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锦屏梦圆——世界级水工隧洞群之谜
2013/1/9 8:46:59    新闻来源:中国能源报
       锦屏二级水电站建设纪实 

 



                                              锦屏二级地下厂房
 
  2013年新年第一天,在雅砻江工作了十个年头的陈云华站在新建的集团总部大楼里长长地舒了一口气。因为就在2012年12月30日,锦屏“双子星座”中个头相对矮小的“妹妹”——锦屏二级首台机组正式投产发电。

  陈云华是雅砻江流域水电开发有限公司(以下简称雅砻江公司)总经理。当天,锦屏二级地下厂房举行了投产仪式。这一天,陈云华和他的许多锦屏“战友”一样,想大醉一场。他想起上个世纪90年代初,他随当时的水电部副部长姚振炎骑马过江考察雅砻江水电资源时的情景。

  他说,锦屏“姊妹花”中那身材高挑的姐姐——锦屏一级也将在今年夏天披上嫁衣。

  锦屏二级水电站投产发电前夜,《中国能源报》记者深入锦屏山埋深达2500多米的地下,试图了解中国四代水电人在锦屏梦圆过程中所经历的大考,揭开这世界规模最大的水工隧洞群之谜。

  “老三批”与“新三批”

  到现在为止,张蕴华已经无法搞清楚锦屏“老三批”和“新三批”到底怎么个区分法,但他说怎么区分其实已经不重要了,重要的是“没有这些人的出生入死,就没有锦屏的今天。”

  张蕴华是锦屏建设管理局办公室主任,说这话的时候,他那两道粗黑浓眉下的眼睛炯炯有神。

  锦屏工地上流传着一句话:锦屏人分为三批,第一批爬进来,第二批走进来,第三批坐车进来。张蕴华管这叫“新三批”。

  而负责锦屏二级设计的华东勘测设计研究院(以下简称华东院)设总陈祥荣口中的“老三批”,说的分别是在上个世纪20年代、40年代、60年代出生的三代中国水电人,两院院士潘家铮就属于第一代。

  1965年到1972年的八年间,在国家“建设三线”的号召下,当时的水电部曾把开发锦屏水力资源作为重点项目,组织了上海勘测设计院600多名水电工作者奔赴锦屏,开展勘测、设计和科研工作。这是第一代锦屏人,那时候,锦屏还是千里之外的蛮瘴之地。勘测设计队伍人背马驮运输设备资料上山,冒死强渡险滩、上下陡壁悬崖,有人葬身激流、有人失足掉下悬崖粉身碎骨。

  “文革”一场浩劫,才高八斗的工程师们因为政治斗争分为两派,双方发生武斗,用他们聪明的大脑制造出坦克和迫击炮欲置对方于死地,锦屏水电站工作戛然而止。

  20年后,第二批锦屏人开赴。1988年,水电部组织成都勘测设计研究院(以下简称成都院)和华东院(原上海院)再次勘探,做锦屏前期。1991年,这批工作队开始在大河湾东端现在的地下厂房附近打5公里长的探洞,旨在回答究竟能否打通锦屏山的疑问。1994年,当隧洞接近5公里时,施工队伍突遇洞内涌水,导致探洞附近于1968年建成的磨房沟电站(装机3.75万千瓦)无水可发,进一步施工被迫停止。彝族老百姓意见很大反映到北京,随后探洞被封堵,第二次勘探宣告结束。

  这一搁置又是数年。直到2003年,业主雅砻江公司经过二滩水电站的多年建设运行探索,再次启动锦屏水电站建设工作。

  陈祥荣说,潘家铮一生有两个梦,一个三峡梦,一个锦屏梦。三峡梦他在医院的病床上见证了,但锦屏梦,“就像当年邓小平没有等到香港回归一样”,直到去世都没能见证。

  如今,位于洼里乡、为了纪念当年剿匪牺牲死难战士的烈士陵园旁边,又多了一些坟茔,长埋于此的锦屏水电站先驱们,终于可以含笑瞑目了。

  摇头容易点头难

  1827年,一个叫富尔内隆的法国工程师从水车的原理中发现,当水力冲击一台装有叶片的机器时,就能够产生电力。反复试验,屡试不爽。而且水头越高、冲击力越强,获得的能量就越大。

  这个工程师大概想象不到,就在大约200年后的中国川西,中国的水电工程师们通过“截弯取直”的办法,在最大埋深达到2525米的地下,修建长达17公里的隧洞,把150公里大河湾西端的水引到东端,利用310米的世界级高水头,修建装机达480万千瓦的水力发电站。

  水电界有句话:摇头容易点头难。对于一项复杂问题,提出意见和质疑很容易,但要拍板做出决策就难了,这意味着要准备承担一切责任和后果。

  潘家铮之于锦屏,为后来者折服的地方就在于:他在第一次进入大河湾时,就提出了“截弯取直”的开发方案,他坚信,二级引水隧洞方案是成立的。

  2000年,华东院一腔热血,立志要将老爷子的话变成现实,开始做《锦屏二级长隧洞成立的可行性研究》。此时,成都院则提出“沿河逐级开发”的保险方案。

  通过比选,他们发现,二级长引水隧洞方案相比逐级开发,投资省、移民少、充分利用水能的同时还能减少对锦屏山边坡的扰动破坏。但不利因素是:尽管这个方法曾用于许多引水式小水电,但由于疏于监管等原因,引水式小水电涸泽而渔的做法也饱受舆论诟病,况且,中国大型河湾开发中还无此先例。

  “实际上制约锦屏二级的最大问题,是技术上可不可行。”陈云华说,当初大家对于在2000多米埋深地下这么大的范围内,打17公里的洞子能不能成立并不是太有把握。“大家担心的主要是四个问题:高地应力、岩爆、涌水、有害气体。”

  后来潘家铮在5公里探洞的基础上作出预言:锦屏二级引水隧洞一定能成立,但是会遇到很多困难。“毒气不可怕,最可怕的是岩爆和突涌水。”一语道破锦屏天机,最终让陈云华有了拍板底气:就这么干。

  2006年,锦屏二级水电站建设通过国家核准。2011年12月11日,总长达120公里的世界最大规模水工隧洞群全线贯通,回答了国际水电界关于长引水隧洞能否成立的疑问。曾到现场调研的国家能源局副局长刘琦不禁发出感叹:“凉山有两大奇迹,一个上天,一个入地。”这“上天”说的是西昌卫星发射基地,这“入地”指的正是举世无双的锦屏二级地下隧洞工程。

  “现在我们只是把潘家铮的话变成了现实。”陈云华说,如今锦屏二级确实在复杂地质条件下取得了成功,他们现在思考的是,大河湾的水被引走之后的生态到底怎么样。

  雅砻江之所到,皆高山峡谷、绝壁耸立,属湍急河流。江里生长着裂腹鱼、长薄鳅、鲈鲤等,其中鲈鲤属于雅砻江特色鱼类,在雅砻江公司之前,无人繁殖成功。2011年,雅砻江公司人工繁殖鲈鲤成功。2012年,雅砻江官地·锦屏鱼类增殖站共放流育苗35万尾。

  “我们研究鱼,是要研究大河湾的生态链。我们要考虑修建水电工程之后,激流鱼类是不是完全能保持原有的种群和数量,大河湾的水生生物链到底有没有造成影响,应采取什么措施应对。”锦屏建设管理局局长王继敏说,他们正在联合包括四川大学在内的有关科研单位,对大河湾水生生物进行长期跟踪监测。此外,应国家环保部门要求,二级闸坝保证了一年四季的生态流量泄放在45立方米/秒至288立方米/秒。

  有专家曾提出质疑,“截弯取直”将改变河流的自然摆动规律,造成河流改道。对此,王继敏他们通过深入研究,得出结论:改道一般发生在宽阔平坦、泥沙较多的平原河流,雅砻江两岸为粗颗粒岩质边坡,不容易改道;加之岸边鲜见人居、工厂与取水口,局部变化对大河湾人民生活不会造成影响。“河床流量变化、水文侵蚀对河势的影响几乎没有。”

  有事实为证,总装机480万千瓦的锦屏二级无一移民。

  岩爆:锦屏之后,再无秦岭

  2008年,当中铁18局金牌项目经理孔凡成来到锦屏工地的时候,有人对他讲:锦屏的岩爆很可怕的。铁道兵出身的他,一脸不屑:“别吹牛了,我干过秦岭,还能超过它?你别吓唬我。”

  2010年11月28日,2号引水隧洞发生极强岩爆,岩石从底板爆裂,一台重达几十吨的挖掘机像皮球一样被弹到洞顶,落下再弹到洞顶,反复3次,地面开裂达10公分,操作挖掘机的司机重伤。

  秦岭隧道全长18公里,埋深1600米,当时的铁道兵号称只在秦岭见过岩爆,这次岩爆彻底刷新了孔凡成对岩爆的认识:锦屏之后,再无秦岭。

  岩爆,顾名思义,就是岩体中聚集的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的现象。

  锦屏二级隧洞,平均埋深达到2000米,由于洞室开挖扰动带来的巨大应力调整引发的岩爆,让人谈之色变,施工队伍换了一茬又一茬。

  锦屏建设管理局工程技术二部冯艺说,锦屏3公里强岩爆段施工尤其考验人的心理素质。他跟着副局长曾新华去掌子面,站在TBM上,伸手能摸到掌子面的顶,噼噼啪啪的声音不断,“像放闷炮一样,很沉闷的声响。最让人恐惧的是你不知道危险从哪个方向来。”锦屏二级的地下迷宫,由7条平均长度为17公里的洞子和大大小小上百条支洞组成。那段时间,一次岩爆过后,往往就是整个施工队伍跑掉。“中铁13局、18局能坚持下来,很了不起。”

  2010年,在有锦屏建设者参加的一个国际岩爆咨询会上,与会的所有专家提供的资料都不足以形容锦屏的岩爆强度。“他们都没见过,但如果等着岩石把压力释放完毕,那工程也就不用干了。”冯艺说,既然选择了这条路,再难也要走下去。

  为确保安全,雅砻江公司从德国、美国引进了2台当时世界上最先进的TBM硬岩掘进机。TBM最大的好处就在于减少了掌子面的操作人员,机器在前走,人在后方跟,一旦发生危险,即使掘进机被埋,救生舱里的氧气、食物和水也够人存活一个月。此外,还有大量的三臂台车、沃尔沃的大型装载机和锚杆台车,机械化施工最大限度地减少了人员伤亡,也加快了施工进度。

  无形杀手的威力

  陈祥荣说,自从2005年1月8日,从辅助洞东端出来的第一股水,呈雾化状喷射50多米远之后,他们就领教了这个无形杀手的威力。

  这次喷水之后,在掌子面的设备遭淹,他们从武汉请来一名“胆子大”的潜水员,想把设备拖出来。第一次进去不成功出来后,这个潜水员说什么也不肯再进去了。“50多米雾化区没空气,要命的。”这一次出水耽误了8个月的工期,最后打了个绕行洞绕过去才算了结。

  地下涌水,是锦屏二级超长隧洞面临的第二大难题,最大瞬间涌水达到5立方米/秒,相当于一条小河流的流量。

  涌水对于锦屏建设者的威慑力不亚于岩爆。一天,中铁十八局项目副经理杨远,跟着安放炸药的人进到洞子里去,只听得一声炮响,只见烟雾中的人撒开了腿向他跑来,他正想问一句“怎么了”,只听见有人喊:“杨总,快跑!水来了!”他听了二话没说拔腿就往洞外一路狂奔,跑出洞口仍然心有余悸。

  雅砻江公司副总经理祁宁春亲自领受过在洞子里发生突涌水的危险,在工程前期也常感受到在洞子里行车浪打浪,犹如大海里行船的感觉。记者在采访期间,曾穿梭在锦屏山隧洞里,亲眼目睹工人清理排水沟,身上穿着黑色皮裤,积水淹没到大腿。车过之处,常有路面积水飞溅到挡风玻璃上,或是洞顶的落水打得玻璃噼里啪啦一阵乱响。

  贵阳勘测设计研究院锦屏项目监理总监陈玉奇说,在洞子里呆久了,人会觉得压抑、烦躁,甚至产生心理问题,在遇到不可预知的危险时,就会归结为鬼神之说。有一次洞子里水多,越野车的轮胎完全被淹没,驾驶员只好跟着除渣车走,走着走着前面的车一下子就歪到水沟里,车灯也灭了,洞子里一团漆黑,四下一片死寂,只有发动机的声音。驾驶员吓得面如死灰,赶紧逃离,出来之后嘴里不停念叨“洞子里有鬼”,给后来进洞的人造成不小的心理阴影。

  针对涌水,业主、设计、施工、监理办法想尽:把两条锦屏山交通辅助洞两端分别打成8公里、9公里的人字坡;将引水洞打成17公里的斜坡;在2条交通洞和4条引水洞的下方再增加了一条排水洞;把TBM掘进机架高1.8米,让涌水从机器底下通过。

  负责3、4号引水隧洞施工的武警水电一总队锦屏项目经理樊孝忠觉得,武警水电指挥部的岳曦和刘松林两位将军来过锦屏之后,曾经总结过一句话最能表现他们的工作之苦:24小时见不到阳光。“早上6点起床出操、吃完早餐拉到洞子里的时候,太阳还没出来,晚上人从洞子里出来的时候太阳已经落山了。”

  陈玉奇最佩服的人,是施工队伍里一个叫伍子键的项目经理。“他的鼻孔每天都是黑的,哪里最危险哪里就有他,最冷的时候站在水里几个小时,洞里的水只有十几度,彻骨的冷,就是要把事做顺了才肯罢休。”他说,几乎每个施工队伍里都有这样的人。

  要求高,注定比别人辛苦

  2010年7月,陈云华到锦屏工地宣布了新的任命,锦屏建管局局长王继敏兼任锦屏水力发电厂厂长。

  雅砻江公司在雅砻江的水电开发,多采取“建管结合”的方式,即开发一个电站,相应先成立一个建设管理局,作为雅砻江公司的派出机构,统筹协调建设工作,待电厂建成后逐步撤销,管理局一部分人员和电厂筹备人员摇身一变成为水电厂职工。

  这个做法就要求管理者在电站建设期间不仅要专注于如何把控安全、质量、进度、投资,还要想着今后如何方便运行管理的事。在以往类似三峡这样的工程中,建设和管理并不是同一批人,这就容易造成“装修工人把房子装修好了,钥匙交到业主手里,可业主发现房子住起来诸多不便”。

  因此,“建管结合”最大的好处就是要在建设过程中把更符合未来生产要求的措施提前考虑到、提出并处理。而电力生产人员,因为全程参与建设过程,对机组性能、线路布置、设备出力状况了然于胸,一旦发现病灶,能准确找准病因、对症下药,提高效率。

  而要求更高,也就注定要比别人辛苦。 

  2003年成立的锦屏建设管理局,到目前为止正式员工只有88人,却要管理2万多人的建设大军。

  锦屏二级的隧洞施工最后采用“长洞短打”策略,因此工作面“点多面广”,从2003年辅助洞开挖,隧洞施工最多时十多个工作面并进,开挖、支护、除渣、排水,遍地开花。尽管大型机械化施工减少了作业人员,但由于长隧洞不时暴露的岩爆和涌水问题,施工后勤辅助人员队伍比开挖队伍更加庞大。施工高峰时,掌子面300人,后勤辅助人员就需要400人以上。据陈玉奇回忆:“每天光负责抽水就是40人一个班,无数个水泵转运点。”

  相比建设期间的管理,电厂运行管理则要求更加严谨精细。“电厂生产有它的一套严格要求。”王继敏向记者介绍,二滩水电厂运行十多年,雅砻江公司培养了一批电厂运行管理骨干,现在有一大批在二滩电厂工作多年的员工相继调入锦屏水电厂。

  锦屏之后,雅砻江公司拥有了一批国内水电建设精英团队,其中不乏“80后”,作为第四代中国水电人,也曾追随前辈出生入死、戎马倥偬。他们在走出锦屏之后,大多成为了雅砻江公司核心业务骨干,雅砻江水电事业得以后继有人。

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