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超级工程的智慧——白鹤滩水电站技术攻坚纪实
来源:华东院 作者:华东院 时间:2025-12-18 字体:[ ] 分享:

“十四五”期间,由中国电建设计承建的金沙江白鹤滩水电站全部机组投产发电。习近平总书记在致电站首批机组投产发电的贺信中称之为“当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程”。这座坐落于川滇交界的大国重器,装机容量1600万千瓦,年均发电量约624亿千瓦时,能够满足约7500万人一年的生活用电需求,成功绘就出“高峡出平湖、绿色惠民生”的时代画卷,筑牢中国式现代化的绿色脊梁。

从“中国制造”到“中国创造”的跨越

作为全球水电建设的引领者,中国电建承担了白鹤滩水电站的全过程勘测设计和主要施工任务,电站创下6项世界之最,攻克16项世界级核心科技难关,形成127项关键技术突破。这串科技创新成果的亮眼数据,清晰展现出白鹤滩水电站所取得的一系列里程碑式的创新成果和技术突破。

而在数据背后,从更深远的角度看这座电站的成功,显示出我国大型水电工程建设从“中国制造”到“中国创造”的跨越:电站的设计、建设,机电设备制造安装全部自主实现,极大提升了我国水电全产业链水平,推动我国巨型地下空间、特高拱坝工程、高端装备制造水平的进一步提高,使我国水电建设水平远远走在了世界的最前列,为我国后续其它巨型水电工程建设提供了充分的技术储备。

建在“一把筷子”上的特高拱坝

1991年以来,在中国电建华东院全面开展工程勘测研究后,白鹤滩举世罕见的复杂地质情况逐步被揭示出来。为了查明复杂的地质条件,中国电建华东院团队完成了世所罕见的勘察工作量,完成钻孔近20万米、勘探平洞5万余米,仅地质专题研究就开展了20余项。

地质的“超规范、超经验”难题之一就在于白鹤滩大坝坝基玄武岩柱状节理发育,对于柱状节理玄武岩易松弛易解体的特性,建设者们形象地将之比喻成一把“筷子”,能否在这样的地质条件上建300米级特高拱坝,世界上没有这样的先例。同时,大坝所在河谷极不对称的地形、坝肩缓倾角错动带和陡倾角断层的不利影响等,都向白鹤滩水电站的建设抛出挑战。

设计团队对柱状节理玄武岩作为高拱坝坝基的可行性、坝体结构适应性、爆破开挖技术、防松弛保护措施等开展了全面、系统的研究,并结合拱坝体形和结构,开展一系列研究和设计优化,开创了极易松弛解体坝基上建设特高拱坝的世界先例。他们大胆创新、小心求证,成功在“一把筷子”上筑起这座世界第三高拱坝。

大坝建设中,中国电建以数字赋能交出智能答卷:白鹤滩大坝布设7.5万米测温光纤与5774支传感器,实现混凝土全生命周期智能温控,夏季浇筑温度精准控制在27℃以内,大幅提升了混凝土的温控防裂性能,成功破解“无坝不裂”的魔咒。

破解世界难度最大的泄洪消能难题

面对金沙江汛期巨大流量和狭窄河谷的挑战,白鹤滩工程需安全下泄世界第三大的9万兆瓦能量的洪水,其“高水头、窄河谷、巨泄量、不对称”的特点使得泄洪消能成为世界级难题。

设计团队创新提出表孔、深孔与岸边泄洪洞三套泄洪设施组合的不对称布置解决方案。通过在坝身设置6个无齿坎分层大差动表孔、7个分层多股水流深孔,在左岸设置三条无压泄洪洞,使枢纽的最大泄洪流量逾4.2万立方米/秒,仅需6分钟就能泄掉一个西湖的水量。同时,设计建设了世界规模最大的反拱水垫塘,高效消散水流巨大能量,保护坝体与下游河道安全。

敢为人先的创新和“锱铢必较”的考究,在泄洪洞方案的设计上体现得淋漓尽致。白鹤滩电站的超长高流速大型无压直泄洪洞,不仅是世界最大的无压泄洪洞群,其首创“底+侧”非同步立体掺气减蚀结构等,克服了常规泄洪洞的缺陷。泄洪洞的布置方案,是“左右岸布置”还是“全左岸布置”,“3条方案”还是“4条方案”,“无压”还是“有压接无压”型式……设计团队对11种布置方案进行层层遴选,才选定左岸三条无压泄洪洞方案。仅仅是泄洪洞出口水流归槽的挑流鼻坎型式,工程师们初拟的方案就多达30多种。

勇闯百万千瓦水轮发电机组“无人区”

白鹤滩水电站安装16台100万千瓦的水轮发电机组,这是世界单机容量最大的水轮发电机组,标志着我国巨型水轮发电机组设计、制造能力达到世界领先水平,具有划时代意义。从蓝图到投入运行,背后却是十余年漫漫科研路。

水轮发电机组迈入百万千瓦级,并非中小型机组的简单放大,而是新材料、新工艺、新设备和新技术的研发与应用。白鹤滩水电站“高水头”的特点,使原有600兆帕等级的钢板,无法满足蜗壳对钢材强度的要求。中国电建凝聚骨干力量,联合钢铁企业进行技术攻关,首次在白鹤滩采用100毫米厚800兆帕蜗壳钢板,提出了采用新材料所需满足的技术要求和技术标准,以及800兆帕蜗壳厚钢板的检测方法,引领水电行业钢材升级。提出了百万千瓦机组及其主要配套设备的一整套技术要求,为研制百万千瓦级机组及其配套设备,制定国家和行业相关标准奠定基础。

筑就错综复杂的“地下宫殿”

白鹤滩水电站建在高山峡谷中,需要开挖巨型地下洞室群布置引水发电系统——2500万立方米的开挖空间、200余千米的开挖总长、364个错综复杂的地下洞室,于是世界上规模最大的水工地下洞室群应运而生。

超大规模、超密集的地下工程,再加上地应力高、错动带发育、岩石硬脆易碎,地下洞室群开挖过程中洞与洞之间的相互干扰非常强烈,围岩极易发生卸荷松弛、破裂和变形,围岩稳定控制难度空前。

在大量试验研究的基础上,设计团队多角度揭示了高地应力条件下洞室群围岩局部破裂的发生原因和规律、错动带不连续变形的演化规律以及立体交叉地下洞室群的联动效应。团队研发了密集洞室群围岩时空变形全过程调控的成套技术与方法,解决了高地应力下玄武岩卸荷破裂松弛、错动带不连续变形及巨型洞室群联动效应等关键难题。岩石力学理论获得创新,密集巨型洞室群建造技术实现重大突破。

大坝锁江涛,绿电惠五洲。白鹤滩水电站现已全面投产三年多,发出清洁电力2000多亿千瓦时,建筑物和机组运行数据均优于技术控制值,辉煌的成就令水电建设者们倍感自豪。从白鹤滩的钢筋铁骨到墨脱的壮阔蓝图,中国电建以全产业链整合锻造大国重器,相信在中国这块土地上,不仅可以建设伟大的水电工程,也完全能够攀登世界科技的珠峰。

白鹤滩水电站大坝

全球首台百万千瓦水轮发电机组吊装

全球最大规模地下厂房


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