設(shè)計總裝機容量僅次于三峽的中國第二大水電站——金沙江白鶴灘水電站即將迎來國家核準(zhǔn)，該電站是金沙江下游干流河段梯級開發(fā)的第二個梯級電站，也是三峽集團滾動開發(fā)金沙江的最后一站。其建成將使中國水電綜合實力再上新的臺階。
白鶴灘水電站位于云南省巧家縣大寨鎮(zhèn)與四川省涼山彝族自治州寧南縣六城鎮(zhèn)交界的白鶴灘，上游與烏東德梯級電站相接，下游尾水與溪洛渡梯級電站相連，裝機容量由規(guī)劃初的1250萬千瓦增加為1600萬千瓦，位居世界第二，是金沙江水資源下游水資源利用的重要一環(huán)。據(jù)悉，白鶴灘水電站也是金沙江下游第三座高拱壩工程，拱壩最大壩高289米。為國內(nèi)壩址地形地質(zhì)條件最為復(fù)雜的高拱壩工程之一，高拱壩設(shè)計建設(shè)綜合技術(shù)難度位列第一。建設(shè)這樣一座高拱壩工程，在工程建設(shè)方面有哪些難點，需要面臨哪些次生災(zāi)害的防范？本報記者帶著這些疑問采訪了白鶴灘工程專家組成員，中國科學(xué)院院士、中國水利水電科學(xué)院教授級高級工程師陳祖煜。
開創(chuàng)柱狀節(jié)理玄武巖
高拱壩壩基世界先例
在金沙江高山峽谷的狹窄河道中，使用拱壩這種精巧結(jié)構(gòu)建造大壩，能降低混凝土的使用量，有效節(jié)約投資，是一種經(jīng)濟安全的建筑形式。拱壩借助拱的作用將部分水壓力傳給河谷兩岸的基巖，其受力特點決定了在水壓力作用下壩體的穩(wěn)定需要利用拱端壩基基巖的反作用來支承，若抗力體中存在不利于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，在拱端推力作用下，可能導(dǎo)致壩肩巖體的滑移失穩(wěn)。
白鶴灘壩址區(qū)存在峽谷地形不對稱，巖性復(fù)雜，軟弱結(jié)構(gòu)面性狀差等地質(zhì)狀況。“白鶴灘水電站有一個獨特的地質(zhì)現(xiàn)象，是水電站建設(shè)中少見的，那就是玄武巖柱狀節(jié)理。”陳祖煜院士向記者介紹說。玄武巖柱狀節(jié)理是發(fā)育玄武巖中的一種原生張性破裂結(jié)構(gòu)，它的形態(tài)往往呈一種不太規(guī)則的多邊形長柱體。“從形狀上看就像麥當(dāng)勞的薯條一樣，開挖后則容易產(chǎn)生松弛、崩落等現(xiàn)象。”陳祖煜院士告訴記者，在國內(nèi)外工程中，柱狀節(jié)理玄武巖偶有碰到，但分布位置未涉及主體建筑物，因而對其特性的研究甚少。白鶴灘是國內(nèi)首個利用柱狀節(jié)理玄武巖作為壩基的高拱壩工程，首次系統(tǒng)和深入地開展了柱狀節(jié)理玄武巖工程特性研究，柱狀節(jié)理玄武巖松弛特性和處理措施的研究貫穿工程設(shè)計全過程。
作為曾參與白鶴灘工程論證的專家，陳祖煜院士表示玄武巖柱狀節(jié)理是白鶴灘論證的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，經(jīng)過國內(nèi)專家多次論證，最終認為白鶴灘雖然存在玄武巖柱狀節(jié)理但由于其巖石堅固，且咬合緊密，仍然適合修建一座289米高的高壩建筑。
據(jù)悉，目前白鶴灘工程選擇微新柱狀節(jié)理玄武巖作為建基面，對開挖表層巖體預(yù)留保護層、預(yù)錨、強化灌漿等處理。柱狀節(jié)理玄武巖出露部位設(shè)置混凝土擴大基礎(chǔ)以有效降低壩趾壓應(yīng)力水平，成為國內(nèi)外高拱壩工程中設(shè)置擴大基礎(chǔ)規(guī)模最大的拱壩工程。“目前白鶴灘的壩肩已經(jīng)完成開挖工作，從實際情況來看，比我們之前預(yù)估的情況要好很多，這是好事。但壩基的地質(zhì)薄弱環(huán)節(jié)仍然存在，需要我們在整個建設(shè)過程中要精心施工，加強現(xiàn)場檢測研究，確保工程安全。” 陳祖煜院士介紹說。
建立預(yù)警系統(tǒng)
應(yīng)對泥石流災(zāi)害
金沙江下游地區(qū)深山峽谷眾多，在復(fù)雜的自然條件下，如果集中降雨，極易發(fā)生泥石流，加之工程場地狹窄，一旦發(fā)生泥石流將直接威脅工程安全和人們的生命財產(chǎn)安全。“白鶴灘場地的泥石流風(fēng)險防范，是我關(guān)注的第二個問題。” 陳祖煜院士告訴記者。
白鶴灘水電站工程區(qū)地處高山峽谷區(qū)，溝谷深切，縱比降大，巖體卸荷較強，兩岸危巖體、危石廣布，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，坡面沖溝多為泥石流溝，左岸的矮子溝、涼水溝、延吉溝、牛路溝，右岸的海子溝、大寨溝、白鶴灘溝等都發(fā)生過規(guī)模不等的泥石流。對已經(jīng)查明的地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)地形地質(zhì)條件和危害對象、危害程度，白鶴灘工程建設(shè)部采取了相應(yīng)的治理措施，重點開展了矮子溝泥石流防治、大寨溝泥石流防治、海子溝溝水處理等項目。在移民安置上選擇了安全系數(shù)較高的地方進行安排。“雖然我們對移民做了妥善安置，在工程設(shè)計上對這些泥石流溝進行加固處理，但最重要的措施還是建立預(yù)警系統(tǒng)，遇到險情馬上撤離。”陳祖煜院士說。
2006年在矮子溝流域曾經(jīng)發(fā)生了一起泥石流事故。這起泥石流事故的發(fā)生并不是因為工地降雨造成，而是由高出工地1000-2000米的高地暴雨導(dǎo)致。“所以我們在設(shè)置監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的時候，不能只關(guān)注溝口的雨量，更要對高寒濃霧地區(qū)的宏觀環(huán)境進行檢測。利用國土資源部已有的遠程監(jiān)測平臺，將有利于我們及時掌握高山濃霧地區(qū)雨量信息，及時作出應(yīng)對方案。” 陳祖煜院士說，只有建立起一套集風(fēng)險識別、風(fēng)險評估、風(fēng)險處理為一體的適合水電工程泥石流災(zāi)害防治的風(fēng)險管理體系，才能更好地保證工程和人民財產(chǎn)安全。
“白鶴灘工程是我國水電建設(shè)的又一座高峰，雖然存在諸多技術(shù)難點，但經(jīng)過十幾年的勘測設(shè)計、試驗研究，并總結(jié)借鑒了溪洛渡、小灣等工程的經(jīng)驗，白鶴灘水電站的大量關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)得到解決，沒有制約工程建設(shè)的因素。” 陳祖煜院士這樣評價白鶴灘工作的核準(zhǔn)開工。他表示，三峽集團擁有豐富的大型水電開發(fā)與運營的建設(shè)管理經(jīng)驗，在這樣一家央企的開發(fā)建設(shè)下，相信白鶴灘工程必將帶動我國巨型水電站建設(shè)水平的進一步提高，成為世界水電發(fā)展過程中里程碑式的水電工程。
（本文原載于《中國三峽工程報》于2017年8月3日出版的白鶴灘水電站主體工程全面建設(shè)特刊）