呂騰波

褚衛(wèi)江在白鶴灘水電站

2022年12月20日，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)印發(fā)了《關(guān)于第四屆水電英才獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)的決定》，表彰和獎(jiǎng)勵(lì)在水力發(fā)電各專業(yè)領(lǐng)域做出突出成績(jī)、為我國(guó)水力發(fā)電科技進(jìn)步作出積極貢獻(xiàn)的10位青年科技工作者。中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱“華東院”）水電水利工程院副院長(zhǎng)、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(jiǎng)?wù)咧械囊粏T。這一獎(jiǎng)項(xiàng)，是對(duì)他多年來(lái)持續(xù)深耕水電復(fù)雜巖土工程科研與設(shè)計(jì)工作的充分肯定與褒獎(jiǎng)，背后折射出的是他用歡笑、汗水和淚水繪就的逐夢(mèng)畫卷。

在實(shí)踐中發(fā)掘科研之樂(lè)

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(duì)自己的專業(yè)仍談不上熱愛(ài)。影響他留在這一領(lǐng)域的各類因素，無(wú)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。“質(zhì)變”是從他參與雅礱江錦屏二級(jí)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(jí)水電站正式開工建設(shè)，他便隨同團(tuán)隊(duì)來(lái)到了四川省涼山彝族自治州大山深處，負(fù)責(zé)深埋地下工程圍巖穩(wěn)定問(wèn)題的研究。錦屏二級(jí)水電站的工程樞紐主要由首部低閘、“四洞八機(jī)”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(jì)的4條引水隧洞單洞長(zhǎng)16.7千米，洞徑12.4～14.6米，73.1%洞段埋深超過(guò)1500米，最大埋深2525米，實(shí)測(cè)地應(yīng)力超過(guò)了100兆帕（M P a），是當(dāng)時(shí)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(shí)候，關(guān)于“這項(xiàng)工程是否能夠成立”的問(wèn)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(dāng)巖石掘進(jìn)機(jī)工作至1600～1700米深時(shí)，強(qiáng)巖爆造成的阻礙已經(jīng)使掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮?！叭绾问咕蜻M(jìn)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)”“要不要繼續(xù)使用掘進(jìn)機(jī)”成為當(dāng)時(shí)討論的熱點(diǎn)。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(lái)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(shí)不時(shí)地“下起小雨”，唯有隨身攜帶的礦燈能夠帶來(lái)方寸光明。他們穿著雨衣，乘著運(yùn)輸?shù)V渣的小火車默默深入，仿佛奔赴一條沒(méi)有盡頭的旅途，只有行至巖爆發(fā)生過(guò)的路段，才會(huì)短暫地停下收集資料。絕大多數(shù)時(shí)候，他們一定會(huì)錯(cuò)過(guò)午飯，餓著肚子忙前忙后。不進(jìn)隧洞時(shí)，褚衛(wèi)江幾乎會(huì)把所有的時(shí)間都用在設(shè)計(jì)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(xiǎn)和忙碌的點(diǎn)滴日常中，褚衛(wèi)江漸漸愛(ài)上了自己正在做的這份工作。“一路走來(lái)，我從中感受到了很多樂(lè)趣，工作期間一直很愉快，所以就順理成章地留了下來(lái)?！闭f(shuō)起那時(shí)的決定，他的語(yǔ)氣難掩笑意。

享受科研之樂(lè)的同時(shí)，褚衛(wèi)江也基于深入一線取得的深刻認(rèn)識(shí)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(shí)效特征；從巖爆機(jī)理角度提出了3種分類方法和針對(duì)不同巖爆等級(jí)的控制措施，為解決錦屏二級(jí)強(qiáng)—極強(qiáng)巖爆問(wèn)題提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。針對(duì)深埋隧洞高應(yīng)力破壞不斷擴(kuò)展，并持續(xù)超過(guò)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(shí)間效應(yīng)模型，幫助論證了1800～2500米埋深條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全。這一系列成果，在我國(guó)后來(lái)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(hào)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(wèn)題的處理中也發(fā)揮了指導(dǎo)設(shè)計(jì)作用。

由于此項(xiàng)工程在掘進(jìn)過(guò)程中遇到的高地應(yīng)力破壞、強(qiáng)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(wèn)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(guó)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(duì)象，緊密圍繞深埋水工隧洞中的巖石力學(xué)問(wèn)題，對(duì)近幾十年來(lái)深埋地下工程的研究思路和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了全面的探索和總結(jié)，匯集成《深埋隧洞巖石力學(xué)問(wèn)題與實(shí)踐》一書，作為今后深埋地下工程研究工作和設(shè)計(jì)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(xiàng)目經(jīng)理，為白鶴灘地下洞室群和高邊坡的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和穩(wěn)定評(píng)價(jià)等工作。在白鶴灘水電站16臺(tái)百萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，我國(guó)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(shí)，語(yǔ)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(shuō)，如果將水電工程建設(shè)比作一門考試，那么錦屏二級(jí)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(wèn)題主要有三大類問(wèn)題，分別是脆性玄武巖高應(yīng)力破壞問(wèn)題、柱狀節(jié)理玄武巖各向異性問(wèn)題、大尺寸錯(cuò)動(dòng)帶的穩(wěn)定性問(wèn)題?！敝鶢罟?jié)理玄武巖能否作為300米級(jí)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(cè)數(shù)據(jù)顯示持續(xù)變形，施工完全停滯。沒(méi)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(jì)方邀請(qǐng)了一批業(yè)內(nèi)知名專家共同商討。但由于這是中國(guó)水電工程史上一次新的嘗試，大家對(duì)此次變形數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)都很模糊，會(huì)上多方進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間激烈的討論仍然沒(méi)能得出確切的結(jié)論，因此也無(wú)人敢貿(mào)然推進(jìn)下一步的建設(shè)工作。

這時(shí)，憑著對(duì)錦屏項(xiàng)目的積累、多年對(duì)巖石特性的分析研究，褚衛(wèi)江大膽地在會(huì)上提出了自己的觀點(diǎn)。他認(rèn)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(shí)間效應(yīng)問(wèn)題，并預(yù)估變形時(shí)間將持續(xù)2年左右趨于穩(wěn)定——眾多專家沒(méi)有定義的事被一個(gè)年輕小伙子下了定義，并給出了準(zhǔn)確的預(yù)估時(shí)間，褚衛(wèi)江收獲的不是掌聲，更多的是爭(zhēng)議。與此同時(shí)，左岸1號(hào)尾水調(diào)壓室（以下簡(jiǎn)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(gè)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(xì)致的設(shè)計(jì)。褚衛(wèi)江將穹頂切分成48塊區(qū)域，并明確標(biāo)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(duì)穹頂?shù)挠绊憽?017年，白鶴灘水電站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明深度裂縫已趨于穩(wěn)定，證實(shí)了他的“猜想”，如潮水般遲來(lái)的認(rèn)可涌向褚衛(wèi)江。

而此時(shí)的褚衛(wèi)江已悄然脫離喧囂中心，奔赴下一個(gè)山水間的項(xiàng)目——智利、非洲、越南、以色列……一項(xiàng)項(xiàng)海外工程咨詢邀請(qǐng)紛至沓來(lái)。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(xiǎn)等問(wèn)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(ài)依斯電力公司（AES）向他發(fā)出咨詢的邀請(qǐng)。臨危受命的褚衛(wèi)江率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)這一項(xiàng)目進(jìn)行了系統(tǒng)診斷，提出了專業(yè)的咨詢意見(jiàn)。以色列哈亞鄧電站是中國(guó)首個(gè)在發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)自德國(guó)知名咨詢企業(yè)費(fèi)奇勒（Fichtner），且這一項(xiàng)目地質(zhì)條件差，地下工程圍巖問(wèn)題突出，業(yè)主針對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出了極高的要求。但由于業(yè)主不認(rèn)可中國(guó)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)審批難度巨大。得益于既往的研究與工作經(jīng)驗(yàn)，褚衛(wèi)江團(tuán)隊(duì)給這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)審批和施工提供了長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，以專業(yè)的計(jì)算分析報(bào)告贏得了業(yè)主和業(yè)主工程師的一致認(rèn)可，幫助順利推進(jìn)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(jìn)一步提升了其專業(yè)技能，另一方面也讓他深刻體會(huì)到國(guó)內(nèi)土木工程領(lǐng)域發(fā)展面臨的困境：“中國(guó)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化還處在起步的階段，很多時(shí)候我們不得不使用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)工程‘走出去’帶來(lái)了很大困難。改變這一困境應(yīng)當(dāng)是這一領(lǐng)域所有科技工作者的責(zé)任，未來(lái)我們?nèi)耘f任重道遠(yuǎn)。”