破巖與鑄盾，尚義抽水蓄能電站的“解題”之路

編者按

“十五五”規(guī)劃建議指出，科學(xué)布局抽水蓄能。在廠址資源好、負(fù)荷調(diào)節(jié)需求大的地區(qū)建設(shè)一批抽水蓄能電站，新增投產(chǎn)裝機(jī)容量1億千瓦左右。

4月，中央政治局會(huì)議進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌建設(shè)水網(wǎng)、新型電網(wǎng)、算力網(wǎng)等“六張網(wǎng)”重大基礎(chǔ)設(shè)施工程，將新型電網(wǎng)納入國(guó)家核心基建布局。抽水蓄能作為電網(wǎng)調(diào)節(jié)的 關(guān)鍵 ，戰(zhàn)略地位愈發(fā)凸顯。

順勢(shì)而為、乘勢(shì)而上。地處冀北能源腹地的張家口尚義抽水蓄能電站，即將迎來(lái)首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的重要時(shí)刻。近日，《中國(guó)報(bào)道》記者深入項(xiàng)目建設(shè)一線，見(jiàn)證這一工程從宏偉藍(lán)圖穩(wěn)步落地、加速建成投運(yùn)的過(guò)程，并生動(dòng)記錄這一工程“超速度”攻堅(jiān)的背后故事。

走進(jìn)河北省張家口市尚義縣小蒜溝鎮(zhèn)，沿著東洋河逆流而上，《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的重點(diǎn)項(xiàng)目——尚義抽水蓄能電站正在迎來(lái)并網(wǎng)發(fā)電的最后沖刺。然而，在這看似尋常的深山褶皺之下，這項(xiàng)宏偉工程曾面臨著極為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

△尚義抽水蓄能電站沙盤模型。

如何在層巒疊嶂中，于破碎巖體內(nèi)雕琢出高達(dá)54.4米的地下宮殿？又如何為庫(kù)容超千萬(wàn)立方米的巨型“水箱”穿上堅(jiān)硬且滴水不漏的“防滲鎧甲”？面對(duì)這兩個(gè)關(guān)乎工程成敗的核心命題，中國(guó)水利水電第四工程局有限公司（簡(jiǎn)稱水利四局）尚義施工局惠勇勞模創(chuàng)新工作室的建設(shè)者，用智慧與汗水作答。

向巖層要穩(wěn)定

地下廠房作為抽水蓄能電站的“心臟”，其開(kāi)挖支護(hù)階段的安全穩(wěn)定不僅是施工初期的最大難點(diǎn)，更是決定整個(gè)工期與電站未來(lái)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

然而，尚義抽水蓄能電站的地下廠房埋深300米—400米，其所在山體巖石巖性主要為中太古代麻粒巖，局部夾中元古代變質(zhì)輝綠巖脈片，揭露的兩條變質(zhì)輝綠巖脈，距廠房最短僅47米。巖脈與麻粒巖多為斷層接觸，巖體完整性受損明顯，呈現(xiàn)出典型的“散、碎、裂”特性，給施工帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

“我們?cè)陂_(kāi)挖第一層時(shí)就有大的滑塊掉落。”水電四局第一分局副局長(zhǎng)兼尚義施工局黨支部書記惠勇告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，“開(kāi)挖這樣的山體就像是給高齡老人做骨骼手術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)巨大。”

△水電四局第一分局副局長(zhǎng)兼尚義施工局黨支部書記惠勇正在研究施工過(guò)程中的技術(shù)難題。

面對(duì)這一“攔路虎”，惠勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用“導(dǎo)洞先行、先中后邊”的工法：先用中導(dǎo)洞撕開(kāi)缺口釋放應(yīng)力，再分段啃下兩側(cè)“硬骨頭”。這種穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營(yíng)的戰(zhàn)術(shù)，化解了圍巖變形風(fēng)險(xiǎn)。

真正的考驗(yàn)發(fā)生在巖錨梁施工階段。

“在開(kāi)挖第一層時(shí)，我們就考慮怎么能更好更快更安全地開(kāi)挖第二層。”惠勇說(shuō)，結(jié)合第一層開(kāi)挖情況，若按照傳統(tǒng)巖錨梁的開(kāi)挖方案，在復(fù)雜地質(zhì)條件下巖壁吊車梁巖臺(tái)區(qū)域受斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育等影響，巖臺(tái)質(zhì)量難以保證。因此，施工局與設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主四方共同優(yōu)化設(shè)計(jì)：取消巖臺(tái)，采用附壁式巖錨梁。

“當(dāng)時(shí)壓力很大，但為了安全和進(jìn)度，必須敢于打破常規(guī)。”惠勇說(shuō)，新的設(shè)計(jì)方案通過(guò)在巖壁梁下拐點(diǎn)以下增加“附壁墻”式混凝土結(jié)構(gòu)，使“附壁墻”通過(guò)錨桿與鋼筋混凝土與巖石形成整體，使巖壁吊車梁一部分受力在巖石內(nèi)，另一部分受力在“附壁墻”上來(lái)確保受力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

惠勇表示，這一設(shè)計(jì)改變不僅節(jié)省了兩個(gè)月的工期，更讓安裝在巖錨梁上的橋機(jī)完成重達(dá)480噸的機(jī)組定子吊裝任務(wù)。

而在地下廠房開(kāi)挖中遇到的斷層破碎帶，原有的支護(hù)設(shè)計(jì)方案也一度面臨挑戰(zhàn)。

“垂直的錨桿容易往下掉。我們必須調(diào)整錨桿，把山鎖住。”惠勇說(shuō)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新采用焊接鋼筋倒刺，有效化解了圍巖不穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

在技術(shù)和工法創(chuàng)新上，惠勇勞模創(chuàng)新工作室團(tuán)隊(duì)在地下廠房施工過(guò)程中取得的《一種適用于地下廠房錨索施工新型鉆機(jī)》獲得國(guó)家發(fā)明專利，《抽水蓄能電站地下廠房動(dòng)態(tài)調(diào)整通風(fēng)排煙工法》、《復(fù)雜地質(zhì)條件下地下廠房巖壁吊車梁施工工法》獲得省級(jí)工法，在工程建設(shè)過(guò)程中取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。

為大壩穿上“鎧甲”

抽水蓄能水電站的建設(shè)，不僅要攻克施工期間面臨的種種難關(guān)，更要為工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行做足打算。這類電站的設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命通常長(zhǎng)達(dá)50至60年，在科學(xué)的維護(hù)與升級(jí)改造下，部分工程甚至能突破60年大關(guān)。然而，由于上水庫(kù)大壩板塊長(zhǎng)、滑模移動(dòng)距離遠(yuǎn)，混凝土面板的裂縫防治一直是困擾業(yè)界的“世界級(jí)難題”，直接關(guān)系到工程的百年大計(jì)。

正因如此，在項(xiàng)目初期，面對(duì)這個(gè)可能影響大壩壽命的難題，惠勇勞模創(chuàng)新工作室成員、水電四局尚義施工局總質(zhì)檢師周英豪與團(tuán)隊(duì)在第一次開(kāi)會(huì)討論時(shí)，大家心里最沒(méi)底的，正是那句沉甸甸的疑問(wèn)：“工程完建以后，它會(huì)不會(huì)裂？”

△2025年3月，尚義抽水蓄能電站進(jìn)行上水庫(kù)混凝土面板施工。

“在工程駐地最高氣溫38℃、最低氣溫-30℃，如此巨大的環(huán)境溫差情況下，且氣候干燥、多風(fēng)，風(fēng)力強(qiáng)度大，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的條件幾乎都滿足。”周英豪告訴記者，面對(duì)這些施工條件，大家心里直打鼓。

“壩體是堆石，會(huì)變形；混凝土面板要貼在上面，太硬了會(huì)被拉裂，太軟了又起不到防滲作用。在巨大的溫差和壩體沉降面前，我們?cè)O(shè)計(jì)的這塊混凝土就像一張貼在水面上的薄冰。”周英豪說(shuō)。

尋找科學(xué)的混凝土配合比，降低水泥水化熱，提高混凝土的極限拉伸值成為周英豪與工作室成員第一個(gè)要解決的問(wèn)題。

“尋找最佳配合比的日子，簡(jiǎn)直是在黑暗中摸索。”周英豪回憶，當(dāng)時(shí)他們采用抗?jié)B減裂劑+玄武巖纖維，并不斷優(yōu)化粉煤灰的等級(jí)和高效減水劑的母液含量，然而數(shù)據(jù)充滿了“欺騙性”。

“有一組試件，在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，所有抗壓、抗?jié)B、極限拉伸指標(biāo)都非常完美，我們高興壞了，以為找到了‘黃金配方’。”周英豪說(shuō)，但當(dāng)他們把它放到室外試驗(yàn)場(chǎng)，模擬尚義的實(shí)際大風(fēng)、干燥、晝夜大溫差環(huán)境進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，不到24小時(shí)，表面就出現(xiàn)了細(xì)微的龜裂紋。

“我們忽略了環(huán)境耦合作用，幾個(gè)月的努力方向可能都錯(cuò)了。那種挫敗感真的讓人絕望。”周英豪說(shuō)，隨后工作室把抗裂性放在第一位，調(diào)整抗?jié)B減裂劑、玄武巖纖維、粉煤灰和減水劑、引氣劑摻量。

“28天后，所有力學(xué)和變形指標(biāo)都完美達(dá)標(biāo)。”周英豪依然記得，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室里沒(méi)人歡呼，幾個(gè)骨干靜靜地盯著打印出來(lái)的數(shù)據(jù)條，盯了很久。只有水電四局尚義施工局總工程師曾永年感慨：這回咱們能給大壩穿上一件真正的“鎧甲”了。

為防止“鎧甲”漏水，在接縫止水施工中，施工局還組建“止水攻關(guān)小組”，通過(guò)采用新材料、新工藝，嚴(yán)格控制止水材料的安裝精度，對(duì)每一道接縫的表面處理進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，確保止水系統(tǒng)能夠有效應(yīng)對(duì)壩體在蓄水及運(yùn)行過(guò)程中的溫度變形和結(jié)構(gòu)沉降，為上水庫(kù)的安全蓄水和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的防滲保障。

作為親手為這座大壩穿上“防滲鎧甲”的人，看著腳下波光粼粼、深達(dá)超100米的水體，周英豪對(duì)百年大計(jì)有了更具象的理解，就是把圖紙上那些冰冷的數(shù)字，EL.1392（海拔1392米）、1:1.4（壩坡比）以及 1103萬(wàn)立方米（庫(kù)容），變成一個(gè)沉默且忠實(shí)的巨人，守護(hù)著萬(wàn)家燈火。

撰文：中國(guó)報(bào)道記者 王金臣

責(zé)編：王焱

編審：林崇珍、張利娟