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運(yùn)行在即 烏東德“點(diǎn)亮”水電智能新時(shí)代

2020-05-30 12:18  來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)  瀏覽:  

“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(xiàn)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(jiǎn)稱(chēng)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(jí)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(jiàn)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(pán)點(diǎn)烏東德水電站建設(shè)過(guò)程中的科技創(chuàng)新大事時(shí),中國(guó)三峽集團(tuán)董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記雷鳴山表示:“烏東德水電站工程建設(shè)中,開(kāi)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(jí)難題,在地下工程、壩工技術(shù)、裝備制造等方面提升了中國(guó)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(guó)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(jí)電站中的第一梯級(jí)。從向家壩、溪洛渡,到白鶴灘、烏東德,溯江而上,河谷越來(lái)越窄,兩岸山體越來(lái)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(zhǎng)江設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員采用遙感測(cè)繪、無(wú)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(jí)。

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(lèi)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(zhǎng)326.95米,厚高比僅為0.19,是目前世界上最薄的300米級(jí)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(guò)動(dòng)力調(diào)整體形,烏東德水電站大壩建設(shè)混凝土量?jī)H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(lái)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(guò)長(zhǎng)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(mén)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(lái),這一方案實(shí)現(xiàn)了一舉多得。在縮短直線(xiàn)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(jiǎn)化了壩體結(jié)構(gòu),改善壩體受力條件。

力求壩身“完美無(wú)縫”

不僅是目前世界最薄的300米級(jí)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(guò)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(guò)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(jí)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(wàn)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(cāng)面,烏東德水電站大壩工程由基礎(chǔ)開(kāi)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(chēng)為大壩‘退燒藥’,早在三峽工程建設(shè)期間,三峽集團(tuán)就開(kāi)始了低熱水泥研究,通過(guò)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(guò)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(duì)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(jí)特高拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用,開(kāi)發(fā)了智能拱壩建設(shè)與運(yùn)行信息化平臺(tái),有效支撐現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理。

如果說(shuō)溪洛渡水電站開(kāi)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?chē)婌F等。

“技術(shù)人員通過(guò)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(shuō)。

以水電工程機(jī)器視覺(jué)智能建造項(xiàng)目為例,通過(guò)在水電工程建設(shè)施工中引進(jìn)非接觸式紅外熱成像測(cè)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(jiàn)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(duì)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(xiàn)、連續(xù)、高精度監(jiān)控與快速精準(zhǔn)測(cè)量,并具備超溫預(yù)警預(yù)報(bào)功能。
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