)域，但直到博士畢業(yè)，褚衛(wèi)江對自己的專業(yè)仍談不上熱愛。影響他留在這一領(lǐng)域的各類因素，無關(guān)乎理想，更多的還是基于生活和學(xué)習(xí)成本的理性權(quán)衡?！百|(zhì)變”是從他參與雅礱江錦屏二級水電站建設(shè)開始的。

2007年，褚衛(wèi)江博士畢業(yè)并入職華東院，恰逢雅礱江錦屏二級水電站正式開工建設(shè)，他便隨同團隊來到了四川省涼山彝族自治州大山深處，負責(zé)深埋地下工程圍巖穩(wěn)定問題的研究。錦屏二級水電站的工程樞紐主要由首部低閘、“四洞八機”的引水系統(tǒng)及尾部地下廠房三大部分組成。其中由華東院承擔(dān)設(shè)計的4條引水隧洞單洞長16.7千米，洞徑12.4～14.6米，73.1%洞段埋深超過1500米，最大埋深2525米，實測地應(yīng)力超過了100兆帕（M P a），是當時世界上埋深最大、規(guī)模最大的水工隧洞群。工程面臨巖爆、高應(yīng)力破壞、擠壓大變形、超高壓大流量突發(fā)涌水等工程難題，難度巨大。直到正式開工的時候，關(guān)于“這項工程是否能夠成立”的問題，業(yè)內(nèi)仍有許多質(zhì)疑的聲音。

隧洞建設(shè)正式開工后，當巖石掘進機工作至1600～1700米深時，強巖爆造成的阻礙已經(jīng)使掘進機的優(yōu)勢難以發(fā)揮?！叭绾问咕蜻M機繼續(xù)前進”“要不要繼續(xù)使用掘進機”成為當時討論的熱點。為探明深埋隧洞巖石應(yīng)力變化的科學(xué)規(guī)律，以支撐接下來的工程建設(shè)工作，褚衛(wèi)江與同伴每周至少要在隧洞內(nèi)往返3次。

17千米深的隧道，潮濕、陰暗，還時不時地“下起小雨”，唯有隨身攜帶的礦燈能夠帶來方寸光明。他們穿著雨衣，乘著運輸?shù)V渣的小火車默默深入，仿佛奔赴一條沒有盡頭的旅途，只有行至巖爆發(fā)生過的路段，才會短暫地停下收集資料。絕大多數(shù)時候，他們一定會錯過午飯，餓著肚子忙前忙后。不進隧洞時，褚衛(wèi)江幾乎會把所有的時間都用在設(shè)計和修改方案上，連坐在江邊欣賞風(fēng)景的閑暇也不舍得多留。但就是在這樣充斥著危險和忙碌的點滴日常中，褚衛(wèi)江漸漸愛上了自己正在做的這份工作?！耙宦纷邅恚覐闹懈惺艿搅撕芏鄻啡?，工作期間一直很愉快，所以就順理成章地留了下來?！闭f起那時的決定，他的語氣難掩笑意。

享受科研之樂的同時，褚衛(wèi)江也基于深入一線取得的深刻認識及大量的研究積累，首次全面揭示了深埋大理巖的脆-延-塑轉(zhuǎn)換特征和高應(yīng)力破裂的時效特征；從巖爆機理角度提出了3種分類方法和針對不同巖爆等級的控制措施，為解決錦屏二級強—極強巖爆問題提供了堅實的技術(shù)支撐。針對深埋隧洞高應(yīng)力破壞不斷擴展，并持續(xù)超過2年的技術(shù)難題，他提出了能夠描述這種現(xiàn)象的“應(yīng)力侵蝕”時間效應(yīng)模型，幫助論證了1800～2500米埋深條件下支護結(jié)構(gòu)的長期安全。這一系列成果，在我國后來開展的深埋隧洞相關(guān)研究中被普遍引用，其中的“應(yīng)力侵蝕”模型在白鶴灘右岸廠房小樁號部位圍巖持續(xù)變形、以色列哈亞鄧廠房北側(cè)端墻持續(xù)變形問題的處理中也發(fā)揮了指導(dǎo)設(shè)計作用。

由于此項工程在掘進過程中遇到的高地應(yīng)力破壞、強烈?guī)r爆、軟巖大變形等各種技術(shù)難題極具代表性，給深埋巖石力學(xué)問題的研究提供了豐富的素材。褚衛(wèi)江及其合作者還在之后的幾年中，陸續(xù)以之為主要依托工程，以我國水電行業(yè)現(xiàn)行技術(shù)工作方法與流程為基礎(chǔ)，以建設(shè)工程中面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題為對象，緊密圍繞深埋水工隧洞中的巖石力學(xué)問題，對近幾十年來深埋地下工程的研究思路和經(jīng)驗教訓(xùn)進行了全面的探索和總結(jié)，匯集成《深埋隧洞巖石力學(xué)問題與實踐》一書，作為今后深埋地下工程研究工作和設(shè)計工作的借鑒。

敢挑重任 寵辱不驚

2012年，褚衛(wèi)江任白鶴灘巖石力學(xué)咨詢服務(wù)項目經(jīng)理，為白鶴灘地下洞室群和高邊坡的設(shè)計與建設(shè)提供數(shù)值分析、現(xiàn)場跟蹤和穩(wěn)定評價等工作。在白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組全部投產(chǎn)發(fā)電，我國全面建成世界最大清潔能源走廊的今天，褚衛(wèi)江談及這段往事時，語氣中滿是自豪和懷念，仿佛又回到了那段激情奮戰(zhàn)的歲月。

褚衛(wèi)江說，如果將水電工程建設(shè)比作一門考試，那么錦屏二級水電站就是一張寫滿了經(jīng)典例題的試卷范本，白鶴灘水電站則更像是一張雜糅了各類難題的綜合試卷。“白鶴灘水電站的巖石力學(xué)問題主要有三大類問題，分別是脆性玄武巖高應(yīng)力破壞問題、柱狀節(jié)理玄武巖各向異性問題、大尺寸錯動帶的穩(wěn)定性問題?！敝鶢罟?jié)理玄武巖能否作為300米級特高拱壩的壩基？如何保證復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境世界最大規(guī)模地下廠房洞室群圍巖穩(wěn)定？如何保證復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境特大彎頂式圓筒調(diào)壓室群安全建設(shè)？一道道難題接踵而至，卻找不到相關(guān)的理論依據(jù)。

2015年8月，右岸廠房頂拱出現(xiàn)深度裂縫，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示持續(xù)變形，施工完全停滯。沒有人知道這種裂縫將變形到什么程度，頂拱是否有塌陷、掉落的可能。施工方、承建方、設(shè)計方邀請了一批業(yè)內(nèi)知名專家共同商討。但由于這是中國水電工程史上一次新的嘗試，大家對此次變形數(shù)據(jù)的認識都很模糊，會上多方進行了長時間激烈的討論仍然沒能得出確切的結(jié)論，因此也無人敢貿(mào)然推進下一步的建設(shè)工作。

這時，憑著對錦屏項目的積累、多年對巖石特性的分析研究，褚衛(wèi)江大膽地在會上提出了自己的觀點。他認為廠房周邊巖質(zhì)以隱晶質(zhì)玄武巖為主，微裂隙眾多，這是中高應(yīng)力情況下的硬巖破裂時間效應(yīng)問題，并預(yù)估變形時間將持續(xù)2年左右趨于穩(wěn)定——眾多專家沒有定義的事被一個年輕小伙子下了定義，并給出了準確的預(yù)估時間，褚衛(wèi)江收獲的不是掌聲，更多的是爭議。與此同時，左岸1號尾水調(diào)壓室（以下簡稱“尾調(diào)”）率先開展主洞開挖。白鶴灘水電站左、右岸各設(shè)4個圓筒形尾調(diào)，是世界上最大的尾水調(diào)壓室。尾調(diào)的頂拱前期優(yōu)化階段，方案改了30多版，從頂拱的形狀到開挖順序都做了細致的設(shè)計。褚衛(wèi)江將穹頂切分成48塊區(qū)域，并明確標明開挖順序，下置預(yù)錨，從戰(zhàn)略層面盡量減少應(yīng)力調(diào)整對穹頂?shù)挠绊憽?017年，白鶴灘水電站現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明深度裂縫已趨于穩(wěn)定，證實了他的“猜想”，如潮水般遲來的認可涌向褚衛(wèi)江。

而此時的褚衛(wèi)江已悄然脫離喧囂中心，奔赴下一個山水間的項目——智利、非洲、越南、以色列……一項項海外工程咨詢邀請紛至沓來。智利一家電站的深埋隧洞和埋深約1000米的地下廠房由于高應(yīng)力破壞、巖爆風(fēng)險等問題處于停工狀態(tài)。檢索到褚衛(wèi)江發(fā)表的深埋地下工程的學(xué)術(shù)論文，電站業(yè)主愛依斯電力公司（AES）向他發(fā)出咨詢的邀請。臨危受命的褚衛(wèi)江率領(lǐng)團隊對這一項目進行了系統(tǒng)診斷，提出了專業(yè)的咨詢意見。以色列哈亞鄧電站是中國首個在發(fā)達國家作為工程總承包（EPC）承接的抽蓄電站，業(yè)主工程師（O E）來自德國知名咨詢企業(yè)費奇勒（Fichtner），且這一項目地質(zhì)條件差，地下工程圍巖問題突出，業(yè)主針對設(shè)計和施工提出了極高的要求。但由于業(yè)主不認可中國規(guī)范標準和國內(nèi)的經(jīng)驗，項目設(shè)計審批難度巨大。得益于既往的研究與工作經(jīng)驗，褚衛(wèi)江團隊給這一項目的設(shè)計審批和施工提供了長期的現(xiàn)場服務(wù)，以專業(yè)的計算分析報告贏得了業(yè)主和業(yè)主工程師的一致認可，幫助順利推進工程建設(shè)……

褚衛(wèi)江（左二）在智利

這些海外經(jīng)歷一方面豐富了褚衛(wèi)江的閱歷，進一步提升了其專業(yè)技能，另一方面也讓他深刻體會到國內(nèi)土木工程領(lǐng)域發(fā)展面臨的困境：“中國工程技術(shù)標準國際化還處在起步的階段，很多時候我們不得不使用國外標準，為中國工程‘走出去’帶來了很大困難。改變這一困境應(yīng)當是這一領(lǐng)域所有科技工作者的責(zé)任，未來我們?nèi)耘f任重道遠。”