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運行在即,烏東德“點亮”水電智能新時代

唐 婷
2020年05月29日08:31 | 來源:科技日報
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原標題:運行在即,烏東德“點亮”水電智能新時代

  5月4日,烏東德水電站大壩最后一個壩段澆筑完成,大壩全線澆筑到頂,世界首座全壩應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組啟動試運行,這是繼大壩主體工程全線澆筑到頂后,烏東德水電站建設中的又一個重要進展,這也意味著離計劃中今年7月首批機組發電的目標更近了一步。”三峽集團烏東德工程建設部(以下簡稱烏東德建設部)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,包括楊宗立在內的工程建設者們不畏艱險、勇於創新,見証了烏東德水電站建設中的一個個高光時刻。

  在盤點烏東德水電站建設過程中的科技創新大事時,中國三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示:“烏東德水電站工程建設中,開展了一系列技術和管理創新,攻克了一項項世界級難題,在地下工程、壩工技術、裝備制造等方面提升了中國乃至世界水電科技發展水平,展示了全球大型水電工程智能建造的‘中國智慧’。”

  最薄拱壩“身強體健”

  烏東德水電站是金沙江下游水電規劃四個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,地質構造更為復雜。

  精准勘察是科學設計的前提。早在勘察之初,長江設計院的技術人員採用遙感測繪、無人機勘察、三維地質激光掃描等技術,詳細了解每一座山體、每一處岩石的情況,力求將地質勘察結果精確到米級。

  近90度岩壁直插江底、近1800米兩岸邊坡高度、壩址區地震基本烈度高……大壩建設面臨的挑戰不言而喻。“不同於三峽、向家壩等,自然邊坡高且陡峭、地質構造復雜、層狀地層岩性變化大,是烏東德水電站設計施工中面臨的突出難點。”烏東德水電站勘察設計項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有滾石坍塌的風險。壩址區岩石包括灰岩、白雲岩、大理岩等多種類型。為確保設計施工安全和壩體結構穩定,大壩建設者在創新中尋找答案。

  據介紹,項目設計團隊首次採用“靜力設計、動力調整”的設計新方法,為烏東德水電站大壩量身打造了“纖細”且“結實”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。

  “靜力設計、動力調整”,是指按靜力條件初選體形,再根據動力條件優選體形,提高拱壩抗震安全度。翁永紅介紹,實踐証明,通過動力調整體形,烏東德水電站大壩建設混凝土量僅增加3.1%,在不同工況條件下,大壩最大應力降低32%。

  不僅有著“纖細”的身型,烏東德水電站大壩還首次採用了不設導流底孔的創新設計。壩體內設置導流底孔來疏導江水,是大壩建設中的傳統方式,像二灘、溪洛渡、小灣等水電站的大壩壩身均設有導流底孔。

  而在烏東德水電站,經過長江設計院和三峽集團等多家單位的技術創新和聯合論証,改變了這一常態,創造性地採用了將導流隧洞改建成弧門控制的泄水孔技術方案。

  在烏東德建設部技術部副主任劉科看來,這一方案實現了一舉多得。在縮短直線工期的同時,方便大壩澆筑和施工質量控制,同時還簡化了壩體結構,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用低熱水泥混凝土的特高拱壩。追求設計創新的同時,建設施工過程中,在應用新材料、新技術上,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生大量的熱量,由於混凝土體積較大,使得內外熱脹冷縮的程度不同,容易形成溫度裂縫。如何確保混凝土澆筑后的溫度控制在設計要求內,以防止裂縫產生,一直是特高拱壩建設面臨的世界級難題。

  烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩,共分15個壩段進行澆筑,混凝土澆筑總量約270萬立方米。“由於地處金沙江干熱河谷,氣候炎熱少雨,晝夜溫差大,施工區大風頻發,大體積混凝土溫控防裂更是難上加難。”烏東德建設部大壩項目部主任牟榮峰介紹。

  想要破題,材料是關鍵之一。2017年3月16日,隨著第一罐青灰色混凝土從纜機吊罐傾瀉而出,落在了8號壩段第一個倉面,烏東德水電站大壩工程由基礎開挖全面轉入主體混凝土澆筑階段。

  可不要小瞧這罐混凝土,它裡面所使用的水泥是低熱水泥。不同於普通水泥或者中熱水泥,低熱水泥發熱量低,能顯著降低混凝土最高溫度,減少混凝土溫度應力,有助於防止大壩溫度裂縫發生。

  “低熱水泥也被稱為大壩‘退燒藥’,早在三峽工程建設期間,三峽集團就開始了低熱水泥研究,通過不斷試驗和改進,首次在烏東德水電站大壩上實現全壩應用,是世界大壩建造史上的一項創舉。”楊宗立表示。

  大壩擁有“更強大腦”

  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構、受力情況更為復雜,整個施工過程中,壩體的受力狀況、自身應力都在不斷調整。因此,特高拱壩也被認為是水工界最復雜的建筑物。

  為了實現對大壩狀況的實時感知,大壩建設者將目光轉向了智能技術應用。在溪洛渡水電站建設中,技術人員進行了300米級特高拱壩智能化建設關鍵技術的研究和應用,開發了智能拱壩建設與運行信息化平台(iDam),有效支撐現場生產管理。

  如果說溪洛渡水電站開啟了大型水電智能化的1.0時代,正在建設中的烏東德水電站則更進一步向水電智能化2.0時代邁進。據介紹,烏東德水電站探索建設的iDam2.0系統,借助大數據、物聯網、雲計算等技術,建立共享、協同、交互的智能大壩業務管理平台,可實時感知基礎數據,並進行真實分析,最終實現智能溫控、智能灌漿、智能噴霧等。

  “技術人員通過iDam2.0系統,可隨時了解它的‘頭疼腦熱’,及時進行動態調整,讓大壩一直處於健康狀態。”烏東德建設部工程師喬雨說。

  以水電工程機器視覺智能建造項目為例,通過在水電工程建設施工中引進非接觸式紅外熱成像測溫設備,相關技術人員研發了將混凝土施工中的可見光與紅外鏡頭相結合的雙目重型監控雲台,構建混凝土表面溫度與出機口溫度、澆筑溫度相關模型,可以對大壩混凝土出機口溫度、澆筑溫度、表面溫度進行全天候實時、在線、連續、高精度監控與快速精准測量,並具備超溫預警預報功能。

(責編:趙竹青、呂騫)

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