5月4日，烏東德水電站大壩最后一個(gè)壩段澆筑完成，大壩全線澆筑到頂，世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土的特高拱壩拔地而起，巍然屹立。許健攝
“5月26日，烏東德水電站首批機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行，這是繼大壩主體工程全線澆筑到頂后，烏東德水電站建設(shè)中的又一個(gè)重要進(jìn)展，這也意味著離計(jì)劃中今年7月首批機(jī)組發(fā)電的目標(biāo)更近了一步。”三峽集團(tuán)烏東德工程建設(shè)部(以下簡稱烏東德建設(shè)部)主任楊宗立介紹，烏東德水電站大壩是目前世界上最薄的300米級特高拱壩，也是世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土的特高拱壩。
彈指一揮間，包括楊宗立在內(nèi)的工程建設(shè)者們不畏艱險(xiǎn)、勇于創(chuàng)新，見證了烏東德水電站建設(shè)中的一個(gè)個(gè)高光時(shí)刻。
在盤點(diǎn)烏東德水電站建設(shè)過程中的科技創(chuàng)新大事時(shí)，中國三峽集團(tuán)董事長、黨組書記雷鳴山表示：“烏東德水電站工程建設(shè)中，開展了一系列技術(shù)和管理創(chuàng)新，攻克了一項(xiàng)項(xiàng)世界級難題，在地下工程、壩工技術(shù)、裝備制造等方面提升了中國乃至世界水電科技發(fā)展水平，展示了全球大型水電工程智能建造的‘中國智慧’。”
最薄拱壩“身強(qiáng)體健”
烏東德水電站是金沙江下游水電規(guī)劃四個(gè)梯級電站中的第一梯級。從向家壩、溪洛渡，到白鶴灘、烏東德，溯江而上，河谷越來越窄，兩岸山體越來越高，地質(zhì)構(gòu)造更為復(fù)雜。
精準(zhǔn)勘察是科學(xué)設(shè)計(jì)的前提。早在勘察之初，長江設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員采用遙感測繪、無人機(jī)勘察、三維地質(zhì)激光掃描等技術(shù)，詳細(xì)了解每一座山體、每一處巖石的情況，力求將地質(zhì)勘察結(jié)果精確到米級。
近90度巖壁直插江底、近1800米兩岸邊坡高度、壩址區(qū)地震基本烈度高……大壩建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)不言而喻。“不同于三峽、向家壩等，自然邊坡高且陡峭、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、層狀地層巖性變化大，是烏東德水電站設(shè)計(jì)施工中面臨的突出難點(diǎn)。”烏東德水電站勘察設(shè)計(jì)項(xiàng)目總工程師翁永紅介紹。
自然邊坡高陡，意味著淺表層山體和坡面隨時(shí)有滾石坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。壩址區(qū)巖石包括灰?guī)r、白云巖、大理巖等多種類型。為確保設(shè)計(jì)施工安全和壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大壩建設(shè)者在創(chuàng)新中尋找答案。
據(jù)介紹，項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首次采用“靜力設(shè)計(jì)、動(dòng)力調(diào)整”的設(shè)計(jì)新方法，為烏東德水電站大壩量身打造了“纖細(xì)”且“結(jié)實(shí)”的體型。作為一座特高拱壩，烏東德水電站大壩壩頂海拔高程988米，最大壩高270米，壩頂上游面弧長326.95米，厚高比僅為0.19，是目前世界上最薄的300米級雙曲拱壩。
“靜力設(shè)計(jì)、動(dòng)力調(diào)整”，是指按靜力條件初選體形，再根據(jù)動(dòng)力條件優(yōu)選體形，提高拱壩抗震安全度。翁永紅介紹，實(shí)踐證明，通過動(dòng)力調(diào)整體形，烏東德水電站大壩建設(shè)混凝土量僅增加3.1%，在不同工況條件下，大壩最大應(yīng)力降低32%。
不僅有著“纖細(xì)”的身型，烏東德水電站大壩還首次采用了不設(shè)導(dǎo)流底孔的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。壩體內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流底孔來疏導(dǎo)江水，是大壩建設(shè)中的傳統(tǒng)方式，像二灘、溪洛渡、小灣等水電站的大壩壩身均設(shè)有導(dǎo)流底孔。
而在烏東德水電站，經(jīng)過長江設(shè)計(jì)院和三峽集團(tuán)等多家單位的技術(shù)創(chuàng)新和聯(lián)合論證，改變了這一常態(tài)，創(chuàng)造性地采用了將導(dǎo)流隧洞改建成弧門控制的泄水孔技術(shù)方案。
在烏東德建設(shè)部技術(shù)部副主任劉科看來，這一方案實(shí)現(xiàn)了一舉多得。在縮短直線工期的同時(shí)，方便大壩澆筑和施工質(zhì)量控制，同時(shí)還簡化了壩體結(jié)構(gòu)，改善壩體受力條件。
力求壩身“完美無縫”
不僅是目前世界最薄的300米級特高拱壩，烏東德水電站大壩也是世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土的特高拱壩。追求設(shè)計(jì)創(chuàng)新的同時(shí)，建設(shè)施工過程中，在應(yīng)用新材料、新技術(shù)上，烏東德水電站也走在了前面。
拱壩混凝土在澆筑硬化過程中產(chǎn)生大量的熱量，由于混凝土體積較大，使得內(nèi)外熱脹冷縮的程度不同，容易形成溫度裂縫。如何確?；炷翝仓蟮臏囟瓤刂圃谠O(shè)計(jì)要求內(nèi)，以防止裂縫產(chǎn)生，一直是特高拱壩建設(shè)面臨的世界級難題。
烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，共分15個(gè)壩段進(jìn)行澆筑，混凝土澆筑總量約270萬立方米。“由于地處金沙江干熱河谷，氣候炎熱少雨，晝夜溫差大，施工區(qū)大風(fēng)頻發(fā)，大體積混凝土溫控防裂更是難上加難。”烏東德建設(shè)部大壩項(xiàng)目部主任牟榮峰介紹。
想要破題，材料是關(guān)鍵之一。2017年3月16日，隨著第一罐青灰色混凝土從纜機(jī)吊罐傾瀉而出，落在了8號(hào)壩段第一個(gè)倉面，烏東德水電站大壩工程由基礎(chǔ)開挖全面轉(zhuǎn)入主體混凝土澆筑階段。
可不要小瞧這罐混凝土，它里面所使用的水泥是低熱水泥。不同于普通水泥或者中熱水泥，低熱水泥發(fā)熱量低，能顯著降低混凝土最高溫度，減少混凝土溫度應(yīng)力，有助于防止大壩溫度裂縫發(fā)生。
“低熱水泥也被稱為大壩‘退燒藥’，早在三峽工程建設(shè)期間，三峽集團(tuán)就開始了低熱水泥研究，通過不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，首次在烏東德水電站大壩上實(shí)現(xiàn)全壩應(yīng)用，是世界大壩建造史上的一項(xiàng)創(chuàng)舉。”楊宗立表示。
大壩擁有“更強(qiáng)大腦”
和以三峽大壩為代表的重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結(jié)構(gòu)、受力情況更為復(fù)雜，整個(gè)施工過程中，壩體的受力狀況、自身應(yīng)力都在不斷調(diào)整。因此，特高拱壩也被認(rèn)為是水工界最復(fù)雜的建筑物。
為了實(shí)現(xiàn)對大壩狀況的實(shí)時(shí)感知，大壩建設(shè)者將目光轉(zhuǎn)向了智能技術(shù)應(yīng)用。在溪洛渡水電站建設(shè)中，技術(shù)人員進(jìn)行了300米級特高拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用，開發(fā)了智能拱壩建設(shè)與運(yùn)行信息化平臺(tái)(iDam)，有效支撐現(xiàn)場生產(chǎn)管理。
如果說溪洛渡水電站開啟了大型水電智能化的1.0時(shí)代，正在建設(shè)中的烏東德水電站則更進(jìn)一步向水電智能化2.0時(shí)代邁進(jìn)。據(jù)介紹，烏東德水電站探索建設(shè)的iDam2.0系統(tǒng)，借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，建立共享、協(xié)同、交互的智能大壩業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，可實(shí)時(shí)感知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行真實(shí)分析，最終實(shí)現(xiàn)智能溫控、智能灌漿、智能噴霧等。
“技術(shù)人員通過iDam2.0系統(tǒng)，可隨時(shí)了解它的‘頭疼腦熱’，及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，讓大壩一直處于健康狀態(tài)。”烏東德建設(shè)部工程師喬雨說。
以水電工程機(jī)器視覺智能建造項(xiàng)目為例，通過在水電工程建設(shè)施工中引進(jìn)非接觸式紅外熱成像測溫設(shè)備，相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了將混凝土施工中的可見光與紅外鏡頭相結(jié)合的雙目重型監(jiān)控云臺(tái)，構(gòu)建混凝土表面溫度與出機(jī)口溫度、澆筑溫度相關(guān)模型，可以對大壩混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度、表面溫度進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)、在線、連續(xù)、高精度監(jiān)控與快速精準(zhǔn)測量，并具備超溫預(yù)警預(yù)報(bào)功能。
