走近位于四川甘孜的兩河口水電站，很難不被此處高絕陡峭的群山險(xiǎn)峰所震撼。世界級(jí)高土石壩壩高295米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，就像“掛”在絕壁上。電站坐落于川西高原的雅礱江干流上，一壩鎖三江，高海拔高寒冷的惡劣環(huán)境無(wú)形之中給項(xiàng)目建設(shè)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。但中國(guó)水電人用勇氣與科技，耗時(shí)16年，在深谷中筑起超級(jí)能源工程。9月29日，兩河口水電站正式投產(chǎn)發(fā)電。

初識(shí)雅礱江兩河口水電站，澎湃新聞（www.6773257.com）發(fā)現(xiàn)，它與大家最為熟悉的三峽工程長(zhǎng)得很不一樣。三峽“瘦長(zhǎng)”，兩河口則是個(gè)高胖的“大個(gè)子”。近300米高的世界第二高土石壩嵌入海拔3000米的V字形高原峽谷之中，連接奇峰陡立、峭壁對(duì)峙的雅礱江兩岸。

世界級(jí)高土石壩嵌在高原峽谷之中

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司（下稱雅礱江公司）兩河口建設(shè)管理局副局長(zhǎng)張貴科對(duì)澎湃新聞介紹稱，大江大河的開發(fā)多采用壩式水電站，如三峽、葛洲壩、白鶴灘、二灘、兩河口都屬于壩式水電站。根據(jù)壩型不同，壩式水電站又可細(xì)分為土石壩、重力壩和拱壩。“三峽采用的重力壩是由混凝土或漿砌石修筑的，主要依靠壩體自重來(lái)維持穩(wěn)定。二灘、白鶴灘的拱壩，是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，借助拱的作用將水壓力傳給河谷兩岸的基巖。兩河口采用的土石壩是歷史最為悠久、應(yīng)用最廣泛的壩型，對(duì)地基適應(yīng)性強(qiáng)，可以因地制宜、就地取材。古代的都江堰、鄭國(guó)渠、靈渠等，都是采用土石材料修筑的。目前我國(guó)有9.8萬(wàn)座水壩，大部分都是土石壩。”

盡管土石壩是古老又廣泛應(yīng)用的壩型，但在兩河口工程壩址上，建設(shè)者們面臨的是一系列前所未有的極限挑戰(zhàn)：高海拔、高邊坡、高土石壩、高地應(yīng)力地下廠房、高泄洪流速等諸多世界級(jí)技術(shù)難題。

兩河口水電站大壩鳥瞰

壩高295米的土石壩，總填筑量達(dá)4300萬(wàn)方，填筑施工受冬雨季施工影響，有效施工時(shí)間短，填筑強(qiáng)度高、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，施工技術(shù)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外均無(wú)成熟、可借鑒經(jīng)驗(yàn)。張貴科回顧道，在兩河口水電站建設(shè)可行性研究報(bào)告中，綜合考慮對(duì)外交通運(yùn)輸條件、地形地質(zhì)條件、當(dāng)前水電筑壩技術(shù)水平及工程投資等因素，確定了采用“礫石土心墻堆石壩”。就土石壩建設(shè)而言，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行施工規(guī)范適用于高度200米以內(nèi)的大壩，像兩河口電站這樣300米級(jí)的水電站大壩在國(guó)內(nèi)外均屈指可數(shù)。土石壩以當(dāng)?shù)赝痢⑹牧蠟橹尾牧希軌沃穮^(qū)多源寬級(jí)配土料和砂板巖互層石料復(fù)雜物理力學(xué)性質(zhì)影響，兩河口電站大壩填筑技術(shù)質(zhì)量嚴(yán)格。不僅如此，“工程規(guī)模增大超過(guò)一定限度就會(huì)由量變引起質(zhì)變，相應(yīng)建設(shè)難度將呈幾何級(jí)數(shù)方式增長(zhǎng)。”

由于填筑物料為石料、黏土等材料，一般人眼里的土石壩“土氣”十足，與混凝土大壩相比，土石壩體型巨大，顯得粗獷豪放，給人一種“科技含量不夠”的印象，但張貴科不這么認(rèn)為。

“土石壩不‘土’，土石壩也‘嬌’。”為什么土石壩不“土”呢？張貴科說(shuō)，土石壩作為當(dāng)?shù)夭牧蠅危鄬?duì)于混凝土壩型來(lái)說(shuō)，其筑壩材料地方特色顯著，如兩河口工程土料場(chǎng)分散，土料成因和物理力學(xué)性能差異大，因此土料、石料的計(jì)算參數(shù)尚有很大不確定性，現(xiàn)有的各種定量計(jì)算分析手段還不能準(zhǔn)確反映土石壩應(yīng)力、變形和滲透等復(fù)雜特性，很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還需要結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧闲再|(zhì)通過(guò)大型的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)解決。以大壩筑壩材料研究作為工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，雅礱江公司在項(xiàng)目預(yù)可研、可研、招標(biāo)和施工圖階段聯(lián)合國(guó)內(nèi)主要知名科研院所、高校進(jìn)行了大量的專項(xiàng)科研試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)專項(xiàng)試驗(yàn)及生產(chǎn)性試驗(yàn)，取得了具有前沿性的科技成果，這些都使土石壩工程科技含量十足。

之所以說(shuō)土石壩也“嬌”，是因?yàn)橥潦瘔尾牧嫌兄鴩?yán)格的級(jí)配、分區(qū)、物理力學(xué)性能和防滲性能等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)要求。為保證高土石壩心墻與壩殼石料的變形協(xié)調(diào)，心墻土料須摻加礫石改善其物理力學(xué)性能，即使是天然含礫土料也往往因?yàn)槠涞[石含量在空間上分布不均勻而需進(jìn)行摻和均勻后方能上壩填筑。另外，土料性能對(duì)負(fù)溫和含水量變化敏感，這給大壩冬季和雨季的施工進(jìn)度和質(zhì)量控制帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

兩河口水電站位于川西高原氣候區(qū)，屬于季節(jié)凍土區(qū)，土體在冬季易發(fā)生日循環(huán)凍融作用，也即夜晚凍結(jié)、白天融化。凍土問(wèn)題是目前國(guó)內(nèi)工程冬季施工一大難題。在水利水電工程中，以往遇到的是長(zhǎng)時(shí)間的凍結(jié)，只能在冬季停工；僅在一些小型工程中遇到過(guò)日循環(huán)凍融作用，沒有開展過(guò)系統(tǒng)研究，所以沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。如果兩河口大壩心墻采用停工方式，將大大延長(zhǎng)工期、增加成本。

土體凍結(jié)后內(nèi)部冰晶明顯

為了解決季節(jié)性凍土難題，雅礱江公司針對(duì)性研究防滲土料凍融機(jī)理，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)掌握溫度變化規(guī)律，創(chuàng)新了國(guó)內(nèi)外高海拔地區(qū)防滲土料凍融防控理論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工成套技術(shù)，開創(chuàng)了高原凍土區(qū)冬季土心墻大規(guī)模連續(xù)施工的先例。“作為大壩生命線的防滲心墻土料，需在冬雨季施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的防雨、防凍、調(diào)整含水率等措施，要‘跟照顧小孩似的’去進(jìn)行大壩心墻料的填筑施工。”張貴科說(shuō)，從這個(gè)角度上講，土石壩顯得“嬌氣”。

中國(guó)工程院院士、長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院院長(zhǎng)鈕新強(qiáng)稱，兩河口水電站創(chuàng)新了國(guó)內(nèi)外高海拔地區(qū)防滲土料凍融防控理論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工成套技術(shù)，開創(chuàng)了高原凍土區(qū)冬季土心墻大規(guī)模連續(xù)施工的先例。

山高谷深的復(fù)雜地形下建設(shè)300米級(jí)特高土石壩，就決定了兩河口水電站的高邊坡規(guī)模巨大，其中最高邊坡684米，比中國(guó)第一高樓上海中心大廈還高50來(lái)米，位居世界水電第二高邊坡。面對(duì)水深超260米、運(yùn)行期漲落變幅達(dá)80米的大型水庫(kù)，如何保證復(fù)雜地形地質(zhì)條件下超大規(guī)模工程邊坡的穩(wěn)定呢？

建設(shè)者們采取“納鞋底”的方式加固山體。山體上密密麻麻的小點(diǎn)，便是“納鞋底”的“針線”——錨索。據(jù)了解，項(xiàng)目總共需要向山體釘入超1.6萬(wàn)束錨索，每束錨索約70米長(zhǎng)、2噸重，相當(dāng)于把整個(gè)“鳥巢”的主結(jié)構(gòu)用鋼量搬運(yùn)到海拔3000多米的高山上。

俯瞰兩河口

“一束錨索得三四十人一齊用力，經(jīng)常要扛著往五六十米垂直高度的作業(yè)面送。”來(lái)自四川涼山的錨索工人說(shuō)，由于缺氧，經(jīng)常走十來(lái)米就得歇一會(huì)兒，有的工友還會(huì)流鼻血，完工時(shí)肩膀也磨破了。

看著“笨重”的錨索其實(shí)也暗藏玄機(jī)。有部分錨索安裝了感應(yīng)器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)邊坡范圍的張拉力，進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)。

在高海拔地區(qū)，土料對(duì)于低溫霜凍和含水量的變化極為敏感，全年有效施工時(shí)間只有200天左右。為了工程又好又快地建成，兩河口的建設(shè)者們不斷摸索創(chuàng)新：寒冬時(shí)節(jié)，要讓心墻蓋上“保溫被”防凍，通過(guò)研發(fā)快速收放機(jī)，覆蓋差不多三個(gè)足球場(chǎng)大小的心墻僅需3小時(shí)；雨季期間，心墻礫石土料含水過(guò)高將致碾壓機(jī)無(wú)法碾壓作業(yè)，且使土料出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象無(wú)法壓實(shí)，需要挖除外理，“有時(shí)填筑方量還比不上被挖除的方量，心墻越填越低”，針對(duì)雨季施工難題，建設(shè)者們引入氣象雷達(dá)開展降雨精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，采用填筑面龜背狀施工、小倉(cāng)面快速輪換施工、雨前平碾光面封閉等措施，使雨季施工效率成倍提升。

兩河口水電站地下廠房

兩河口水電站是我國(guó)水電開發(fā)向高海拔寒冷地區(qū)發(fā)展的標(biāo)志性工程。“兩河口水電站的成功建設(shè)，為川藏鐵路建設(shè)和青藏高原水電開發(fā)提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)借鑒，對(duì)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的順利實(shí)施都具有深遠(yuǎn)意義。”中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院賴遠(yuǎn)明院士表示，兩河口水電站的順利建設(shè)，創(chuàng)新了國(guó)內(nèi)外高海拔地區(qū)防滲土料凍融防控理論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工成套技術(shù)，開創(chuàng)了高原季節(jié)性凍土區(qū)冬季土心墻大規(guī)模連續(xù)施工的先例，為高海拔地區(qū)建設(shè)特大型水電工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，是高海拔高原高寒地區(qū)建設(shè)大型水電工程的典范，是水電建設(shè)的又一里程碑。