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中国科学院院士陈祖煜:白鹤滩工程是我国水电建设的又一座高峰

  设计总装机容量仅次于三峡的中国第二大水电站——金沙江白鹤滩水电站即将迎来国家核准,该电站是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站,也是三峡集团滚动开发金沙江的最后一站。其建成将使中国水电综合实力再上新的台阶。

  白鹤滩水电站位于云南省巧家县大寨镇与四川省凉山彝族自治州宁南县六城镇交界的白鹤滩,上游与乌东德梯级电站相接,下游尾水与溪洛渡梯级电站相连,装机容量由规划初的1250万千瓦增加为1600万千瓦,位居世界第二,是金沙江水资源下游水资源利用的重要一环。据悉,白鹤滩水电站也是金沙江下游第三座高拱坝工程,拱坝最大坝高289米。为国内坝址地形地质条件最为复杂的高拱坝工程之一,高拱坝设计建设综合技术难度位列第一。建设这样一座高拱坝工程,在工程建设方面有哪些难点,需要面临哪些次生灾害的防范?本报记者带着这些疑问采访了白鹤滩工程专家组成员,中国科学院院士、中国水利水电科学院教授级高级工程师陈祖煜。

  开创柱状节理玄武岩

  高拱坝坝基世界先例

  在金沙江高山峡谷的狭窄河道中,使用拱坝这种精巧结构建造大坝,能降低混凝土的使用量,有效节约投资,是一种经济安全的建筑形式。拱坝借助拱的作用将部分水压力传给河谷两岸的基岩,其受力特点决定了在水压力作用下坝体的稳定需要利用拱端坝基基岩的反作用来支承,若抗力体中存在不利于稳定的结构面,在拱端推力作用下,可能导致坝肩岩体的滑移失稳。

  白鹤滩坝址区存在峡谷地形不对称,岩性复杂,软弱结构面性状差等地质状况。“白鹤滩水电站有一个独特的地质现象,是水电站建设中少见的,那就是玄武岩柱状节理。”陈祖煜院士向记者介绍说。玄武岩柱状节理是发育玄武岩中的一种原生张性破裂结构,它的形态往往呈一种不太规则的多边形长柱体。“从形状上看就像麦当劳的薯条一样,开挖后则容易产生松弛、崩落等现象。”陈祖煜院士告诉记者,在国内外工程中,柱状节理玄武岩偶有碰到,但分布位置未涉及主体建筑物,因而对其特性的研究甚少。白鹤滩是国内首个利用柱状节理玄武岩作为坝基的高拱坝工程,首次系统和深入地开展了柱状节理玄武岩工程特性研究,柱状节理玄武岩松弛特性和处理措施的研究贯穿工程设计全过程。

  作为曾参与白鹤滩工程论证的专家,陈祖煜院士表示玄武岩柱状节理是白鹤滩论证的关键技术问题之一,经过国内专家多次论证,最终认为白鹤滩虽然存在玄武岩柱状节理但由于其岩石坚固,且咬合紧密,仍然适合修建一座289米高的高坝建筑。

  据悉,目前白鹤滩工程选择微新柱状节理玄武岩作为建基面,对开挖表层岩体预留保护层、预锚、强化灌浆等处理。柱状节理玄武岩出露部位设置混凝土扩大基础以有效降低坝趾压应力水平,成为国内外高拱坝工程中设置扩大基础规模最大的拱坝工程。“目前白鹤滩的坝肩已经完成开挖工作,从实际情况来看,比我们之前预估的情况要好很多,这是好事。但坝基的地质薄弱环节仍然存在,需要我们在整个建设过程中要精心施工,加强现场检测研究,确保工程安全。” 陈祖煜院士介绍说。

  建立预警系统

  应对泥石流灾害

  金沙江下游地区深山峡谷众多,在复杂的自然条件下,如果集中降雨,极易发生泥石流,加之工程场地狭窄,一旦发生泥石流将直接威胁工程安全和人们的生命财产安全。“白鹤滩场地的泥石流风险防范,是我关注的第二个问题。” 陈祖煜院士告诉记者。

  白鹤滩水电站工程区地处高山峡谷区,沟谷深切,纵比降大,岩体卸荷较强,两岸危岩体、危石广布,不良地质现象发育,坡面冲沟多为泥石流沟,左岸的矮子沟、凉水沟、延吉沟、牛路沟,右岸的海子沟、大寨沟、白鹤滩沟等都发生过规模不等的泥石流。对已经查明的地质灾害,根据地形地质条件和危害对象、危害程度,白鹤滩工程建设部采取了相应的治理措施,重点开展了矮子沟泥石流防治、大寨沟泥石流防治、海子沟沟水处理等项目。在移民安置上选择了安全系数较高的地方进行安排。“虽然我们对移民做了妥善安置,在工程设计上对这些泥石流沟进行加固处理,但最重要的措施还是建立预警系统,遇到险情马上撤离。”陈祖煜院士说。

  2006年在矮子沟流域曾经发生了一起泥石流事故。这起泥石流事故的发生并不是因为工地降雨造成,而是由高出工地1000-2000米的高地暴雨导致。“所以我们在设置监测预警系统的时候,不能只关注沟口的雨量,更要对高寒浓雾地区的宏观环境进行检测。利用国土资源部已有的远程监测平台,将有利于我们及时掌握高山浓雾地区雨量信息,及时作出应对方案。” 陈祖煜院士说,只有建立起一套集风险识别、风险评估、风险处理为一体的适合水电工程泥石流灾害防治的风险管理体系,才能更好地保证工程和人民财产安全。

  “白鹤滩工程是我国水电建设的又一座高峰,虽然存在诸多技术难点,但经过十几年的勘测设计、试验研究,并总结借鉴了溪洛渡、小湾等工程的经验,白鹤滩水电站的大量关键技术问题已经得到解决,没有制约工程建设的因素。” 陈祖煜院士这样评价白鹤滩工作的核准开工。他表示,三峡集团拥有丰富的大型水电开发与运营的建设管理经验,在这样一家央企的开发建设下,相信白鹤滩工程必将带动我国巨型水电站建设水平的进一步提高,成为世界水电发展过程中里程碑式的水电工程。

  (本文原载于《中国三峡工程报》于2017年8月3日出版的白鹤滩水电站主体工程全面建设特刊)

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