勇者为山 智者为峰(下)

作者:刘军 秦建彬 文章来源:长江水利网 发布时间:2020年07月16日

地下迷宫的设计者

那边,长江院机电院陈冬波及同事们正在开展包括百万机组在内的各种单机容量方案的研究;这边,电站建筑物设计室杜申伟带领他的同事们开始为百万机组建房的设计工作。

水电工程设计者就是跟山与水打交道的,但长江设计院杜申伟他们进了乌东德才发现,眼前的对手实在不简单。

乌东德水电站水库

长江设计院的水电工程师们设计过位于高山峡谷的隔河岩、水布垭、彭水、构皮滩等水电站,但在如此高耸狭窄的峡谷内布置超大规模的水利枢纽建筑物,设计者遇到了前所未有的挑战,更是对他们设计理念与方式的挑战。

勇者为山,智者为峰。他们是勇者,敢于迎接挑战;他们是智者,成功地赢得了挑战。

到乌东德的第一天,乌东德水电站设计总工程师翁永红就先让张熊、王豪两位年轻人带着笔者参观乌东德水电站。

乌东德水电站主体建筑物——世界第七的双曲拱坝居中,窄窄的峡谷也就约300米宽,基本上让它占了,它是乌东德水工建筑物中最醒目、最具有标志性的一个建筑,也最“出风头”的一个建筑,往往现在的影视作品中一出现乌东德水电站,人们首先看到的是它。大坝左右岸边,也就是山体上面能看到地下电站的“门脸”,无别致之处,显得那么的普通。张熊在介绍时说:

“那两个分别是左、右岸地下电站的进水塔。”

第一次听说。过去看别的水工建筑物,听技术人员介绍都是进水闸,怎么成为“塔”了呢?由于已蓄水了,看不到塔的底部了,但高绝对是它的一个特点,张熊说道:“左岸的进水塔高76.5米,右岸的高80米”。有28层楼那么高!

待笔者走进地下电站厂房,看到的是另一个别有洞天的世界。尤其听了电站设计组的“领头羊”杜申伟的介绍,完全改变了最初的看法。乌东德最风光的建筑物属于大坝,但最默默无闻却最复杂的建筑物应属引水发电建筑物。在大坝两岸的山体中,藏着一个巨大的地下迷宫!当笔者将此作为标题征求杜申伟意见时,他毫不犹豫地说:

的确像个地下迷宫,年轻人到了乌东德地下电站,要好好多天才能转清楚。

由于乌东德水电站地处高山峡谷,从左岸到右岸仅有330米的位置供水工建筑物使用。挡水泄洪建筑物往中间一搁,电站厂房只能往两边山体里布置。要放进山体里面的电站是一座安装12台85万千瓦的水轮发电机组, 总装机一千零二十万千瓦,单机容量目前世界上最大,总装机世界第七的巨型水电站!组成电站的建筑物包括进水塔、引水洞、调压室、尾水洞、尾水塔、主厂房、主变洞、母线洞、出线洞、排水洞、通风洞、排烟洞、交通洞等多达60余个,而百分九十的建筑物需要布置在山体内,要布置在山体的是一个庞大的洞室群!乌东德的山体形成于10亿年前,历经多次地壳构造运动,地质条件极其复杂,适合布置洞室的岩层范围狭小,设计者只有在两岸各布置一个地下电站,每个电站安装6台水轮发电机。加上为建造地下电站所需的勘探洞、施工通道等洞室,乌东德两岸山体中布置了多达550余条大大小小的洞室,洞室层层叠叠十余层,纵横交错,上下连通。洞室长度加起来有一百多公里,比武汉到咸宁还要远,相当于30条武汉长江隧道。开挖出来的岩石多达1200万方,若将这些石块砌一个高一米宽一米的墙,将长达12000公里,差不多和地球直径一样长!

多还不算什么,洞室大才是亮点,有全世界已建地下电站中最高的主厂房洞室,高达89.8米,可以放下一栋32层高楼。直径53米调压室,也是已建水电站中直径最大的。

电站设计组负责人杜申伟曾参加过三峡等多个电站的设计,但参加乌东德水电站设计工作,他并没有因为设计过三峡电站而感到此次设计轻松,在接受采访时说了一句十分形象的话:

“我们是螺丝壳里摆道场!为了将几十个引水发电建筑物布置到山体中,又要将大跨度的主厂房、主变洞、调压室布置在范围狭小的坚硬完整岩层中,确保这些洞室的稳定安全,逼着我们去精细化设计,在满足所需功能和安全下,尽量减小各洞室的尺寸,压缩洞室间的距离;去创新,我们首创了半圆筒型调压室,集其他传统型式调压室的优点于一身,以适应乌东德特殊的地质条件。在乌东德这么复杂的地质条件下,布置这么大规模的地下电站,而且布置得这么紧凑合理、安全经济,我可以自豪地说,我们做得很好。”

王豪继续带着笔者参观已安装好的位于右岸电站的七号水轮发电机组。

乌东德右岸7号(85万千瓦)机组安装

通过长长的进厂交通洞,到达地下电站主厂房,一个巨大的洞室呈现在眼前,有半个足球场宽、三个足球场大,十几层楼高!洞内灯火通明,一片繁忙,正在进行水轮发电机组安装和各种调试工作。

“这个就是世界最高的地下电站主厂房。”王豪说,“但是现在您只能看到它的三分之一高度,因为安装水轮发电机组需要,下部三分之二已经用钢筋混凝土填筑起来了!但是钢筋混凝土结构有多层,我们还可以通过楼梯走到各层参观。”

七号机组处挂着一个指示牌,上面标着每一层的海拔高度与该层的功能。每层重要房间的门口都坐着一个人,让往里进的人登记,防范得够严的。王豪登记后,就带着笔者走进了世界最大的水轮发电机车间。

笔者跟着王豪由上往下一层层参观,每一层都是为这一台机组服务而设计的。由于他按照翁永红设总的要求介绍时尽量做到通俗易懂,使笔者将深奥的机电原理变为下面的文字,当然只能浅尝辄止:

发电机层高程823.20米,放发电机风罩;出线层高程816.40米,放发电机的封闭母线;水轮机层高程811.35米,放水力机械技术供水辅助设备;蜗壳层高程803.00米,是蜗壳的入口,里面让水流形成环流推动转轮;操作廊道层高程792.75米,便于人进去维修管理。经王豪介绍,还在高程807米到811.35米之间,还有一层是水车室,里面装着接力器和控制环、以及水导轴承,是为了改变机组的过流流量和防止水轮机的摆动。

这样算下来,已经有6层了,但高差才30米,底部还有约30米,可见厂房结构多么复杂,这可都是在山里面挖的呀!

作为机电专家的陈冬波,已吃透了机电设备对引水建筑物的需求,知晓在山体里面建引水发电建筑物的益处与难处,他曾经这样向笔者介绍:

“如果机组台数太多,厂房长度会过长,部分洞室会进入不良地质岩层区,如果机组台数太少,厂房跨度会过大,对洞室围岩稳定带来难度。所以机电设计和土建设计必须相互配合,寻找最合理的装机台数方案和土建布置设计方案。”

杜申伟他们设计的引水发电建筑物就是为陈冬波他们的机电设备服务,他们只有强强联合,才能将最佳的电站奉献给社会。

“我们设计出的建筑物就是为水轮发电机等设备服务的,乌东德引水发电建筑物多达七、八十个,而且这些建筑物结构复杂,涉及专业多。我们在设计过程中,要与水轮机、发电机、电气一次、电气二次、通风采暖、消防、安全监测、金属结构、坝工、地质等多个专业打交道。这是一个结构非常复杂的建筑物,而且创造了几个世界第一。”

杜申伟这样说绝对不是妄议。世界上水电资源开发最好的是欧美,在上个世纪就基本上开发完了。但在已建的水电站中,没有一个电站单机容量达85万千瓦的。由于机电设备没有那么大的刚需,他们在山体里已建的地下厂房,没有一座像乌东德电站地下主厂房这么高的,像乌东德尾水调压室这么大直径的。到了2020年6月29日,乌东德水电站第一批水轮机发电之时,这个电站完全地可以骄傲地说:

“我是世界第一高的地下电站。”

可杜申伟直呼当时压力大,尤其是他与别人还不一样。作为电站设计组负责人,要对引水发电建筑物总体成果负责。说得再形象点,设计组的同事们分部位设计出相关建筑物,最后都一一拿到他的桌上,两岸几十个建筑物的整体拼盘由他完成。到了这个时候,一个人宏观思维及综合业务水平起着很大的作用,“地下迷宫”的最后分布图由他拿出。

一个棋盘上的几十粒棋子,摆来摆去尚且可以出现变幻无穷棋局,何况这么丰富的世界事物。杜申伟深悟此理。这位上个世纪九十年代初武汉水电学院毕业的高才生一毕业就到了隔河岩,最后从三峡走来,经过历练,不负众望,终于率众在乌东德赢得水工建筑设计关键的一局,自己的设计理念与方法也有一个前所未有的超越。

“一个好汉三个帮”。杜申伟由衷地夸奖他的团队:

“我们专业的每个人都发挥了各自的特长和能力,加班加点是常态。施工所需要的图纸70%是提前完成,30%是按计划完成。地下电站施工期,每年所提供的图纸都有300多张,最高峰时达到500多张,这还不包括一些专题研究报告和现场处理文件。尤其感到欣慰的是,我们没有滞后一张图纸、一份文件,更没有发生一次成果质量问题。”

迷宫设计得再好,不付诸实施,只能是纸上谈兵。由于乌东德地质条件的复杂性和地下工程的特殊性,电站设计组的每一个设计者更看重设计的成果在乌东德山体里的实施过程。

“地下洞室在开挖施工中会遇到很多地质缺陷,会出现预想不到的问题,我们的设计需要结合现场情况,不断动态地调整。我们要下工地,紧密跟踪施工,熟悉现场情况,根据所发生的问题,快速地作出反应,及时提出处理措施。在开挖高峰期,左、右岸地下电站工作面近百个,我们设计组有四、五个人常驻现场,一天要跑十几个工作面,第一时间掌握现场情况,高效率地解决各种问题,只有这样才能对工程负责到底。”

在地下电站施工期间,电站设计组很多人一年在工地时间达300余天,最多的达到350余天。

乌东德大坝

2019年6月,左、右岸地下电站主厂房混凝土浇筑完成,进入水轮发电机安装阶段。笔者到乌东德工地时,工程技术人员都在为发电忙碌着,电站设计组的人员也一样守在工地,还在为最后的冲刺忙碌着。快走到彼岸了,杜申伟回过头来欣慰地发现:

在这么复杂的地质条件下,这么超大规模的洞室群一次开挖完成,一天也没有耽误,长江院的设计人功不可没,他们为工程的顺利进行提供了强有力的技术支撑,无愧于“设计是工程的灵魂”这一称誉。

“我为我们设计组感到很自豪!”他情不自禁地对笔者说到。

设计靠的是想法,但针对对象敢于调整思路比什么都重要。“欲穷千里目,更上一层楼。”只有一次次突破思维的定势,才能实现设计理念与方法的超越,将不可能化为可能。

乌东德地下电站厂房设计,是乌东德水电工程中被“倒逼创新”一个的成功范例,电站设计组用行动诠释了“勇者为山,智者为峰”的深刻含义。

责任编辑:蔡倩
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