科技改變生活 · 科技引領未來
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三峽地下電站機組大廳相當長時間以來，人們只知道三峽大壩有兩座電站：左岸電站安裝14臺70萬千瓦機組，右岸電站安裝12臺70萬千瓦機組，總共裝機26臺，總裝機容量為1820萬千瓦。是什么時候冒出個地下電站，而且是個要安裝6臺70萬千瓦機組的巨
三峽地下電站機組大廳
相當長時間以來，人們只知道三峽大壩有兩座電站：左岸電站安裝14臺70萬千瓦機組，右岸電站安裝12臺70萬千瓦機組，總共裝機26臺，總裝機容量為1820萬千瓦。
是什么時候冒出個地下電站，而且是個要安裝6臺70萬千瓦機組的巨型電站呢？
要弄清緣由，時間得朝前推至三峽工程準備階段一一
地下電站：從幕后走向前臺
1993年公布的《三峽水利樞紐初設報告》在談及樞紐布置時提到：“在右岸留有后期擴機的地下廠房”。
2001年8月，有細心的記者發現了新情況：三峽大壩右岸鄰近茅坪防護大壩的山體凹陷處，有大型挖掘機在實施打洞作業，而且是并排6個大洞。一打聽，原來是為搶在蓄水前在干地上完成的預建項目-----地下電站進水塔及金屬結構制安預建工程。它作為地下電站“第一標”，率先行動了。
于是，媒體報道說三峽電站的總裝機容量將由原來的1820萬千瓦增至2240萬千瓦。這個數據，就是加進了地下電站的6臺機組。但當時，似乎并沒有引起外界的注意。
2004年底，國務院三峽建委批準，原則同意三峽工程增建項目地下電站土建工程開工，標志著三峽地下電站已從幕后走到臺前。
眾所周知，防洪是興建三峽工程的首要任務。但每年汛期前必須將175米高程的庫水位棄至防汛限制水位145米，非常可惜。萬里長江滾滾流，流的都是煤和油!
在右岸山體內興建地下電站的舉動，是變廢為寶。
由此可見，興建三峽地下電站是為了充分利用水庫充足的水源，增加發電效益。換成行話，建設三峽地下電站旨在“調峰”。三峽工程全部建成后，每年汛期到來前必須將175米高程的庫內蓄水降至145米。因此，每年5月至10月的汛期，白白泄走大量蓄水。地下電站將“吃掉”這些棄水，產出37億度電量。三峽的水量利用系數可望超過90%。
此外，若三峽左、右岸電站里有機組要檢修，而發電所需的水量供大于求時，地下電站也可以及時“補位”。
中國三峽總公司總經理李永安認為：“全國缺電，要充分利用企業現有資源，要考慮挖掘現有的能源潛力。就我們而言，挖掘現有潛力就是提高三峽和葛洲壩的發電潛力。其一，對葛洲壩進行增容擴機，就是在現有的271萬千瓦的基礎上再增加70萬到80萬千瓦的發電能力。其二，要加強這兩個樞紐、兩個電站的靈活調度與科學管理，提高設備的利用率，提高水能資源的利用率。而電站盡量減少棄水并以此增發電量，這個效益是來得最快的”。
正是基于這樣的認識，業主決策層決心加快三峽地下電站的前期工作步伐。2004年3月，《三峽樞紐地下廠房專題報告》審查會在宜昌進行。4月，中國三峽總公司總經理辦公會就地下電站方案優化及尾水洞選型進行專題討論。
隨著主體洞挖工程優化方案的出臺亮相，三峽地下電站的分標方案已經確定。2004年8月，三峽右岸地下電站招標設計審查會在壩區結束。會議原則同意長江設計院提出的分標方案，即分設引水系統、主廠房及輔助洞室、尾水系統與安全監測4個標段。
三峽地下電站建成后與壩后電站統一調度，水量利用系數可望超過90％。建成地下電站，不僅使三峽電站能更好地利用水資源多發電，更重要的是能增加三峽電站的調峰能力。論證地下電站的專家們說，調峰能力增強，能夠使三峽工程不棄水調峰的時間增長，這一無疑對今后補充華中、華東地區調峰增長需求以及電力系統的穩定起到重要作用。
2005年3月，三峽地下電站經國務院相關部門批準正式施工。預計2010年首臺機組發電，2012年全部完工。
地下電站：設計規模與施工難度
相對敞開式電站而言，地下電站是置發電機于山體內的隱蔽式電廠。三峽地下電站位于大壩右岸的“白巖尖”山體內，設計廠房長311.3米、寬32.6米、高87.24米。 新增6臺70萬千瓦的水輪發電機組，等于多了1.5個葛洲壩水電站。
三峽地下電站的主要建筑物分為三大部分：引水系統、主廠房系統、尾水系統。工程投資概算約70億元。
地下電站引水洞采用單機單洞無調壓井方式，共布置6條引水隧洞，由上平段、斜井段（含上下彎段）、下平段組成。6條引水洞平面上為直線布置，均為等長有壓引水洞。
地下廠房由主廠房、安裝間、廠房輔助段組成，總長311.3m。主廠房設置巖錨吊車梁，其廠房巖錨梁以上開挖跨度為32.60m，巖錨梁以下開挖跨度為31.00m，開挖高度達87.24m,頂拱開挖高程105.24m，底部最低開挖高程18m,巖錨吊車梁軌頂高程90.50m。
母線系統主要由1條母線廊道、6條母線平洞、3條母線豎井組成。
尾水系統為單機單洞，共6條，由尾水管、變頂高過渡段、阻尼井、尾水洞及出口閘門井等系統組成。
這里將誕生新的中國之最
地下電站主廠房洞室斷面為直墻曲頂拱型，吊車梁以下跨度31米，吊車梁以上跨度32.6米，廠房最大高度87.3米，長311.3米。中國工程院院士、三峽工程總設計師鄭守仁稱：該電站廠房的跨度和高度，目前均為國內第一。
地下電站廠房跨度大、邊墻高、交叉洞室多、與尾水洞的距離近，且受斷層及不穩定塊體的影響，高邊墻及頂拱開挖穩定問題突出，是本工程施工的難點。其次，尾水洞開挖跨度大、邊墻高，單條尾水洞相當于一個中型地下廠房，尾水洞之間洞壁較薄、圍巖穩定問題突出，且阻尼井、尾水變頂高過渡段布置緊湊、體型復雜，施工難度大、干擾多，是本工程施工的重點。另外，引水系統斜井施工坡度陡，距離長，且直接影響主廠房下層施工，是本工程施工的又一重點。
由頂至底，廠房開挖九連環
地下電站主廠房高度87.24m，共分9層進行開挖，每層高度8~10m（頂拱層為13.24m）。其中，第Ⅰ層頂拱層和第Ⅱ層巖錨梁層開挖難度最大，工期也最大，約占總開挖工期的一半左右，主廠房各層開挖分別利用廠右1#施工支洞、交通洞、母線洞、引水洞下平段及尾水洞作為開挖通道。每層開挖均采用“平面多工序、立體多層次”的施工方法，做到開挖、支護（錨桿、錨索及噴混凝土）的協調統一。在開挖過程中，結合預埋的多點位移計等監測成果及時調整施工措施。
巖錨梁的開挖及混凝土施工是主廠房開挖的主要難點。巖錨梁高度為3.5m,寬度為2.6m，為鋼筋混凝土結構，其下部高程為EL86.8m，頂面高程為EL90.3m，位于Ⅱ層開挖范圍內，巖錨梁開挖結合主廠房采取預留5m保護層方式。先對Ⅱ、Ⅲ層中槽兩邊線一次性預裂至Ⅲ層底部，再用潛孔鉆進行Ⅱ層中部梯段爆破拉槽，最后對預留5m保護層用潛孔鉆(或手風鉆)垂直鉆爆，保護層開挖先采用手風鉆光爆至斜墻頂部，然后用潛孔鉆對下直墻所在面直接垂直預裂，并一次預裂至Ⅲ層底部，最后對巖臺三角體斜墻面采用手風鉆打斜孔光爆方式。
在澆筑巖錨梁之前，中間潛孔鉆梯段拉槽爆松（不出碴），以控制開挖質量并最大限度減小對巖錨梁的爆破振動。主廠房Ⅲ層梯段爆破全部結束后，進行主廠房巖錨梁混凝土施工，巖錨梁混凝土施工采用分塊隔倉進行，模板采用進口的WISA模板組裝而成，混凝土運輸采用吊車配6m3吊罐并結合混凝土泵送入倉。
“變頂高”：過渡段開挖新花樣
尾水管設計是“變頂高”，它構思新穎，無論聽與看都令人饒有興致。
據專家介紹，尾水管設計之“變頂高”，主要目的有兩個：一個是緩沖減壓，一個是節省地下空間。
尾水管過渡段最大高度26.5m，6個洞分三序間隔進行開挖，即以3#、6#為一序，2#、5#為二序、1#、4#為三序。每個洞均分上、中、下三層進行開挖，上層開挖高度為6.5~8m，中層開挖高度為8.5m，下層開挖高度為10m。
上層開挖采用臺車造孔，中導洞先行、擴挖跟進的方法施工，上層全部開挖結束后逐層進行中、下層開挖。中、下層開挖采用潛孔鉆中部拉槽，兩邊及底板預留2m保護層采用臺車或手風鉆水平光爆進行施工，尾水管爆破后用3m3裝載機配15t自卸汽車出碴。
地下電站主廠房施工，是整個地下引水發電系統施工關鍵線路，施工程序的安排以主廠房的施工為主線。
2005年3月1日，地下電站主體工程正式開工。
2005年12月完成引水洞下平段、主廠房Ⅰ層開挖及支護；
2006年12月完成主廠房Ⅱ、Ⅲ層開挖及尾水洞開挖；
2007年9月完成主廠房全部開挖與支護；
2008年12月完成引水洞壓力鋼管安裝、主廠房45m以下混凝土澆筑及所有洞室混凝土襯砌。
地下電站：藏在山內人未識
你還知道三峽地下電站的模樣吧？
建成后三峽地下電站，廠房面積有足球場大，29層樓高。整個地下電站土石開挖量將達146萬立方米，若按高度一米計算，可鋪滿215個標準足球場。
不是身臨其境，你不會相信這里就是在堅硬的花崗巖山體中鑿出的洞室。
看，拱型的巖面如刀切斧削平滑而下，平行的炮孔首尾相接伸向遠方。我想，無論誰第一次來到三峽地下電站施工現場，都會被恢弘的氣勢所震撼，更為這巧奪天工的藝術創造而折服。
地下電站主廠房洞室斷面為直墻曲頂拱型，吊車梁以下跨度31米，吊車梁以上跨度32.6米，廠房最大高度為87.3米，長311.3米。內行人都明白，跨度、高度與施工難度是成正比的。
這樣大的洞室要在三峽右岸堅硬的花崗巖山體中鑿出。主廠房上覆蓋的山體厚度約60-90米，最薄處僅35米，屬淺埋超大型地下廠房。常識告訴我們，覆蓋層越薄，大跨度洞室圍巖的穩定變形就越是難以控制。
三峽工程經過一二期工程的實踐，在質量管理、安全生產、文明施工管理上已經進入相當成熟的階段。在二期施工中，三峽工程就實行質量安全雙零事故管理目標，進入三期工程施工后，三峽工程的施工組織者中國三峽總公司提出要創造精品工程，各施工單位都鉚足了勁要在三峽工程收尾時作個精彩的亮相。
“地下尖兵”，再創輝煌
從土建工程來說，洞室開挖是粗活。雖說三峽地下電站主廠房開挖有難度，但對于有著豐富地下工程施工經驗的水電十四局人來說，還算不上是難題。可十四局人明白：三峽工程要求的是精品工程，從施工質量、安全生產到文明施工，三峽建設者都必須做得最好。于是在地下電站主廠房開挖過程中，粗活也用上了“繡花功”。
如何在最薄處僅35米的覆蓋層下打出跨度足夠平行布置兩個籃球場的地下洞室并確保洞室圍巖的穩定？如何滿足比行業規范還要嚴格的三峽標準，確保洞室質量？如何解決好通風散煙及文明施工問題？這些困難，十四局人在中標前已有充分的考慮。
稍有工程常識的人都知道，如果洞室高度超過一次成型的可能，就要分層開挖，而其最難者，即是第一層的開挖。為了確保跨度32米的洞室圍巖穩定，在標前的施工組織設計中，他們曾考慮采用品字形開挖方案開挖第一層，即先開挖兩邊再開挖中部。“沒有最好，只有更好。”進駐三峽后，他們組織大量施工技術人員，進行了大量的研究試驗，從技術、安全、質量和進度等多方面分析和討論，否定了標前的方案，最終確定：地下廠房一層開挖最大高度14米，分上下兩層施工，上層又分為中部、上游側和下游側三部分進行開挖。首先開挖的是上層中部。開挖中部時他們先打一個寬8米高6米的小洞作為施工導洞。
這樣做的目的是：一， 為廠房一層的全面施工進一步探明地質條件；二， 為后來大塊面的開挖創造好的爆破臨空面，減小爆破對需要保護的巖體和建筑物的影響；三， 使洞室盡早形成自然通風通道。
中導洞的周邊并沒有到達設計的開挖線，但為了減小對巖石的擾動，減小臨時支護工程量，特別是為一層全面開挖找到合適的爆破參數，中導洞的開挖采用了光面爆破技術，仍按永久洞室開挖的要求進行質量控制。經過對中導洞爆破參數的一次次調整和總結，他們終于掌握了三峽地下廠房的巖石特性，找到了合理的施工參數。炮孔應打多深、間距設置多大、藥裝多少適宜他們清清楚楚。
當中導洞掘進至100米左右，他們開始進行中部擴挖，即把中導洞擴大至9米高15米寬，此時的頂拱即是洞室設計的開挖線。當擴挖推進至100米左右，并對頂拱進行錨固支護后，就開始上下游兩側的開挖。上下游兩側開挖雖可算是同時進行，但一前一后相距60~70米，避開了相鄰部位的集中爆破。
平滑而下的拱型巖面，首尾相接的平行炮孔是如何成型的呢？原來，他們在鉆爆時增加了一項控制措施。以往地下工程施工在開挖斷面通過測量放線確定炮孔位置后即可開始鉆孔，至于進孔的角度就全由鉆爆手憑感覺掌握了。但在三峽地下廠房的施工中，從開挖中導洞開始，十四局人就在開挖斷面沿著廠房軸線設置了方向線，每間隔50公分放一根，鉆爆手下鉆時以方向線為參照，控制炮孔傾角。同時質檢人員嚴格過程控制，每次鉆孔結束后，要對炮孔的方向、深度、布置經過驗收合格后，才能進行裝藥爆破。他們采取的措施非常有效，爆破以后，周邊孔平滑完整，孔向成一條直線，間隔均勻，半孔率高。
驗收：質量竟比行業規范高
三峽地下電站主廠房2005年3月1日開工。目前，地下電站主廠房一層上層的中導洞及其擴挖已全部結束，正在進行上下游兩側的開挖，預計2005年10月底主廠房一層開挖可全部結束。
2005年3月14日，國務院三峽工程質量檢查專家組專家魏永暉在地下廠房施工現場調研時說：“隧洞規格成形比較好，現場文明施工很受鼓舞。”
4月3日至7日，國務院三峽工程質量檢查專家組專家、中國工程院院士潘家錚、譚靖夷、羅紹基、梁應辰等19人來三峽工地檢查施工質量。在查看地下電站主廠房施工現場后，專家們對施工人員一開始就高度重視質量給予了充分肯定。
潘家錚院士說：“主廠房和尾水洞開挖質量之高，出人意料，確實稱得上是一個少見的精品工程。”
8月3日，三峽總公司副總經理曹廣晶在水電十四局局長李躍平、副局長洪坤陪同下，到三峽地下電站主廠房進行檢查，曹廣晶說“地下廠房工程施工面貌精美，開挖極具藝術性。”
9月15日，中央政治局委員、國務院副總理曾培炎蒞臨廠房施工現場視察指導，三峽總公司總經理李永安介紹道：“廠房頂拱誤差控制在7.1cm，遠遠高于國家規定的行業標準，這樣高品質的工程來自十四局。”聽完匯報后，曾副總理對十四局在三峽的貢獻表示滿意。
查看三峽發展監理工程師監理記錄，至2005年8月底，在已驗收評定單元工程159個中，優良單元158個，合格率100%，優良率99.4%。其間，進行爆破效果檢測237次，測得開挖半孔率為94.6%，地下廠房頂拱平均超挖7.10cm，上游側平均超挖10.1cm，下游側平均超挖11.7cm，比規范20cm以內的要求要好多了。
通風散煙：這里的環境很舒適
文明施工是所有地下工程的一個難題，特別是解決通風散煙問題。這并不是因為有多少技術難題不能解決，而是長期以來無論是建設單位還是施工單位習慣于從成本考慮，盡量減少此項費用，所以地下工程給人們的印象總是烏煙瘴氣。但是，在三峽地下廠房完全是另一番樣子。
在1號施工支洞口，首先映入眼簾的是色彩鮮艷線條清晰的電站透視圖以及醒目的安全宣傳警示標語，洞口幾十盆鐵樹在混凝土、塔吊、車輛這些單調的背景下，顯得特別清新。走進施工支洞內，混凝土路面一塵不染，邊墻上風水管電線整齊劃一。進入主廠房，除了有足夠的照明外，最讓人意外的是場地平整干凈、空氣清新、視線良好，不要說與別的工地不一樣，就是與六七年前的三峽船閘地下輸水廊道的開挖也大不一樣。
“我們確信，只有在舒適的環境下才能創造出精品工程”。項目部副總經理付勇如是說。
創造精品的是人，改造環境的同樣是人。他們是怎么做的呢？答案在這里一一
一、為造孔設備加裝降塵裝置。潛孔鉆、手風鉆等鉆孔設備在造孔時粉塵非常大，為了減少污染，技術人員為潛孔鉆加裝改造了空氣濾清器和孔口除塵裝置，利用水幕稀釋降塵，同時規定用手風鉆造孔時不得打干鉆，必須加水除塵。
二、增設兩條直徑為1.4米通風豎井。施工單位經過反復研究，征得業主同意后，在主廠房中部擴挖時，采用反井鉆機技術40天就鉆通了總長為165米的兩條從山頂垂直通向廠房中部的通風豎井。這仿佛為主廠房增設了兩個大煙囪，加上1號支洞口的抽風機，形成了自然通風與機械通風相結合的通風模式，使洞內空氣可以循環對流，大大改善空氣質量。
三、針對洞內設備尾氣排放和噪音兩大突出問題，施工技術人員通過反復摸索，為裝載機等大型進口設備成功加裝了尾氣排放過濾裝置；為壓風機和登高平臺車加裝了一個電動油泵，行走時燒油，定位后用電油泵工作，大大降低了設備在洞內的油煙和噪聲。通過這些措施，主要設備尾氣排放達到了歐Ⅱ排放標準。
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李書遠