編者按

習近平總書記指出,“能源問題是發展中的戰略問題”“能源的飯碗必須端在自己手里”。

“十五五”開局之年,各地立足資源稟賦、依托區位優勢,加快建設能源基地,能源強國建設的時代畫卷徐徐鋪展。

坐落于昌都左貢、林芝察隅交界玉曲河谷的扎拉水電站,是國家布局高原綠電、打通“藏電外送”戰略通道的示范工程,也是世界首臺(套)重大技術裝備攻堅項目。全面投運后,扎拉水電站年均發電量可達39.46億千瓦時,每年可節約標準煤約130萬噸,減少二氧化碳排放約342萬噸。

6月6日至14日,中國外文局《中國報道》記者深入扎拉水電站建設一線,在平均海拔3000多米的施工現場,從科技自立自強攻堅、邊疆民生普惠共享、高原生態協同保護、區域產業全域賦能四大維度縱深展開,解碼“十五五”新型能源體系落地實踐,具象呈現我國立足本土資源、堅持裝備自主、穩步向綠進階的能源強國建設生動圖景。

清晨時分,晨曦剛剛掠過梅里雪山的皚皚峰頂,玉曲河谷的寧靜便被工人敲擊的叮咚聲和巨型塔機的轟鳴聲喚醒。

△ 正在建設的拉扎水電站首部樞紐。攝影/張利娟

在海拔3000多米、含氧量僅有平原70%的西藏自治區東南部橫斷山脈區域,扎拉水電站的建設者們正試圖完成一項看似不可能的任務:修筑大壩,開挖引水隧洞,建設廠房,利用近700米的天然落差,馴服奔騰的江水,將其轉化為驅動未來的澎湃綠電。

巧借“幾”字形彎

驅車沿玉曲河順流而下,兩岸高山峽谷如刀劈斧削呈“V”字形,盡顯藏東南橫斷山脈的雄渾與蒼涼。從空中俯瞰,坐落于昌都市左貢縣和林芝市察隅縣境內的玉曲河流域,在碧土鄉扎郎村至珠拉村之間畫出一個壯美的“幾”字形彎,河勢回轉,峽谷幽深。

為何將這座擁有世界首臺(套)500兆瓦高水頭沖擊式水輪機組的大壩選址于此?答案藏在大自然極致的饋贈與嚴苛的篩選中。

“約60公里的‘幾’字形彎,首尾直線僅5.5公里,天然落差卻近700米。”西藏藏東南清潔能源開發有限公司玉曲河分公司執行董事謝學東說,面對這份饋贈,扎拉水電站采用“裁彎取直”的引水式開發,最大限度縮短引水線路,充分利用河道落差所蘊藏的豐富水能。

據了解,扎拉水電站壩址控制流域面積8546平方千米,多年平均流量每秒110立方米,多年平均徑流量34.8億立方米。自然的饋贈往往伴隨著嚴苛的考驗。對于采用混凝土重力壩的扎拉水電站而言,大壩的安危系于腳下基巖的穩固。

“‘幾’字形彎位于新構造活動較強烈地區,巖性構成復雜,巖體性狀差,斷裂構造發育,這為大壩選址和開挖都造成了極大的困難和挑戰。”中國水利水電第四工程局有限公司(以下簡稱水電四局)扎拉施工局常務副局長卜崇財告訴中國外文局《中國報道》記者,扎拉水電站采用重力壩設計,需依靠自身重力保持穩定。但區域巖石穩定性相對較弱,選址必須找到微風化、承載力好的基巖。

據卜崇財介紹,通過專家論證,大壩不得不舍棄距離大壩上游約一公里的選址。

盡管如此,當前大壩的壩基仍存在緩傾角裂隙,右岸壩肩分布強傾倒變形巖體。“我們不得不把破碎的基巖挖掉,用混凝土進行回填,以滿足大壩擋水、泄洪及整體穩定的功能要求。”指著大壩回填區域,卜崇財的話語中透著建設者的堅韌。

此外,卜崇財表示,通過水工模型、泥沙模型試驗和數值分析研究,大壩采用水庫沉沙、設置排沙底孔、汛期限制水位排沙等綜合措施,解決了水庫泥沙淤積和機組過機泥沙問題;通過采取消力池和生態電站尾水組合布置的方案,克服了泄洪消能對生態電站、邊坡等建筑物的不利影響;為滿足河流生物溯流需求,還修建了生態魚道,利用生態電站和壩身設生態孔的相互調節,有效提高了生態流量泄放保證水平。

穿越“高原天塹”

在西藏建設大型水電站,不僅是一項宏偉的工程,更是一場人類與極端自然環境“掰腕子”的較量。

△ 扎拉水電站首部樞紐三維效果圖。

第一次進行大壩主體段澆筑時,水電四局扎拉施工局工程管理部主任牛濤就遭遇了嚴峻挑戰。“海拔近3000米的高原河谷晝夜溫差可達20℃,容易在混凝土澆筑時引發裂縫,直接影響長期安全。”牛濤說。

大壩首倉大體積混凝土在澆筑后出現了溫度裂縫。面對這個質量隱患,牛濤及其團隊白天守在倉號里記錄溫度數據,觀察混凝土狀態,晚上就在工地實驗室與技術人員一起分析數據、調整配合比。經過連續試驗,團隊摸索出了“分倉跳倉、精準控溫、全程保溫”的高原大壩混凝土澆筑工法,成功攻克了技術難題。

牛濤告訴中國外文局《中國報道》記者,為應對溫差變化,壩體在209個倉內布設了3135個智能溫控傳感器,數據實時傳輸到后臺,實時調節冷卻水流速,將壩體內外溫差控制在設計范圍。

如今,承擔著擋水、分流及銜接泄水建筑物重要功能的11號壩段已經順利封頂。“大壩壩頂高程2820米,最大壩高70米。作為大壩主體12個壩段之一,11號壩段位于大壩關鍵銜接部位,澆筑總量約347立方米,澆筑高度2.5米。”牛濤說。

剛在大壩澆筑上啃下“硬骨頭”,另一場更為嚴峻的考驗又接踵而至。在水利水電工程建設中,活躍的斷裂帶是引水隧洞開挖的“攔路虎”。

“沒想到挑戰會這么大。”牛濤坦言,扎拉水電站引水隧洞上平段全長3.68公里,其中,穿越鬧中斷裂帶的破碎帶長約400米,主要由極軟弱的碎裂片狀巖和極破碎的碎裂巖組成。復雜的地質條件導致隨時面臨塌方、掉塊甚至泥石流的危險。

“在這個活躍斷裂帶,我們不能采用常規的爆破作業,只能用反鏟一點點掏,然后用工字鋼支撐好,噴上混凝土。”牛濤回憶道,施工隊每天只能開挖幾十厘米,每個人指甲縫里嵌滿的泥垢早已分不清是混凝土還是巖屑。

此外,為較好地適應地質蠕滑變形,項目引水隧洞穿越鬧中斷裂帶處采用柔性混凝土施工工法。“我們用常規混凝土與高延展性混凝土交錯相接,以此釋放地質蠕變產生的應力,適應一定變形。”牛濤說,“雖然它并非像橡皮一樣柔軟且無強度,但其強度和剛性混凝土相當,在保持一定柔韌性的同時保證了必要的強度。”

如果說引水隧洞上平段的開挖是“步步驚心”,那么深達近600米的豎井段則是一場更為兇險的“暗戰”,破碎巖層與滲水讓施工人員防不勝防。

“在開挖豎井時,我們采用反井鉆機‘先導后擴’的施工工藝進行施工。但在Ⅳ類、Ⅴ類穩定性較差,甚至極不穩定的軟弱破碎巖體中的環境下,施工就像在‘豆腐’里挖隧道。”中國水利水電第七工程局有限公司(以下簡稱水電七局)扎拉項目常務副經理韓寶栓告訴中國外文局《中國報道》記者。

2025年,當施工推進至1號一級豎井近300米深處時,韓寶栓最擔心的事情還是發生了——團隊遭遇了破碎巖層與高壓涌水的雙重夾擊。

“平均每小時近200立方米的地下水噴涌而出,且含有腐蝕性硫酸鹽,對安全管理、設備和工藝都是嚴峻考驗。”韓寶栓回憶道,“本以為水流一段時間就會減弱,沒想到水量越來越大,至今仍在不斷滲出,連受邀專家都感嘆這種情況罕見。”

然而,面對豎井出現的破碎巖層與高壓涌水的問題,他們選擇了向科技要安全。

據韓寶栓介紹,針對涌水難題,團隊在山體水位線下開挖排水洞,有效降低了地下水位;針對塌方風險,項目引進了安全數字化平臺,構建起全域感知、實時預警的“數字化安全穹頂”。通過將超深豎井灌漿、“反井鉆機+智能導向系統”與洞室安全監測相結合,并輔以激光測距儀、智能傾角計和人員定位芯片,實現了對井壁變形的實時分析以及對作業人員的動態管控。

“最終,通過30多米平洞完美銜接的兩條豎井,垂直度誤差牢牢控制在48毫米之內。”韓寶栓告訴記者,這不僅為后續壓力鋼管的安裝打下了堅實基礎,更在極端地質條件下蹚出了一條安全高效的施工新路。

深豎井里的“鋼鐵巨龍”

隨著兩級豎井在藏東南橫斷山脈深處精準咬合,扎拉水電站引水發電系統的“主動脈”已初具雛形。然而,面對近700米的落差,想要穩穩駕馭奔騰的玉曲河水,這條“主動脈”僅靠天然巖層與常規襯砌遠遠不夠,必須輔以更為堅韌的“鋼鐵筋骨”來承受極限水壓。

沿著五號施工支洞緩緩行駛,記者跟隨水電七局的建設者走進引水隧洞中平段,只見工人正在用橋機緩緩將巨大的圓形鋼管擺放到無軌電動運輸臺車上。

“這些直徑4.9米、最重約45噸的鋼管節段,需要沿著垂直落差超600米的盤山險路蜿蜒7公里,才能抵達隧洞口。”水電七局扎拉項目副經理晏耀華告訴中國外文局《中國報道》記者,一級豎井深度約299.8米,二級豎井深度約270.8米,共需鋼管1215節。

△ 扎拉水電站施工現場,工作人員正在準備將壓力鋼管翻身豎放。 攝影/李士萌

然而,如何在洞內完成上千節壓力鋼管的無縫焊接,成為擺在建設者面前的一道難題。

“800兆帕級高強鋼的焊接,在平原地區已屬高難度作業,在3000多米的高原環境下更是難上加難,更不用說在狹窄的洞子里,6個焊工擠在一起同時施工。”水電七局扎拉項目金結副總工程師馬偉回憶道,當時有人提出在隧洞中用埋弧焊橫焊技術會不會更高效。但在他的腦海,其實是一片茫然。

“在水電行業,這是一片無人區。”馬偉坦言,埋弧焊橫焊技術在國內的發展不超過20年,此前多應用于石油化工領域,且工件往往體積巨大、易于翻轉至平焊位置。而扎拉水電站的壓力鋼管體型相對較小,大型設備無法轉動,在狹窄的豎井空間內不可能完成高難度的橫焊。“剛提出這個課題時,我們更多是抱著‘摸著石頭過河’的心態。”馬偉說。

探索之路遠比想象中艱難。在第一次模擬豎井鋼管焊接中,盡管嚴格遵循既定工藝,焊縫仍出現了大范圍裂紋。

△ 水電七局的焊工師傅正在操作橫焊焊機進行豎井壓力鋼管焊接。

“這在預料之外,當時研發團隊承受了巨大壓力。但大家很有韌性,研究本來就是發現問題、解決問題的過程。”馬偉告訴中國外文局《中國報道》記者,為了解決焊機軌道的固定問題,團隊曾設想過許多笨拙的方案,但最終在無數次的頭腦風暴中被更合理的方案替代。

“最折磨人的是那些毫無規律的焊縫裂紋。”馬偉回憶道,在一次試驗中,熔池剛剛冷卻便產生了明顯裂紋,完全出乎所有人的意料。團隊緊急叫停試驗,連夜召開現場會議分析原因,最終查明是焊材質量問題,而非工藝缺陷。

“裂紋的出現毫無規律,前期的試驗基本總結不出一套適用的工藝措施。”馬偉說,那段時間,團隊在黑暗中摸索,承受著常人難以想象的心理重壓。

轉機出現在2024年底。鋼管制作加工廠建立后,團隊開始使用不同材質的鋼材進行實操試驗,并針對焊機適應鋼管內部空間、軌道制作與實際需求不符等問題進行了多次調整和改造,相繼確定了電流、電壓、焊接速度等關鍵參數。

“當自動焊設備在復雜管道上焊出第一條完全符合標準、探傷一次合格的焊縫時,現場所有人都松了一口氣,臉上浮現出久違的笑容。”馬偉說,“經歷過太多次失敗,終于守得云開見月明,大家積壓的情緒一瞬間釋放了出來。”

如今,這項開創性的技術已在扎拉水電站落地生根。它不僅解決了傳統手工焊在受限空間內作業困難、煙塵大、質量不穩定的痼疾,更以一次探傷合格率高達99.9%的卓越質量,為這座世界級“大國重器”提供了堅實保障,更為我國在高水頭大容量沖擊式水輪發電機組核心部件安裝領域提交了一份可參考的答案。

撰文:《中國報道》記者 王金臣