【記憶】新豐江水庫大壩抗震加固記

信息來源:南網知行  發布時間2020-07-27

  新豐江水電站坐落在廣東省河源市區約6公里的新豐江上,1958年7月15日正式動工興建,是國家“一五”計劃重點工程,從1960年10月首臺機組并網發電到1976年12月第四臺機組并網發電,全廠總裝機容量29.25萬千瓦。后經增容改造,總裝機容量達33.61萬千瓦,是廣東省最大的常規水力發電廠。新豐江水庫是廣東最大的人工水庫,總庫容約140億立方米,流域面積5700余平方千米。在建設過程中,庫區地震頻繁,大壩多次實施抗震加固。

  “隆……隆……”一陣悶響,屋里的電燈、桌椅都隨之一晃,把新豐江電站工程局的職工和雙下村的村民都驚著了。

  這是1960年的6月,這一陣特別的悶響,伴著可疑的晃動,又讓人們驚慌起來。

  “該不會真是地震吧?”

  “大壩會不會被震塌呀?”

  “活那么久都沒見過這附近地震,怎么這一蓄水就地震呢?”

  人們七嘴八舌地議論起來。新豐江水電站建設工地位于廣東河源雙下村亞婆廟峽谷處,這一帶在歷史上很少地震,可是從1960年5月開始就出現明顯的有感地震。

  而新豐江大壩是從1959年10月20日下閘蓄水。這正是人們忐忑不安的原因。

  當時的中國,正處于“大躍進”的時代,整個電站的建設速度很快。1956年國家計委立項,1957年完成測量勘探,1958年7月開工建設,1959年10月蓄水,1960年10月正式并網發電。新豐江水電站工程由混凝土大頭壩、壩后廠房和河源220千伏樞紐變電站組成,其中大頭壩全長440米,高105米,由19個壩段組成,設計按烈度VI度考慮。

  這時,距離新豐江水電站下閘蓄水已有9個多月。水庫水位升高到90米,蓄水達40億立方米。盡管遇到1959年2月的洪水,“三搶圍堰”戰斗中大壩也依舊穩固。但此番頻繁的爆破聲和表面震動,不得不引起水利部門的注意。由于震因不明,有關部門組織測站觀察成因動向。1960年7月18日,新豐江庫區實測到烈度Ⅵ度的地震,這與大壩最初的設計等級一樣,說明當初的設計考慮偏低了。

  地震引起了黨中央的高度重視。周恩來總理指示水利電力部和中國科學院組織科技人員赴現場進行研究。

  根據指示,中國科學院地球物理研究所、地質研究所、力學研究所、土木建筑研究所等單位組成新豐江水庫地震調查組,配合水利電力部水電總局、廣東省水電設計院以及中國科學院中南分院等單位共同到現場進行考察研究。地質研究所副研究員、第四研究室副主任丁國瑜和胡毓良、吳益學,地球物理所林庭煌、郭增建、許紹燮,連夜乘飛機趕往廣州。力學研究所的鄭哲敏、金洵叔,水電部水電總局的張興仁和駱永法等也在廣州參加討論,隨后趕赴新豐江現場考察。

  盡管地震成因、動向和發展趨勢還要進一步研究,但水庫蓄水被認為是主要因素。同年9月19日至20日在廣州召開的現場研究總結討論會議上,專家們提出要將新豐江水庫大壩的地震設防烈度從VI度提高至VIII度。


1963年參加水電廠升壓變電站自耦變壓器大修人員合影

 

  事不宜遲。1961年3月,經過一系列準備,第一期抗震加固工程拉開序幕。

  一期的加固主要解決壩體橫向穩定問題。廣州水電設計院作為一期工程的設計單位,提出采用人字斜墻加固方案。

  人字斜墻加固方案可以將大頭壩19個支墩上游的頸部及下游各墩的尾部,沿軸線方向用4米厚的鋼筋混凝土斜墻互相頂撐起來,形成人字形,斜墻基礎放在與壩體同等的花崗巖基面上,上游斜墻設在頭部與支墩連接處,下游斜墻即沿原下游壩面布置。

  設計的問題解決了,施工的問題還要想辦法。作為施工單位的新豐江工程局,缺少施工工人是最棘手的。

  對此,作為當時施工隊員之一的何天光深有感觸。因為新豐江水電站建成后,許多此前參建工人已經被安排往其他工地或返鄉,加固施工的工人人數已遠不及建設時期,但加固工程更為必要和緊迫。

  三月的河源乍暖還寒,加固施工在19個壩腔同時鋪開。由于加固的斜墻薄而坡度陡,在壩腔內無法采用吊機施工,工人們在原壩墩上搭設了人行和運輸棧道,為混凝土運進壩腔鋪路,并通過壩外的集中斜斗、長溜筒、手推車將混凝土多次周轉運送到壩腔。1961年,正值國家三年自然災害時期。在國家保障工地職工最低口糧標準的基礎上,黨委發動全體職工,發揚“自己動手、豐衣足食”的南泥灣精神,何天光和工友們將工地的空閑土地都種上了糧食,收獲的糧食作為職工加班時的口糧補貼。


建設者們用十字鏑開挖山巖


水庫大壩圍堰搶修


建設中的新豐江水庫大壩雄姿


新豐江水電站建設人員在吊裝發電機轉子

 

  正當何天光和工友們向一期加固竣工沖刺時,1962年3月19日4時18分,在新豐江大壩上游2—10公里范圍內,發生了震級6.1級、震源深度5公里、震中烈度為8度的強烈地震。

  如此強烈的地震破壞極大:河源城鎮倒房1200余間,嚴重破壞2400余間,損壞7000余間;共7人死亡,63人受傷。地震最遠有感距離達570千米,包括福建的東山、云霄、武平、上坑,江西的大余、信豐、安遠等地。《羊城晚報》3月19日第一版報道了當天廣州、香港地區地震情況,并以“44年來所未見,地震震動達50分鐘”來形容此次地震。

  這一罕見的強震讓人們慌亂不已,不敢在墻壁有裂縫的家里待著,只能戶外臨時搭棚休息,再加上震后連綿的陰雨和持續的余震,不少人擔心新豐江大壩能否挺住,更有人連夜逃離河源。

  不單老百姓擔心,參建的工人們也是憂心忡忡,眼看著大壩加固即將完成,偏偏又遇上地震。而新豐江電廠總工程師甄健漢更為緊張。這關系著數百萬人的生命財產安全,萬一還有余震,萬一大壩還不夠堅固……

  甄健漢不敢想象。他立即率隊仔細檢查了大壩及廠房情況,發現大壩13—17號壩墩下游面108.5米高程出現了一條長達82米貫穿性水平裂縫,大壩左岸第2、3、4、5號等壩墩于相同高程也有斷續的表面裂縫。壩上游面分別在第14、15、16、17和18號壩墩97米高程出現水平裂縫,一些裂縫持續流水,并流“白漿”。大壩伸縮止水背面滲水增加。


新豐江水庫大壩建設時用籠子投擲石塊截流


新豐江水電站建設施工人員在安裝輸鋼管


新豐江水庫大壩截流前情景


現在的新豐江水電站大壩

 

  但讓甄健漢安心的是,大壩在大震前后,并無沉陷和位移,經受住了強震的考驗!這可是不幸中的大幸。

  地震過后的1個月多,新豐江大壩一期工程完工,壩體的修復和第二期抗震加固工作也迅速提上日程。1962年5月,水利部著手研究大壩再加固的標準及要求,決定大壩二期加固按10度地震設防,廠房按9度地震設防。

  二期工程要求進一步提高,設計工作量必然很大。廣州水利電力設計院組織了大量人員到現場設計,僅水工就有四五十人。

  與一期的橫向加固方案不同,大壩二期加固的重點在壩體縱向。首先要將河槽段(613號壩段)壩腔從基礎填至47—43米高程,左岸和右岸在壩后斜貼混凝土至90米高程。然后,在溢洪道下游將鼻坎延長25米,借以增加10、11、12、13號壩段穩定性。接著,對大壩因地震造成的108.5米高程裂縫于下游面跨縫作一條長約80米、寬5米、厚20厘米的鋼筋混凝土板,上游作止水塞,同時又在壩頂鉆孔加插鋼筋來穿越裂縫處,每壩段27孔,每孔5φ32,并回填、灌漿。

  大體的方案定下來了,但難題還有不少。要填高加固基礎,就要全面清理并爆破壩腔內的石方,讓加固混凝土的基礎放在與原壩體同等的微風化巖面上,同時要極力減少地震波對壩體造成的影響。設計總工程師盧伯章、許宏衍便組織專業技術人員進行多次模擬實驗,最終決定采用密眼、淺孔、小藥量和段發雷管加防震孔,可使爆破產生的地震波減到最低限,把大量的壩基石爆除。

  困擾盧伯章他們的,還有在108.5米高程裂縫加注混凝土板的問題。借助實驗,他們發現通過打毛面、加插筋、挖鍵槽等方法,并對混凝土澆筑實施全過程穩定控制,降低進倉溫度和水化熱引起的溫升,能夠實現新老混凝土的良好結合。

  同年7月、11月,大壩、廠房二期抗震加固的初步設計和技術設計先后完成。11月,二期抗震加固工程開工。

  但新豐江大壩二期加固過程中,地震活動仍然頻繁。所以,對加固措施研究也在繼續優化。一大批專家、學者及高校學生投入參與到水庫地震、抗震加固、水庫對大壩的影響等多方面的研究中,張楚漢就是其中一員。

  1964年,清華大學研究生張楚漢和張訓時、孫華順、吉鴻藻四人,來到新豐江大壩加固工地現場,在高溫與持續不斷的余震中開展了大比尺大壩模型實驗,對新豐江大壩抗震分析與加固措施進行研究。張楚漢對此印象頗為深刻,有時一天有幾十次余震,有時爬在山坡上就震起來了,有時在睡夢中就被震醒了。

  余震不斷,可絲毫不影響這群年輕人。經過一年多的實地研究,他們發現,高壩地震動力系數達到6—7倍,這比當時我國沿用的前蘇聯大壩抗震規范的2.5倍高得多。這正是大壩斷裂的真實原因,因此提出采用了壩后貼坡和壩頂錨桿相結合的優化方案。

  1965年3月11—18日,新豐江第二次科研工作會議在廣州召開,著名學者李善邦、顧功敘、傅承義、劉恢先、吳磊伯、張步春,以及相關單位代表共71人參加;14個單位形成科研論文、研究報告共41篇。會議認為,根據幾年來各有關部門進行的大規模的科研工作,原定10度設防標準偏高,需要適當降低。根據多數專家意見,水利水電部決定大壩按9.5度設防,并與百年水位116米組合(汛期限制水位提高到111.6米)。

  雖然經過了二次加固,大壩安全度提高了,但當時中央考慮,要保證新豐江大壩和水庫的安全,須采取更為可靠的措施。于是水利電力部決定對大壩開展三期抗震加固,又稱為“人防工程”。

  于是,二期加固工程尚未結束,三期加固工程就于1965年11月開工。

  三期加固方案的考慮與前兩期不同。先是要全部封堵大頭壩下游側頸部空腔和一期加固的人字撐墻連為一體,組成前沿厚墻,以防大壩頭部破壞。其次,要在左岸開鑿長800米、直徑10米的泄水隧洞,作為非常情況下降低水庫水位的措施,靈活的控制水庫水以適應大壩抗震安全、人防要求,并滿足發電需要。

  泄水隧洞聽起來很抽象,在當時的技術條件下,工程施工就更復雜。特別是進水口下的施工,成為了工程的關鍵。負責三期加固工程設計的總工程師盧伯章也為此絞盡腦汁。他和同事們開展大量的地勘、測量及水工、施工方案研究,到工地與新豐江工程局的工人、干部、技術人員深入探討。

  功夫不負有心人。盧伯章等人經過多番考察研究,決定采用預留坎85加底孔方案,這樣流態較好,水位又能降得較低、造價低;同時,隧洞開挖采用上半洞先行,鉆架臺車鉆孔,下半洞斜鉆收底的方式。

  進水口高壓定輪閘門底檻設在70米高程,當時庫水位雖已降低到108米以下,要開挖到70米高程,水下開挖工作量還很大。深水鉆孔、裝藥、爆破、清渣等工序的施工難度較大,尤其是爆破,要防止爆破沖出波危及大壩安全,及對定輪門閘造成的危害。經過1個多月的試驗研究,最后采用了氣幕阻波法,即在閘門前安設兩條氣管通入壓氣來阻止沖擊波直接沖到閘門上,在閘門背面安上儀器觀察閘門受沖力情況,以此打通了泄水隧洞。

  彼時,何光天和施工工人們開始了三班作業,平均月進尺100米。施工喜訊頻傳:1967年5月19日全洞挖通,隨后采用鋼模臺車和混凝土泵澆筑邊頂拱,1967年底完成邊墻與頂拱襯砌,1968年完成底拱襯砌,1969年9月全部完工,共開挖土方17萬立方米,石土13.1萬立方米,石方洞挖8.2萬立方米,澆筑鋼筋混凝土2.8萬立方米,耗用鋼材1324噸,固結及帷幕灌漿4200米。

  1969年9月21日,新豐江人防工程泄水隧洞土建工程完工,第三期加固工程全部完成,新豐江水電站的建設也宣告竣工。


現在的新豐江水電站大壩圖

 

  在1976年11月的新豐江大壩鑒定會議上,廣東省水電設計院認為,大壩經過三期抗震加固后的整體穩定和應力已達到滿足設防標準的抗震要求。1988年12月21日至25日,新豐江大壩第一次安全定檢會在河源市召開,廣東省電力工程局以及廣東水電設計院總工程師盧伯章、廣東省水電設計院高工譚文奎、原能源部大壩安全監測中心副總工汝乃華、戴成器、徐建榮等通過對大壩資料報告進行審查和對大壩現場鑒定,認定新豐江大壩為正常壩。

  如今,新豐江大壩安然屹立了60多年。因大壩筑建而形成的水庫“萬綠湖”,成為了國家4A級旅游景區,游人們感嘆大壩的雄偉身姿,徜徉在碧波萬頃山水間。

  游雪瑩 李倩西

  廣東電網河源東源供電局

  廣東電網能源發展有限公司

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