向下！开挖量2500万立方米！

挖出 世界级地下洞室群 ！

最大厂房可铺50多个双车道隧道

最大的洞室能装1整艘航空母舰

开挖量能填满1万个游泳池

它就是！

目前世界规模最大

技术难度最高的水电工程

 白鹤滩水电站 

这么大的超级工程

究竟咋挖出来的？

技术上的难题是不是超级多？

最后是怎么攻克的？

一起来看！

中国电建集团首席科学家

白鹤滩水电站勘测设计项目经理张春生

为大家讲述施工团队

 如何 巧解“超级难题” 

地下洞室规模大，到底会带来什么问题呢？

洞子（洞室）的开挖是向下一层一层挖的，每挖一层，边墙就会向里去变形。大家可以简单理解为山体里面的一种挤压力，这个力有多大呢？——33兆帕。稍难理解的话，我们可以想象：假设一辆小汽车1.5吨，相当于在1平方米面积上堆了2000多辆小汽车，这么大的挤压力作用在了洞子上。

开挖以后，洞子一掏空，周边的挤压力往里一挤，洞子就要往里去变形。更糟的是，在白鹤滩这种玄武岩地层里面，发育有很多条层间、层内错洞带，这些错洞带延长有几十千米。它们的性状很差，遇水之后非常容易软化，有些遇水之后会变成像黄泥巴一样东西，完全没有承载能力。而我们的机组和大量的电气设备，都是布置在这些洞室当中的，先不谈洞子垮不垮的问题，就算是掉下一块石头，或是洞子的变形过大，都会威胁整个电站的运行以及设备的安全。所以在这种情况下，如何保证洞室群的安全，是对设计建设者的巨大挑战。

那么怎么办呢？在设计和建设上，对于这些大大小小、上下左右、纵横交错的洞室，首先要进行合理的布局。这里含有引水、发电、变电、通风、交通、消防等各种各样的洞室，牵涉到各个专业，每个专业都会从自身角度出发对这些洞室提出要求。在满足各个专业功能性要求的基础上，我们以保证整个洞室群安全为目标，来进行合理的布局和设计。

同时，对于如此大洞室，如此大断面洞子的开挖，不可能一次完成，只能分部位、分步骤，一步一步进行开挖，每一次开挖都会引起周边挤压力的一次调整。因此，先开挖哪个洞，后开挖哪个洞，先开挖这个洞的哪一部分，后开挖哪一个部分，这些都会影响到整个洞室的受力，影响到整个洞室的安全。

比如，最大的厂房这个洞子，它的最大断面有2860平方米，相当于50多个双车道隧道大。核心洞群的开挖施工步数达到了33000多步。我们把每一步开挖所揭露出来的地质情况和对洞室受力的监测结果都输入到计算模型中进行分析计算。然后根据分析计算结果优化下一步的施工措施、施工步骤，进行全过程闭环调控。

通过技术上的创新，我们成功建成了世界上规模最大的地下厂房洞室群，推动了国家地下洞室群建设的规模从几百万立方米到1700万立方米建设技术的跃升。

世界规模最大的地下厂房洞室群建成后，白鹤滩将迎接工程师们精心为它打造的强劲心脏—— 百万千瓦水轮发电机组 。在此之前，百万千瓦机组一直是世界水电的空白区。三峡工程的单机容量为70万千瓦，金沙江下游的乌东德水电站单机容量为85万千瓦，而要设计100万千瓦的水轮发电机组，难度将呈指数级倍增。

百万千瓦水轮发电机高50多米，重8000多吨，白鹤滩共有16台这样的机组，对称分布在左右两岸，装机后平均每年发电量超过624亿千瓦时，一天的发电量可满足50万人一年的生活用电。

白鹤滩（水电站）为什么要选用百万千瓦机组呢？小一些难度不就降下来了吗？小一些行不行呢？

从白鹤滩的具体情况来看还真不行，若单台机组容量小，整个电站的机组台数就会增加，这样，不仅土建工程量会增加，整个工程的造价也会增加。更主要的是，白鹤滩地形很狭窄，也很局促，如果机组台数再增加，从地形上就过不了关，放置不下，只能选择装单机容量大的百万千瓦机组。

从70万千瓦到100万千瓦，不是简单的数字上的放大，而是要对水轮机、发电机、控制和保护系统等等，从流体、电磁、结构、材料、冷却、绝缘、以及安全性、可靠性等各个方面进行全新的设计，是对整个机组的设计和机组制造技术的全新考验。

比如发电机的冷却，空冷的方式，即靠空气来进行冷却的方式比较可靠一些，运行保证率也比较高。但对于百万千瓦机组来讲，由于其容量非常大，发电机在运行过程中产生的热量会更多，如果不能将这些热量快速排出，就会影响机组的安全稳定运行，而若把通风量加大，又会降低整个发电机的运转效率。这种情况下，传统的定子转子冷却结构很难达到我们所追求的效果及要求。因此，设备制造工程师们经过无数次仿真分析、实验验证，想出了办法，即在磁极铜排上开设一个内通风孔，且新增一个内部冷却区，即在大幅增加磁极绕阻的散热面积同时，缩短传热路径，以此提高散热效率。相应的，在同样风量下会散出去更多的热，冷却空气的利用率就会提高。风量没增加，整个机组的效率不会受影响，这样就把整个发电机冷却所需的总的风量大幅地降下来了，这使整个机组的发电效率得到了相应的提升。

我们过去大机组的发电效率一般在98.5%左右，而白鹤滩达到了99%。水轮机的效率以往最高水平是96%左右，而白鹤滩达到了96.7%。我们不要小看这么一点的提高，对于水电机、发电机而言，只0.1%的提高就意味着技术上的创新和突破，更何况我们提高了如此大的幅度，这也标志着我们国家在机组制造核心技术上的大幅提升。

再比如，一台机组的转子重量超过2000吨，它由2万多片磁轭钢片叠成，可以说是一个巨型的万层饼。这2万多层的磁轭钢片，任何一片的不均匀、不平衡都会让转子的重量分布不均匀、不平衡。这样的话，在整个转子高速旋转的时候，巨大的离心力就会威胁整个机组的运行安全。

三峡电站建设时，我们只能从国外进口这种磁轭钢片，并且只能把这种不平整度控制在6毫米以内。而到了白鹤滩建设时，我们不但能够自己制造这种磁轭钢片，还把不平整度控制在了1毫米以内，我们直接把它降了5毫米。全部16台机组投运以来，整个电站的机组和电气设备运行安全可靠，状态非常理想。

百万机组的顺利投运，标志着国家水电重大装备的科研、设计、制造、安装和运行都实现了完全的自主创新，推动了国家整个水电装备全产业链能力的大幅提升。

白鹤滩的工程建设，为我们国家特高拱坝、巨型地下工程以及高端设备的制造、安装等巨型工程的建设提供了重要的技术储备。每年可以节约标准煤1960万吨，减少二氧化碳排放量约5160万吨，节能减排效果非常显著。

我们规划，到“十四五”末，我国的水电装机要达到4.2亿千瓦，所以水电的开发大有可为，也将为国家碳达峰、碳中和发挥更大作用。