飛林走壁的發電奇蹟 東部發電廠碧海機組的美麗背後

678期

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昔因水勢迴盪、波瀾壯闊而以「洄瀾」命名的花蓮,擁有豐沛的水力資源,早在日治時期,花蓮縣境內就開發了清水、銅門及初英等數座水力發電廠,未來更是臺灣發展綠能的重點區域。尤其是年發電量2億3千7百萬度,裝置容量約6萬瓩的東部發電廠碧海機組,有如寫在湖光山色裡的工程詩篇,在清澈靜謐的「土耳其藍」水壩秘境背後,還隱藏著一個台電版的《不可能的任務》。

近20年來,台電陸續完成谷關分廠復建、碧海水力發電、萬松水力發電及青山分廠復建等工程,其中位於宜、花兩縣交界處和平溪畔,民國100年完工運轉的碧海機組,由於廠房及壩址座落在崇山峻嶺,讓台電的開路先鋒吃盡苦頭,更動用直升機工法開通道路、造橋及築壩,堪稱臺灣水力發電工程代表作,其廠房、水壩周圍的荒野之美及建造過程的冒險故事,也為它添上濃厚的傳奇色彩。

前無古人 探勘過往歷歷在目

台電自民國64年起,就開始辦理人煙罕至的和平溪流域水力勘查規劃研究工作,身為第一批「和平溪水力發電潛能勘查隊」的一員,已退休的王崇鈇前資深專業工程師,回想起民國65年5月前往和平南、北溪上游一帶實地探勘、選址的18天,過程仍歷歷在目,「這是我第一次對整條流域『跋山涉水』,全程參與水力普查工作。」

王前專工回憶起那段艱辛的過程,探勘隊一行人包含規劃、地形測量、水文和地質相關工程師,以及當時的水資源統一規劃委員會人員,在熟悉原始叢林環境的部落山青帶路下,搭著到山上載運木材的卡車,沿著約3.5公尺寬、蜿蜒曲折的和平林道,顛簸、緩慢前行到達34K處的林務局工務所,準備開始攀高爬低、尋找適合築壩建廠的地點。

「出發前我們已經先從航照地形圖上畫出壩址、廠址的大概範圍,所以在山青的引導下從林道約34.5K處開始順著稜線走,尋找適合下切到河谷的地方,真的可說是披荊斬棘。」所有人從海拔約2,400公尺處,聽著流水聲往下走,在一片原始林木及跟人一般高的荊棘中,邊走邊開路,遇斷崖得利用繩索協助攀爬、垂降,花了8、9個小時,才抵達和平南溪標高560公尺處河床邊紮營。

接下來幾天就以此為據點,在勘查人員徒步可達的範圍內,溯溪往上游和平南溪支流闊闊庫溪及下游南溪河谷尋找合適的壩址、廠址,蒐集地形、地質及測量流量資料;完成和平南溪勘查後,勘查隊一行返回山下的和平村略做整頓後,再自和平溪下游大濁水橋處溯溪而上,調查下游流況及勘查另一條支流—和平北溪。

勘查完竣,根據現勘所蒐集的資料規劃和平溪流域初步可行之水力開發計畫。之後再經各階段詳細調查評估,決定以和平南溪河床標高545公尺為壩址,南北溪合流點右岸山腹為電廠位置的方案。

話說「碧海」之名由來

王前專工回憶第一次的勘查行程中雖然艱辛,但路途中的風景也成為每位成員心中的私房秘境,回到辦公室後,開始辦理和平溪流域水力發電計畫初步可行方案,下筆時總有個畫面不斷撼動著他。

原來,探勘人員下山時,發現距離和平林道起點約20餘公里處,隨著林道彎曲前行,在某些路段往下游眺望,可看到遠處的出海口和太平洋,原先被湍急溪水切割成狹窄深谷的河床,因靠近出海口而越發開闊,那種四周被青山包圍,前方卻是溪連著海、海連著天的波瀾壯闊,讓他不斷想起「碧海藍天」四個字,也將「碧海」二字寫入最下游之水力計畫名稱中,直到民國85年5月行政院核定「碧海水力發電工程計畫」,這個名字也正式被沿用。

進無可進 水壩施工難如登天

正式動工前,當然少不了現勘、測量和地質鑽探等工作,這批先遣部隊和過去探勘隊走的路線幾乎一樣,從平地上至和平林道36K處,再從海拔2,200公尺處徒步攀降到海拔545公尺的壩址,光是這段路程就須耗費10小時。而從壩址走到廠房區則須經過北南山和琴山,即使是腳力勇建的登山好手也需走上三天,他們就在叢林間搭設帳篷和野炊,過著餐風露宿的生活。

雖說清澈溪水美不勝收,卻也隱藏致命危險,現已退休的前青山施工處李錦浚處長表示,曾有工程人員在渡河時遇到激流無法通行,改搭克難浮艇迂迴前進,不料卻遇到漩渦而翻落溪水中,靠著救命繩索和岸上同仁協助才保住一命。加上當時工程團隊必須涉足順向坡、崩坍地、沖蝕溝和深潭等險峻野地,還得與虎頭蜂、毒蛇和吸血螞蝗等生物交手,過程不但苦不堪言,也讓工程進度受到阻礙。

建立叢林中的灘頭堡 安定人心

「我們最終的目的是完成工程,所以要讓同仁放得了心、住得下來,吃得到煮好的熱飯,而不是天天吃克難式便當。」李前處長表示為了讓工程順利進行,台電決定在壩址附近設置工房,而工房興建所需的材料,最初是由工程人員翻山越嶺扛上山,後期才以直升機吊運。參與計畫的工程人員回想,雖然工房十分簡陋,至少工作一天後能在床上舒服地休息,養精蓄銳面對隔天的挑戰,相較於早期餐風露宿的困境,住在工房堪稱五星級的享受。

建立叢林中的灘頭堡亦即基本的生活空間之後,接下來還得面對飛簷走壁的考驗,工程人員必須隻身孤懸在懸崖峭壁邊緣,沿著岩壁鑽設鋼筋,築造一條可供通行的人行棧道。此外,由於工程處和偏遠的壩址仍有一段距離,因此又在林道的33K處架設以太陽能面板充電的無線電中繼站,這在當時堪稱先進科技,舉凡電話、傳真和電腦網路都利用衛星傳輸,確保施工過程中,各方人員間的通訊流暢,藉此掌握施工進度與突發事件。碧海水力發電工程能夠創下良好的工安紀錄,通訊無死角的衛星手機,地球同步衛星及手持無線電所構成的通訊系統至為關鍵。

「碧海工程的興建難度不下於中橫公路和蘇花公路,因為中橫及蘇花於施工前,有清朝及日治時期設置的的隘勇線,雖然狹窄,但至少有便道可行,而碧海工程位於原始山林,完全無路可走。」為了解決困境,前和平施工處陳炎山處長及前青山施工處李錦浚處長(時任和平施工處技術組經理)提出了以直升機運送人員及物料、機具的構想。

首創直升機工法 施工困境解套

「其實大家早就看到以直升機工法吊掛貨物的可行性及必要性,但是要實際執行工程,需費時兩、三年開通道路,心情就不一樣了。」李前處長說,前期觀念的突破是最困難的,他至今仍記得當時承受的心理壓力。最後由時任副總經理的台電前董事長林清吉拍板定案,才確定採用直升機工法闢建水壩和長達18公里的施工道路。

碧海水力發電工程是全臺首度在工程中系統性採用直升機工法的案例,利用不同機型的直升機運送物料和大型機具,並且載運工程人員,大幅提升工程進度,從民國90年10月正式動工至92年7月道路初通,其中包含12座隧道(最長為1,109公尺的北南山隧道)及12座橋樑(最長為185公尺之E1橋),其餘幾為高邊坡之道路,僅耗時19個月,實屬空前之突破。

整起計畫最艱苦危險的階段,就是施工初期為了尋找合適的直升機起降場及道路定線位置,李前處長與十人不到的台電團隊深入原始山林,過程有如一場叢林探險,「我一共分三趟進去,在山上住了12天,眠臥時有蛇從僅隔帳篷的身側滑過,聽著山羌的叫聲入睡,至今難忘。」

經過幾番勘查,好不容易在工區內覓得臺地,闢建四處5米乘5米的起降場,有如四座灘頭堡可讓直升機降落,施工期間最多曾擴建至12個起降場,而直升機工法除了可提升工程執行進度,安定同仁的心之外,更有助緊急救難、減少工安事故。

緊急救難行動 至今刻骨銘心

初期一名工人在建造四個起降場及組合屋時,不慎被組合屋屋頂的烤漆鋼板削傷脖子,幸好只傷及靜脈,且當時衛星通訊已架設到位,讓李前處長可以即時掌握狀況,聯繫相關人員。由於起降場還沒完成,負責載運物料的直升機無法降落,只能以懸停的方式接應受傷的工人,將傷患送至宜蘭羅東的聖母醫院急救,過程千鈞一髮,幸好終能在短時間內完成救援行動,讓事件平安落幕。

李前處長回憶,如果在清晨五點左右、天光微亮時聽到待命的直升機啟動,就知道大概發生了工人被蛇咬傷的意外事故,需要直升機接運,送至花蓮門諾或慈濟醫院。清晨的螺旋槳聲和電話鈴響,帶來的膽顫心驚與龐大壓力,至今仍刻骨銘心。

「過程中我們會保持通訊,和花蓮當地醫院聯繫,直升機從啟動到降落花蓮機場約半小時,救護人員及備妥的血清都已經在機場待命,這些意外最後也都轉危為安。我們不但要完成工程,也要讓同仁放心,事實上用直升機工法來施工,證實對於緊急救難發揮了極大的作用。」李前處長表示。

精準控制備料 高效執行任務

民國90年,第一架吊運直升機進入工區,宣告直升機工法正式運作,使得原本受限於原始環境而一度受阻的工程進度迅速展開,各項施工任務也能分頭同時進行。在狹小的天空航域與翠綠的山頭之間,最多有五架直升機來回飛行。有空中卡車之稱的K-MAX 1200美製直升機,每趟航次可吊掛2.7噸重,主要負責運輸物料,由於機身較短、主旋翼面積小,適宜在複雜的地勢環境中飛行。BK-117日製直升機的機身較輕,主要用來運載工程人員,單次至多可運載七名人員和250公斤的行李,搭乘起來舒適且穩定性高。

現今矗立於和平溪上的鋼橋,拼組而成的橋身及其上密布的螺絲,都是每趟飛行的印記。李前處長解釋,由於直升機有吊重限制,所以施作前一天,工程人員會先精算吊掛重量和直升機消耗的油量,依據吊運點由遠而近、物料由輕而重的原則安排,將成本效益提到最高,如KAMOV KA-32A11BC俄製直升機飛行一趟約十分鐘,最多可吊掛4.5噸,而加滿油的安全飛行距離為5趟來回,所以高約3米、重達4.4噸的橋身構件,會在第5趟飛行吊掛至工地,再像積木般一塊塊拼組起來。

「直升機工法效益高,但單價也高,所以必須高效運用,精準控制備料有助於執行進度,個人最大的感受是,我們在最困難的地形使用了最先進的方法,闡述了『這樣困難的工地我們都能克服,還有什麼困難的工地無法突破呢?』的台電精神!」其後在修復大甲溪流域的青山分廠時,李前處長也帶入了碧海水力發電工程「縝密規劃、嚴謹管控的經驗」,奠定青山分廠復建工程獲致良好執行成果的基礎。

兼顧環境與施工 碧海記錄珍貴經驗

碧海機組規劃時即以兼顧生態環境與工程施工作為目標,為了減少開挖山壁造成水土流失,台電在施工道路上興建了12座隧道、4座明隧道、12座橋梁,其中3座隧道採用迴頭彎設計,而道路邊坡也利用植被、藤蔓植物進行綠化,處處是美景。

「一般山路開闢多會環繞山壁開挖土方,但對自然環境及生態造成的破壞也相對提高。」曾參與碧海水力發電工程的陳天明前計畫經理解釋:「『迴頭彎』的設計讓山洞成為馬蹄形,進出口面對同樣方向,高低落差5公尺,雖然會大幅提高施工成本和難度,卻能大量減少土方開挖,保持整座山的完整性。」而且上山方向出了隧道口,河床逐漸寬廣的出海口連著壯闊的太平洋瞬時映入眼簾,此時方能體會從遠山眺望「碧海秘境」的震撼。

此外,為減低對周遭植被的破壞,台電將南溪壩蓋在山谷河道最窄處,周遭更遍植櫻花和杜鵑與土耳其藍池水相映,山光水色伴著鳥語花香,也是「碧海秘境」之一。另一方面,碧海水力發電工程規劃前期也進行了魚類調查,確認水壩對溪流生態的影響,東部發電廠李重億廠長表示經評估後雖無魚道需求,但考量到枯水期和下游的魚類生態環境,改採生態放流的方式,不管電廠是否有發電需求,水壩都會利用排砂道放水,保持流動狀態。

而連接南溪壩和地下廠房的引水隧道長約6.5公里,台電引進量身打造的「全斷面隧道鑽掘機」(Tunnel Boring Machine,TBM,亦稱為潛盾機),能一機完成開挖、推進、撐開作業,精準控制土石方的開挖,雖因部分區段地質破碎,無法全程使用TBM,然而相對於傳統鑽炸工法,仍達到減少開挖、更環保的結果。

從直升機工法、迴頭彎設計到TBM工法,相對於一般土木工程,碧海水力發電工程需要花費更高成本,但從減少環境破壞的角度來看,非常值得投入。這項工程能克服艱難並順利完成,並非捨我其誰的個人秀,而是合作無間的團隊表現。

根據近年台電統計,花蓮及臺東地區的尖峰負載約60.5萬瓩,而東部地區的發電廠總裝置容量為18.3萬瓩,提供尖峰負載僅有12萬瓩,需從南投日月潭下游的水力發電廠和屏東的第三核能發電廠補足電力,因此台電未來會依「先東後西」的原則來開發水力計畫,將在地生產的電力供給東部地區使用,同時台電也會嘗試結合當地人文特色和觀光遊憩,帶著興建碧海機組的經驗,朝下一個與環境諧存的水力電廠,如木瓜溪水力發電工程創造了慕谷慕魚的「優勝美地」一樣,努力邁進。

台灣公共建設檔案 水力電能篇:東部水力電能(二)https://youtu.be/A98baDx1mjA

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