编者按
习近平总书记指出,“能源问题是发展中的战略问题”“能源的饭碗必须端在自己手里”。
“十五五”开局之年,各地立足资源禀赋、依托区位优势,加快建设能源基地,能源强国建设的时代画卷徐徐铺展。
坐落于昌都左贡、林芝察隅交界玉曲河谷的扎拉水电站,是国家布局高原绿电、打通“藏电外送”战略通道的示范工程,也是世界首台(套)重大技术装备攻坚项目。全面投运后,扎拉水电站年均发电量可达39.46亿千瓦时,每年可节约标准煤约130万吨,减少二氧化碳排放约342万吨。
6月6日至14日,中国外文局《中国报道》记者深入扎拉水电站建设一线,在平均海拔3000多米的施工现场,从科技自立自强攻坚、边疆民生普惠共享、高原生态协同保护、区域产业全域赋能四大维度纵深展开,解码“十五五”新型能源体系落地实践,具象呈现我国立足本土资源、坚持装备自主、稳步向绿进阶的能源强国建设生动图景。
清晨时分,晨曦刚刚掠过梅里雪山的皑皑峰顶,玉曲河谷的宁静便被工人敲击的叮咚声和巨型塔机的轰鸣声唤醒。
△ 正在建设的拉扎水电站首部枢纽。摄影/张利娟
在海拔3000多米、含氧量仅有平原70%的西藏自治区东南部横断山脉区域,扎拉水电站的建设者们正试图完成一项看似不可能的任务:修筑大坝,开挖引水隧洞,建设厂房,利用近700米的天然落差,驯服奔腾的江水,将其转化为驱动未来的澎湃绿电。
巧借“几”字形弯
驱车沿玉曲河顺流而下,两岸高山峡谷如刀劈斧削呈“V”字形,尽显藏东南横断山脉的雄浑与苍凉。从空中俯瞰,坐落于昌都市左贡县和林芝市察隅县境内的玉曲河流域,在碧土乡扎郎村至珠拉村之间画出一个壮美的“几”字形弯,河势回转,峡谷幽深。
为何将这座拥有世界首台(套)500兆瓦高水头冲击式水轮机组的大坝选址于此?答案藏在大自然极致的馈赠与严苛的筛选中。
“约60公里的‘几’字形弯,首尾直线仅5.5公里,天然落差却近700米。”西藏藏东南清洁能源开发有限公司玉曲河分公司执行董事谢学东说,面对这份馈赠,扎拉水电站采用“裁弯取直”的引水式开发,最大限度缩短引水线路,充分利用河道落差所蕴藏的丰富水能。
据了解,扎拉水电站坝址控制流域面积8546平方千米,多年平均流量每秒110立方米,多年平均径流量34.8亿立方米。自然的馈赠往往伴随着严苛的考验。对于采用混凝土重力坝的扎拉水电站而言,大坝的安危系于脚下基岩的稳固。
“‘几’字形弯位于新构造活动较强烈地区,岩性构成复杂,岩体性状差,断裂构造发育,这为大坝选址和开挖都造成了极大的困难和挑战。”中国水利水电第四工程局有限公司(以下简称水电四局)扎拉施工局常务副局长卜崇财告诉中国外文局《中国报道》记者,扎拉水电站采用重力坝设计,需依靠自身重力保持稳定。但区域岩石稳定性相对较弱,选址必须找到微风化、承载力好的基岩。
据卜崇财介绍,通过专家论证,大坝不得不舍弃距离大坝上游约一公里的选址。
尽管如此,当前大坝的坝基仍存在缓倾角裂隙,右岸坝肩分布强倾倒变形岩体。“我们不得不把破碎的基岩挖掉,用混凝土进行回填,以满足大坝挡水、泄洪及整体稳定的功能要求。”指着大坝回填区域,卜崇财的话语中透着建设者的坚韧。
此外,卜崇财表示,通过水工模型、泥沙模型试验和数值分析研究,大坝采用水库沉沙、设置排沙底孔、汛期限制水位排沙等综合措施,解决了水库泥沙淤积和机组过机泥沙问题;通过采取消力池和生态电站尾水组合布置的方案,克服了泄洪消能对生态电站、边坡等建筑物的不利影响;为满足河流生物溯流需求,还修建了生态鱼道,利用生态电站和坝身设生态孔的相互调节,有效提高了生态流量泄放保证水平。
穿越“高原天堑”
在西藏建设大型水电站,不仅是一项宏伟的工程,更是一场人类与极端自然环境“掰腕子”的较量。
△ 扎拉水电站首部枢纽三维效果图。
第一次进行大坝主体段浇筑时,水电四局扎拉施工局工程管理部主任牛涛就遭遇了严峻挑战。“海拔近3000米的高原河谷昼夜温差可达20℃,容易在混凝土浇筑时引发裂缝,直接影响长期安全。”牛涛说。
大坝首仓大体积混凝土在浇筑后出现了温度裂缝。面对这个质量隐患,牛涛及其团队白天守在仓号里记录温度数据,观察混凝土状态,晚上就在工地实验室与技术人员一起分析数据、调整配合比。经过连续试验,团队摸索出了“分仓跳仓、精准控温、全程保温”的高原大坝混凝土浇筑工法,成功攻克了技术难题。
牛涛告诉中国外文局《中国报道》记者,为应对温差变化,坝体在209个仓内布设了3135个智能温控传感器,数据实时传输到后台,实时调节冷却水流速,将坝体内外温差控制在设计范围。
如今,承担着挡水、分流及衔接泄水建筑物重要功能的11号坝段已经顺利封顶。“大坝坝顶高程2820米,最大坝高70米。作为大坝主体12个坝段之一,11号坝段位于大坝关键衔接部位,浇筑总量约347立方米,浇筑高度2.5米。”牛涛说。
刚在大坝浇筑上啃下“硬骨头”,另一场更为严峻的考验又接踵而至。在水利水电工程建设中,活跃的断裂带是引水隧洞开挖的“拦路虎”。
“没想到挑战会这么大。”牛涛坦言,扎拉水电站引水隧洞上平段全长3.68公里,其中,穿越闹中断裂带的破碎带长约400米,主要由极软弱的碎裂片状岩和极破碎的碎裂岩组成。复杂的地质条件导致随时面临塌方、掉块甚至泥石流的危险。
“在这个活跃断裂带,我们不能采用常规的爆破作业,只能用反铲一点点掏,然后用工字钢支撑好,喷上混凝土。”牛涛回忆道,施工队每天只能开挖几十厘米,每个人指甲缝里嵌满的泥垢早已分不清是混凝土还是岩屑。
此外,为较好地适应地质蠕滑变形,项目引水隧洞穿越闹中断裂带处采用柔性混凝土施工工法。“我们用常规混凝土与高延展性混凝土交错相接,以此释放地质蠕变产生的应力,适应一定变形。”牛涛说,“虽然它并非像橡皮一样柔软且无强度,但其强度和刚性混凝土相当,在保持一定柔韧性的同时保证了必要的强度。”
如果说引水隧洞上平段的开挖是“步步惊心”,那么深达近600米的竖井段则是一场更为凶险的“暗战”,破碎岩层与渗水让施工人员防不胜防。
“在开挖竖井时,我们采用反井钻机‘先导后扩’的施工工艺进行施工。但在Ⅳ类、Ⅴ类稳定性较差,甚至极不稳定的软弱破碎岩体中的环境下,施工就像在‘豆腐’里挖隧道。”中国水利水电第七工程局有限公司(以下简称水电七局)扎拉项目常务副经理韩宝栓告诉中国外文局《中国报道》记者。
2025年,当施工推进至1号一级竖井近300米深处时,韩宝栓最担心的事情还是发生了——团队遭遇了破碎岩层与高压涌水的双重夹击。
“平均每小时近200立方米的地下水喷涌而出,且含有腐蚀性硫酸盐,对安全管理、设备和工艺都是严峻考验。”韩宝栓回忆道,“本以为水流一段时间就会减弱,没想到水量越来越大,至今仍在不断渗出,连受邀专家都感叹这种情况罕见。”
然而,面对竖井出现的破碎岩层与高压涌水的问题,他们选择了向科技要安全。
据韩宝栓介绍,针对涌水难题,团队在山体水位线下开挖排水洞,有效降低了地下水位;针对塌方风险,项目引进了安全数字化平台,构建起全域感知、实时预警的“数字化安全穹顶”。通过将超深竖井灌浆、“反井钻机+智能导向系统”与洞室安全监测相结合,并辅以激光测距仪、智能倾角计和人员定位芯片,实现了对井壁变形的实时分析以及对作业人员的动态管控。
“最终,通过30多米平洞完美衔接的两条竖井,垂直度误差牢牢控制在48毫米之内。”韩宝栓告诉记者,这不仅为后续压力钢管的安装打下了坚实基础,更在极端地质条件下蹚出了一条安全高效的施工新路。
深竖井里的“钢铁巨龙”
随着两级竖井在藏东南横断山脉深处精准咬合,扎拉水电站引水发电系统的“主动脉”已初具雏形。然而,面对近700米的落差,想要稳稳驾驭奔腾的玉曲河水,这条“主动脉”仅靠天然岩层与常规衬砌远远不够,必须辅以更为坚韧的“钢铁筋骨”来承受极限水压。
沿着五号施工支洞缓缓行驶,记者跟随水电七局的建设者走进引水隧洞中平段,只见工人正在用桥机缓缓将巨大的圆形钢管摆放到无轨电动运输台车上。
“这些直径4.9米、最重约45吨的钢管节段,需要沿着垂直落差超600米的盘山险路蜿蜒7公里,才能抵达隧洞口。”水电七局扎拉项目副经理晏耀华告诉中国外文局《中国报道》记者,一级竖井深度约299.8米,二级竖井深度约270.8米,共需钢管1215节。
△ 扎拉水电站施工现场,工作人员正在准备将压力钢管翻身竖放。 摄影/李士萌
然而,如何在洞内完成上千节压力钢管的无缝焊接,成为摆在建设者面前的一道难题。
“800兆帕级高强钢的焊接,在平原地区已属高难度作业,在3000多米的高原环境下更是难上加难,更不用说在狭窄的洞子里,6个焊工挤在一起同时施工。”水电七局扎拉项目金结副总工程师马伟回忆道,当时有人提出在隧洞中用埋弧焊横焊技术会不会更高效。但在他的脑海,其实是一片茫然。
“在水电行业,这是一片无人区。”马伟坦言,埋弧焊横焊技术在国内的发展不超过20年,此前多应用于石油化工领域,且工件往往体积巨大、易于翻转至平焊位置。而扎拉水电站的压力钢管体型相对较小,大型设备无法转动,在狭窄的竖井空间内不可能完成高难度的横焊。“刚提出这个课题时,我们更多是抱着‘摸着石头过河’的心态。”马伟说。
探索之路远比想象中艰难。在第一次模拟竖井钢管焊接中,尽管严格遵循既定工艺,焊缝仍出现了大范围裂纹。
△ 水电七局的焊工师傅正在操作横焊焊机进行竖井压力钢管焊接。
“这在预料之外,当时研发团队承受了巨大压力。但大家很有韧性,研究本来就是发现问题、解决问题的过程。”马伟告诉中国外文局《中国报道》记者,为了解决焊机轨道的固定问题,团队曾设想过许多笨拙的方案,但最终在无数次的头脑风暴中被更合理的方案替代。
“最折磨人的是那些毫无规律的焊缝裂纹。”马伟回忆道,在一次试验中,熔池刚刚冷却便产生了明显裂纹,完全出乎所有人的意料。团队紧急叫停试验,连夜召开现场会议分析原因,最终查明是焊材质量问题,而非工艺缺陷。
“裂纹的出现毫无规律,前期的试验基本总结不出一套适用的工艺措施。”马伟说,那段时间,团队在黑暗中摸索,承受着常人难以想象的心理重压。
转机出现在2024年底。钢管制作加工厂建立后,团队开始使用不同材质的钢材进行实操试验,并针对焊机适应钢管内部空间、轨道制作与实际需求不符等问题进行了多次调整和改造,相继确定了电流、电压、焊接速度等关键参数。
“当自动焊设备在复杂管道上焊出第一条完全符合标准、探伤一次合格的焊缝时,现场所有人都松了一口气,脸上浮现出久违的笑容。”马伟说,“经历过太多次失败,终于守得云开见月明,大家积压的情绪一瞬间释放了出来。”
如今,这项开创性的技术已在扎拉水电站落地生根。它不仅解决了传统手工焊在受限空间内作业困难、烟尘大、质量不稳定的痼疾,更以一次探伤合格率高达99.9%的卓越质量,为这座世界级“大国重器”提供了坚实保障,更为我国在高水头大容量冲击式水轮发电机组核心部件安装领域提交了一份可参考的答案。
撰文:《中国报道》记者 王金臣
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