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    集團要聞

    【特稿】“超級大壩”是怎樣煉成的

    發布日期:2021-05-31   信息來源:水電四局 華東院   作者:黃小云 何雪松 楊 博  字號:[ ]

    “快看,吊罐來了,來了,來了……”

    5月31日12時,在由中國電建全過程勘測設計施工的世界在建規模最大水電站——白鶴灘水電站左岸16壩段澆筑現場,纜機吊著24噸重的9方混凝土向澆筑倉位緩慢就位,在下料工熟練的控制下,混凝土穿過鋼筋網徐徐落下,確定溫度合格后,等候在倉位的振搗工人開始迅速振搗,不一會,最后一個倉位的缺口被振動鋪平了,大壩呈現出完整清晰的輪廓,像一條混凝土巨龍橫臥在金沙江畔。

    “我宣布,白鶴灘水電站大壩全線澆筑到頂!”現場頓時響起建設者們此起彼伏的歡呼聲!這標志著大壩全線澆筑到頂,標志著我國300米級拱壩設計理論和建設技術再次取得新突破,引領世界壩工技術發展!

    白鶴灘大壩為混凝土雙曲拱壩,最大壩高289米,壩頂弧長709米,壩頂寬度14米。共計31個壩段,澆筑混凝土約803萬立方米,創下了拱壩設計多項世界紀錄:300米級高拱壩抗震參數居世界第一、在300米級高拱壩全壩使用低熱水泥混凝土、大壩承受總水推力達1650萬噸居世界第二、拱壩壩高289米居世界第三、樞紐泄洪功率達90000兆瓦居世界第三。

    為了建好白鶴灘水電站,早在30年前的1991年,第一批中國電建人就來到白鶴灘,開始了大量艱苦卓絕的前期開發研究工作。從那時起,幾代電電建人前后跨越三十年,把青春甚至生命都獻給了金沙江下游這片貧瘠的山川河流,終于鑄成大國重器!

    “跨越三十年”的大壩

    第一個十年,電建人逢山開路、遇水搭橋。1991年3月,第一批華東院人來到白鶴灘時,一頭扎進大山開展前期勘測工作。

    道路不通、缺水缺電、高山險峻、江水洶涌。四周群山環繞,他們攀山越嶺、住探洞、飲江水,啃冷饅頭;十年里,華東院人足跡踏遍金沙江上游杳無人煙處,對64公里左右的河段進行了研究比選,初步選定了兩處工程地質條件相對較好的河段,為電站建設收集了大量的第一手資料。他們奇跡般在壩區修建了勘測基地,布置了相關公路、馬道、氣象站和過江纜索等設施,為電站后續建設奠定了堅實基礎。

    第二個十年,電建人審慎嚴謹,全面開展電站設計。白鶴灘水電站地質條件復雜,技術難度極高。歷時之長,勘探之細,在世界水電領域都絕無僅有。這段時期,華東院人對兩處河段的水能規劃、地形地質條件、樞紐布置、施工條件等方面進行全面比較。十多年來,華東院在白鶴灘累計實施完成20萬米鉆孔、5.5萬余米探洞和巨量的現場試驗。累計完成壩址勘探線比選20余條,左右岸修建馬道10余層。

    采用現場三軸和壓剪試驗、模擬試驗洞、無人機、激光掃描、可視化地質綜合平臺等,應用大量勘測試驗前沿技術,終于全面揭示了白鶴灘壩址區罕見的復雜地質情況,為破解白鶴灘各項世界級難題奠定了堅實基礎。經過層層深入研究,最終選定中壩址雙曲拱壩、壩身孔口和岸邊泄洪洞、兩岸基本對稱的地下廠房引水發電系統布置方案作為代表性的樞紐布置方案。

    第三個十年,電建人在“積木”上建起世界第二大水電站特高拱壩。白鶴灘壩基40%為脆、碎、怕擾動的柱狀節理玄武巖,這是世界上首次在這種巖體上建設特高拱壩,如同“在積木上建大壩”。華東院針對柱狀節理玄武巖特性,開展世界首次系統性研究。創新性提出“適當擴大拱壩底部尺寸形成擴大基礎,設墊座以改善地形,優化拱壩體形,并在開挖最后階段預留5米保護層,采取預先錨固、灌漿等手段多管齊下”的壩基處理方案,有效抑制了松弛,完全達到300米級拱壩建設要求。

    三十年艱難困苦、嘔心瀝血;三十載如履薄冰、夜不能寐。今天,白鶴灘大壩終于全線封頂,就像看著自己的孩子從孕育到出生,再到逐漸長大成才,扛起了“千斤重任”。


    “難度最高”的大壩

    為建設這座舉世矚目的大國重器,中國電建成立了以兩院院士潘家錚為組長的院士顧問組和地質專家組行全過程把關。聯合國內外80余家高校和科研機構開展200余項技術攻關,以科學嚴謹、開放合作的態度開展大量的研究工作,為今天這座世界第三高拱壩全線封頂發揮了重要作用。

    白鶴灘大壩還面臨著“高水頭、窄河谷、巨泄量、不對稱拱壩”的泄洪消能問題,樞紐總泄量達42348立方米每秒,9萬兆瓦的能量需要消剎,被稱為:“世界上難度最大的泄洪消能”。

    針對壩身泄洪消能,華東院綜合分析下游河床承受能力、壩身孔口布置方式、壩身開孔對壩體結構影響等因素,通過大量水工模型試驗驗證,在壩身設置了6個無齒坎分層大差動表孔、7個分層多股水流深孔,設計世界規模最大的反拱水墊塘,有效解決了超大泄洪規模不對稱拱壩壩身泄洪消能的技術難題。

    技術團隊創新設計世界最大的無壓泄洪洞群,通過壩身與泄洪洞聯合泄洪,實現三套泄洪設施的靈活運行,保障泄洪消能安全。

    此外,為了加強大壩抗震防震能力,在大壩相應部位采用高強混凝土、雙層抗震鋼筋、強化基礎處理等應對措施。為了降低混凝土放熱、打造“無縫大壩”,華東院聯合十余單位,圍繞全壩采用灰巖骨料開展深入研究,共同研制低熱水泥。

    目前,隨著上游水位逐漸提高,白鶴灘水電站大壩等各類設施各項監測數據正常,正抓緊準備充水和有水調試,向著今年“七一”投產發電的目標全力沖刺。

    “顏值最美”的大壩

    業內都說“無壩不裂”,但在白鶴灘水電站,大壩上沒有一條裂縫,“這是壩工建設的奇跡!”其實,在外人看來的高顏值全是因為有一項核心“武器”——低熱水泥混凝土。

    白鶴灘水電站最大壩高289米,拱冠壩頂厚度14米,拱冠壩底厚度63.5米,共劃分31個壩段施工,澆筑低熱混凝土約810萬立方米,是世界低熱混凝土澆筑量最大的300米級雙曲拱壩工程。

    傳統大壩建設需要澆筑大量混凝土,混凝土中的水泥水化反應會產生熱量,使得混凝土澆筑后溫度上升,之后再緩慢冷卻到環境溫度。如果不采取有效的溫度控制措施,任由混凝土熱脹冷縮,難免會產生裂縫。而低熱水泥混凝土水化熱的溫度比中熱水泥和普通水泥要低,且絕熱溫升遠低于中熱水泥和普通水泥的絕熱升溫。能極大減少熱脹冷縮導致大壩裂縫的可能性,且低熱水泥具有良好的抗干縮性能、抗侵蝕、抗沖耐磨以及后期強度高、強度持續增長的優點。

    “其實以前也有低熱水泥應用在一些大中型水電站上,但直到白鶴灘水電建設,我們相關技術市場才真正成熟,可以說,白鶴灘水電站讓這項技術真正有了用武之地?!?/p>

    在白鶴灘水電站,中國水電四局負責澆筑1-18號壩段,還負責國內最大混凝土拌和系統和提供混凝土垂直運輸的世界最大纜機群的運行維護,自2017年4月13日,混凝土下料入倉到平倉再到振搗,混凝土澆筑每一處工序都有標準化的操作指南,才實現了“倉倉精品”的目標。

    “夏天白鶴灘地表直射溫度高達40多度,牛排都能烤到三分熟”。從拌和廠出廠到大壩施工現場的7分鐘時間里,如何盡可能保證低溫攪拌混凝土不會因為外界環境溫度變化驟然升高?

    “混凝土拌和過程中,我們一先給骨料吹冷風,二要加入低溫水和一定比例的冰屑;而混凝土從拌和樓出來后,就會灌入專門加裝了保溫材料的自卸式貨車,再通過纜機在幾分鐘內迅速送到大壩施工現場?!彼娝木职Q灘施工局黨工委書記孫德炳介紹道。

    等混凝土入倉后,開始對混凝土振搗,“混凝土要振搗幾遍,振搗棒型號如何選擇,初振的振搗時間是多長,復振的時間是多長,初振與復振的間隔時間有多長......這些參數都有標準,大家要嚴格按照要求施工?!?/p>

    當所有的施工工序都有明確標準,并在施工過程中得以落實,大壩混凝土的澆筑質量就得以保證。

    “智商最高”的大壩

    白鶴灘地形是一個不對稱的“V”形河谷,地質條件極其復雜,需要攻克的技術和難度都堪稱世界級,伴隨著一項項難題的攻克,智能化成了白鶴灘水電站最鮮明的特征。

    據金沙江水文氣象中心數據顯示,2020年白鶴灘水電站壩區7級以上大風天氣達251天,占全年比重70.5%,白鶴灘水電站所在地的氣候條件為大壩澆筑帶來諸多挑戰。保證纜機安全運行,控制大體積混凝土溫度,保障混凝土澆筑密實,實現壩體均衡上升,是壓在建設者肩上的一個個關乎質量好壞的重要考驗,為此白鶴灘建設者們始終葆有創新、探索的精神,通過一條龍智能監控、智能通水、智能灌漿等智能技術,為建成無縫大壩及保障大壩長期安全穩定運行提供了創新解決方案。

    在混凝土運輸時,建設者對這里的每輛車都進行了編號,認證了身份,保證不會送錯倉號。等混凝土被裝入罐中,通過“空中走廊”時,它們也有自己的“交通規則”——通過纜機目標定位系統,每臺纜機距離都能得到控制。 白鶴灘水電站7臺纜索式起重機,世界上最大的纜索式起重機群,由水電七局夾江水工承制,全部為平移式纜機,主、副塔架都能在地面軌道行走,采用高、低線雙層布置,高線3臺、低線4臺,塔架高度相當于25層樓高,作業范圍大,能滿足巨型水電站施工使用的高頻性。

    此外,大壩通過在新澆筑混凝土壩塊和水管中安裝數字溫度傳感器,可以實時測量混凝土溫度和進出水溫。在冷卻水管中安裝的溫度、流量和一體流溫集成控制裝置,還可以實現動態智能控制;在混凝土平倉振搗過過程中,任何操作不到位的情況會自動預警,提示現場質量管理人員進行糾偏;生產什么樣的混凝土,只要一線人員在手機上遠程操作即可完成。

    據悉,在白鶴灘大壩體內,大壩中埋設的5774支溫度計、75347米的測溫光纖、數千支監測儀器,用于感知氣溫、風速、溫度、應力、應變等信息,可以實現混凝土生產、運輸、澆筑、運行的全生命周期監控,對施工進度、質量進行可視化分析。
    “有了智能大壩智能監控。不必冒著酷暑去工地,只要坐在指揮部,現場視頻、實時數據全都一目了然?!?/p>

    24小時不停歇的大壩

    開創了大型水電工程“四倉同澆”施工先河。

    開創了混凝土單班產量6939立方米、日產量12141立方米、月產量27.3萬立方米記錄。

    取出20.95米世界最長最完整混凝土芯樣。

    開創90天泄洪深孔順利封頂記錄。

    目前已完單元工程驗收合格率100%,優良率達到99%。

    ——這一系列同類工程世界之最,是這里所有參建者們1510多個日日夜夜的腳踏實地和敬業付出。

    “七臺纜機四年就澆筑完了,這是什么概念??!”負責白鶴灘生產調度的老王在大壩圍堰底看著兩岸的陡峭的山壁感嘆道。
    大家都說,白鶴灘水電站是24小時都不停工的。在最后一倉混凝土開盤時,雷陣雨突如其來,風夾雜著壩底的水氣,打在正在收拾壩頂人行道材料的工人臉上、身上,但大家絲毫沒有停下來的意思,“我們就是天上下刀子也要繼續干的?!?/p>

    白鶴灘水電站建設節奏非???,高峰時期,這里的建設者人數達17000人,纜機班實行三班倒,澆筑隊一直都是兩班不間斷。澆筑大隊負責人李永軍從白鶴灘基坑開挖就在這里,還參與了大壩首倉澆筑,他說,為提高工作效率,項目經常組織黨員突擊隊攻堅克難,一次他帶領的30余人的突擊隊為搶倉,從早上七點突擊到晚上十點,安管鋼筋、立模、澆筑……一整套流程一氣呵成,當日就創下一項單班記錄?!拔規е业年爠摿撕枚酀矀}記錄呢,有時候報話機電池一晚上用掉三塊?!?/p>

    除了苦干,更重要的是巧干。為了提高工程的安全性和施工效率,在白鶴灘大壩建設中,使用了大量的預制混凝土預制模板,既保證了大壩的外觀質量,也節約了時間和成本?!邦A制模板在泄洪深孔和導流底孔中應用最為廣泛,與大壩混凝土澆筑平行作業,是大壩結構混凝土的一部分,既可以保證大壩的外觀質量,也可以達到每個施工分層節約2-4天時間的效果?!睋榻B,“由于大壩是曲型的,每一片預制模板都是獨一無二定制,這在以往的電站建設中是沒有的?!?/p>

    除了人人具有奉獻精神,這里所有建設者也將“精品意識”深深地刻進了腦海內,每一處都要追求創新和完美。李永軍感嘆道,之前在三峽水電站感覺質量要求已經非常嚴格了,沒想到白鶴灘比三峽還“夸張”,除了施工單位有嚴格要求,業主監理還會24小時“陪著”施工,一點不規范的程序都不能出現。在這里,表孔壩段體型控制在正負6毫米之間;廊道不平整度全部都在3毫米以內;土建的標準可以說超越了所有的電站……

    如今,大壩實現全線封頂,首批機組“七?一”發電目標也即將實現,等到它完全完工,便將與烏東德、向家壩、溪洛渡以及此前建成的三峽、葛洲壩水電站共同構成一條世界上最大的清潔能源走廊,成為帶動經濟社會發展的能源“引擎”。


    最后一倉振搗


    最后一罐混凝土澆筑


    金沙江白鶴灘水電站樞紐區左邊坡探洞與勘線


    華東院鉆孔取出的各類巖芯


    華東院團隊進行豎井描述


    大壩最新形象






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