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运行在即,乌东德“点亮”水电智能新时代

来源:科技日报2020-05-29 09:33

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  5月4日,乌东德水电站大坝最后一个坝段浇筑完成,大坝全线浇筑到顶,世界首座全坝应用低热水泥混凝土的特高拱坝拔地而起,巍然屹立。许健摄

  “5月26日,乌东德水电站首批机组启动试运行,这是继大坝主体工程全线浇筑到顶后,乌东德水电站建设中的又一个重要进展,这也意味着离计划中今年7月首批机组发电的目标更近了一步。”三峡集团乌东德工程建设部(以下简称乌东德建设部)主任杨宗立介绍,乌东德水电站大坝是目前世界上最薄的300米级特高拱坝,也是世界首座全坝应用低热水泥混凝土的特高拱坝。

  弹指一挥间,包括杨宗立在内的工程建设者们不畏艰险、勇于创新,见证了乌东德水电站建设中的一个个高光时刻。

  在盘点乌东德水电站建设过程中的科技创新大事时,中国三峡集团董事长、党组书记雷鸣山表示:“乌东德水电站工程建设中,开展了一系列技术和管理创新,攻克了一项项世界级难题,在地下工程、坝工技术、装备制造等方面提升了中国乃至世界水电科技发展水平,展示了全球大型水电工程智能建造的‘中国智慧’。”

  最薄拱坝“身强体健”

  乌东德水电站是金沙江下游水电规划四个梯级电站中的第一梯级。从向家坝、溪洛渡,到白鹤滩、乌东德,溯江而上,河谷越来越窄,两岸山体越来越高,地质构造更为复杂。

  精准勘察是科学设计的前提。早在勘察之初,长江设计院的技术人员采用遥感测绘、无人机勘察、三维地质激光扫描等技术,详细了解每一座山体、每一处岩石的情况,力求将地质勘察结果精确到米级。

  近90度岩壁直插江底、近1800米两岸边坡高度、坝址区地震基本烈度高……大坝建设面临的挑战不言而喻。“不同于三峡、向家坝等,自然边坡高且陡峭、地质构造复杂、层状地层岩性变化大,是乌东德水电站设计施工中面临的突出难点。”乌东德水电站勘察设计项目总工程师翁永红介绍。

  自然边坡高陡,意味着浅表层山体和坡面随时有滚石坍塌的风险。坝址区岩石包括灰岩、白云岩、大理岩等多种类型。为确保设计施工安全和坝体结构稳定,大坝建设者在创新中寻找答案。

  据介绍,项目设计团队首次采用“静力设计、动力调整”的设计新方法,为乌东德水电站大坝量身打造了“纤细”且“结实”的体型。作为一座特高拱坝,乌东德水电站大坝坝顶海拔高程988米,最大坝高270米,坝顶上游面弧长326.95米,厚高比仅为0.19,是目前世界上最薄的300米级双曲拱坝。

  “静力设计、动力调整”,是指按静力条件初选体形,再根据动力条件优选体形,提高拱坝抗震安全度。翁永红介绍,实践证明,通过动力调整体形,乌东德水电站大坝建设混凝土量仅增加3.1%,在不同工况条件下,大坝最大应力降低32%。

  不仅有着“纤细”的身型,乌东德水电站大坝还首次采用了不设导流底孔的创新设计。坝体内设置导流底孔来疏导江水,是大坝建设中的传统方式,像二滩、溪洛渡、小湾等水电站的大坝坝身均设有导流底孔。

  而在乌东德水电站,经过长江设计院和三峡集团等多家单位的技术创新和联合论证,改变了这一常态,创造性地采用了将导流隧洞改建成弧门控制的泄水孔技术方案。

  在乌东德建设部技术部副主任刘科看来,这一方案实现了一举多得。在缩短直线工期的同时,方便大坝浇筑和施工质量控制,同时还简化了坝体结构,改善坝体受力条件。

  力求坝身“完美无缝”

  不仅是目前世界最薄的300米级特高拱坝,乌东德水电站大坝也是世界首座全坝应用低热水泥混凝土的特高拱坝。追求设计创新的同时,建设施工过程中,在应用新材料、新技术上,乌东德水电站也走在了前面。

  拱坝混凝土在浇筑硬化过程中产生大量的热量,由于混凝土体积较大,使得内外热胀冷缩的程度不同,容易形成温度裂缝。如何确保混凝土浇筑后的温度控制在设计要求内,以防止裂缝产生,一直是特高拱坝建设面临的世界级难题。

  乌东德水电站大坝为混凝土双曲拱坝,共分15个坝段进行浇筑,混凝土浇筑总量约270万立方米。“由于地处金沙江干热河谷,气候炎热少雨,昼夜温差大,施工区大风频发,大体积混凝土温控防裂更是难上加难。”乌东德建设部大坝项目部主任牟荣峰介绍。

  想要破题,材料是关键之一。2017年3月16日,随着第一罐青灰色混凝土从缆机吊罐倾泻而出,落在了8号坝段第一个仓面,乌东德水电站大坝工程由基础开挖全面转入主体混凝土浇筑阶段。

  可不要小瞧这罐混凝土,它里面所使用的水泥是低热水泥。不同于普通水泥或者中热水泥,低热水泥发热量低,能显著降低混凝土最高温度,减少混凝土温度应力,有助于防止大坝温度裂缝发生。

  “低热水泥也被称为大坝‘退烧药’,早在三峡工程建设期间,三峡集团就开始了低热水泥研究,通过不断试验和改进,首次在乌东德水电站大坝上实现全坝应用,是世界大坝建造史上的一项创举。”杨宗立表示。

  大坝拥有“更强大脑”

  和以三峡大坝为代表的重力坝相比,拱坝特别是高拱坝的结构、受力情况更为复杂,整个施工过程中,坝体的受力状况、自身应力都在不断调整。因此,特高拱坝也被认为是水工界最复杂的建筑物。

  为了实现对大坝状况的实时感知,大坝建设者将目光转向了智能技术应用。在溪洛渡水电站建设中,技术人员进行了300米级特高拱坝智能化建设关键技术的研究和应用,开发了智能拱坝建设与运行信息化平台(iDam),有效支撑现场生产管理。

  如果说溪洛渡水电站开启了大型水电智能化的1.0时代,正在建设中的乌东德水电站则更进一步向水电智能化2.0时代迈进。据介绍,乌东德水电站探索建设的iDam2.0系统,借助大数据、物联网、云计算等技术,建立共享、协同、交互的智能大坝业务管理平台,可实时感知基础数据,并进行真实分析,最终实现智能温控、智能灌浆、智能喷雾等。

  “技术人员通过iDam2.0系统,可随时了解它的‘头疼脑热’,及时进行动态调整,让大坝一直处于健康状态。”乌东德建设部工程师乔雨说。

  以水电工程机器视觉智能建造项目为例,通过在水电工程建设施工中引进非接触式红外热成像测温设备,相关技术人员研发了将混凝土施工中的可见光与红外镜头相结合的双目重型监控云台,构建混凝土表面温度与出机口温度、浇筑温度相关模型,可以对大坝混凝土出机口温度、浇筑温度、表面温度进行全天候实时、在线、连续、高精度监控与快速精准测量,并具备超温预警预报功能。(唐 婷)

[ 责编:张梦凡 ]
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