他35年来一直坚守在水电工程设计科研一线,是22项大型水电工程的项目设计负责人或技术总把关。

 

张春生,中国电建集团华东勘测设计研究院院长、技术委员会主任。他35年来一直坚守在水电工程设计科研一线,是22项大型水电工程的项目设计负责人或技术总把关。作为水电地下工程技术带头人,针对白鹤滩、锦屏二级等世界级水电工程建设难题,将“认识、发挥、提升”围岩潜能贯穿科研和实践,成功攻克超深埋水工隧洞成洞、超高水压隧洞防渗、巨型密集洞群稳定等重大技术难题,先后荣获国家科技进步二等奖3项,全国优秀工程设计金奖1项、银奖3项;获省部级科技进步特等奖3项、一等奖9项,发明一等奖1项;获授权发明专利34项、美国专利3项。

攻坚克难 主持设计建成世界埋深最大的巨型水工隧洞群

作为我国多个重大水电工程负责人,张春生始终立足于工程实践,在实践中不断探索、创新,为我国水电技术再上新台阶做出了贡献。

锦屏二级水电站是我国十大电站之一,是“西电东送”重点工程,也是雅砻江上装机规模最大的巨型水电站,4条16.7km长的巨型水工隧洞,77%的洞段埋深超过1500m,30%洞段超过2000m,最大2525m,是世界第一深埋隧洞,最大地压113MPa,接近或超过岩石强度,构成了世界上综合规模最大、技术难度最高的水工隧洞群。

2000年,张春生担任锦屏二级水电站设计项目经理,全面主持锦屏二级水电站勘测设计和技术攻关工作,在破解成洞机理不明、结构体系欠缺、建设风险突出、安全评价困难等难题方面做出了突出贡献。

岩爆是由于处于高地应力地区的围岩,外界活动等因素导致其内部储存的应变能突然释放,围岩块体以猛烈的方式突然弹射出来的一种现象。由于岩爆出现的时间、位置、强度等均难预测,对工程人员和设备安全危害极大,被国内外专家喻为地下工程施工中的“癌症”。

在前期的锦屏山交通洞开挖过程中,曾发生岩爆超千次,强~极强岩爆超百次,2010年2月发生的一次强烈岩爆将40吨的装卸车抛在空中2米多,隧洞底板都裂了个缝。为解决这一世界性难题,张春生带领团队多次冒着岩爆危险,对现场岩爆发生现象进行及时分析,掌握现场岩爆发生规律和诱发机制,组织现场试验和技术攻关,构建了强烈岩爆风险预测与防控集成技术体系,攻克了100MPa级超高地应力强烈岩爆区隧洞安全施工难题。

高压大流量涌水,是困扰隧洞掘进的另一大拦路虎。2009年,施工现场发生突涌水,水流湍急,洞内积水一直到胸口,水温只有几度,冰冷彻骨。为在第一时间查明险情,张春生带领技术人员在冷水中一站就是几个小时,把现场情况掌握清楚后才肯罢休;晚上则连夜组织分析对策,确定方案,经过不懈的技术攻关,成功实现了上千米地下水压、最大流量7m3/s的多个地下突水点的封堵,保证了工程的施工安全。他凭借着扎实的理论基础、丰富的实践经验和敢于担当的气魄,带领团队相继克服了超深埋隧洞成洞、高地应力和强烈岩爆、高压大流量地下涌突水、复杂水力瞬变流调控等一系列世界级的技术难题,创造了多项世界纪录,为锦屏二级电站的顺利建设奠定了坚实的理论和实践基础,推动我国深埋长大水工隧洞建设技术迈上了一个新的台阶。研究成果获国家科技进步二等奖2项,省部级科技进步特等奖1项、一等奖3项、发明一等奖1项。

2012年,锦屏二级水电站机组投产发电,工程已安全运行8年,实现了埋深由1600m级到2500m级隧洞建造技术跃升,为雅鲁藏布江下游水电开发,以及水电水利和其他领域超深埋工程建设提供了重要的经验借鉴。

 

孜孜以求 成功建成世界动水头最高的超高水压隧洞

上世纪九十年代,张春生作为设计科研主要负责人之一,主持了同期我国装机规模最大、水头最高,也是亚洲最大、世界第二的抽水蓄能电站——浙江天荒坪抽水蓄能电站的设计和重大技术问题研究工作,设计建成了当时我国单个厂房装机容量最大,设计水头最高的抽水蓄能电站,首创了我国抽水蓄能电站沥青混凝土全库盆防渗技术体系,建立了集理论、方法、技术、装备于一体的抽水蓄能电站超高压隧洞围岩防渗新结构,为我国蓄能电站设计建设创出了一条新路。

天荒坪电站岔管静水头高达680米,在这样高的水头下,采用钢筋混凝土岔管和压力管道,不仅在我国是首次,国际上也是罕见的,它对围岩有着更高的要求。

为了解决岔管区域内岩体的实际渗透情况,确定是否需要灌浆处理及能否采用钢筋混凝土岔管,他带领团队开展了岔管区围岩高压渗透度试验,即在岩体内施钻一定深度的钻孔,将孔口封堵,向孔内注入高压水,观察围岩的实际渗透状况,在当时,我国尚无先例。

天荒坪高压渗透试验洞条件十分艰苦,洞全长近700米,通风条件极差,洞内闷热潮湿,地面有很深的积水,臭气熏人,工作时间要穿上高筒雨靴。数九寒冬,山坡上的冰凌一尺多长,而洞内温度高达30多度,湿度高达90%以上,像个大蒸笼。在这样恶劣的条件下,张春生带领科研人员克服困难,取得了一大批宝贵的试验资料。在大量试验基础上,他提出了超高水压隧洞“发掘、提升围岩防渗能力”设计技术方法,攻克渗透机理不明、防渗主体倒置、建造工艺短缺、渗漏破坏多发等突出难题。

之后,他又主持完成了山东泰安、江苏宜兴等抽水蓄能电站的设计,先后承担了“面板堆石坝坝身溢洪道技术研究”、“土工膜防渗技术研究”、“抽水蓄能厂房结构振动评估标准和结构动态载荷的反分析和识别”等复杂条件下抽水蓄能电站建设系列关键技术研究,突破了库盆防渗、高压输水系统、地下厂房抗振等技术难题。

相关成果纳入《水工隧洞设计规范》和《水工设计手册》。获得全国优秀工程设计金奖1项、银奖2项,省部级特等奖1项、一等奖4项。应用于32座抽水蓄能电站高压隧洞建设,累计节约钢材量约26万吨。他主持设计设计建成840米世界动水头最高的大型混凝土衬砌超高压隧洞,实现了承压水头从300米级高压到800米级超高压的技术跨越,为我国抽水蓄能电站建设作出了重大贡献。

 

厚积薄发  打造世界在建规模最大水电工程

白鹤滩水电站装机1600万kw,建成后是世界第二大水电站,建设难度同样位居世界前列:一方面由于白鹤滩水电站主要特性指标均居世界前列:拱坝坝高289米,居世界第三;300米级高坝抗震参数居世界第一;地下洞室群规模居世界第一;百万千瓦水轮发电机组为世界第一。另一方面,水电站坝址的地质环境复杂:峡谷地形不对称、岩性复杂、高地震烈度等。在如此复杂多样的地质结构上建设“巨无霸”工程,其技术难度可想而知,堪称世界水电工程“难题库”。

2002年开始,张春生先后作为工程设计技术负责人和设计项目经理,主持白鹤滩水电站的勘测设计科研工作。

为了彻底查清和解决左岸强卸荷边坡、坝基柱状节理玄武岩、地下洞群岩石力学参数等众多复杂地质问题,白鹤滩工程完成了近20万米钻孔、5万余米探洞,以及竖井、测绘、物探和现场试验等工作,强度和工作量在水电工程中首屈一指,为工程顺利建设奠定了坚实基础。

2018年年初,白鹤滩水电站右岸地下厂房南端边墙受大规模交叉施工影响出现突发变形,张春生带领华东院技术专家组深入洞室掌子面,通过海量的监测数据分析并结合现场研判、集中攻关,迅速提出了妥善的紧急处理方案,取得了显著的治理成果。

在白鹤滩工程建设过程中,张春生带领团队在扎实细致的勘测工作基础上,联合国内外科研机构开展百余项技术攻关,先后攻克了364个硐室构成的世界最大规模洞群、90万m3世界最大规模单洞、289m特高拱坝坝基建设难题,获得省部级特等奖1项、一等奖3项,为三峡之后中国又一座里程碑水电工程做出了突出贡献。

 

肩负责任  致力于我国水电站大坝安全保障工作

水电站大坝是国家极其重要的基础设施,大坝安全事关经济社会持续健康发展和广大人民群众生命财产安全。自2011年起,张春生主持水电站大坝安全监察中心工作。他整合国内外研究力量和资源,充分发挥参谋支撑、技术引领、信息集成和人才培养作用,着力解决水电站运行安全管理中的技术难题,强化国家水电工程应急技术储备,提升我国大坝运行安全监管技术能力,先后完成大坝安全风险管控体系建设研究、水电站大坝安全和应急管理平台建设,为我国多个流域级水力发电集团开发建设大坝安全管理在线系统,支撑国家能源局大坝安全监察中心完成大坝安全定期检查超过100余座次,发现电力企业在大坝日常运行管理中存在问题2500余项,并针对问题,及时提出整改意见和解决方案并督促落实,为保持我国水电站大坝“零溃坝”的安全记录做出了重要贡献,使得我国的大坝安全监管信息化水平处于世界领先地位。

 

三十余载创新路,破浪前行立潮头。

作为一名杰出工程师,张春生历经多个世界级工程的洗礼,不断勇攀世界水电技术新高峰,为推动水电行业技术进步和我国发展做出了积极贡献。