聚焦高質(zhì)量發(fā)展丨為大壩“體檢” 科技支撐重大水利水電工程建設(shè)

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低熱水泥混凝土配制技能解決大壩溫控防裂難題

2022年6月16日，“西電東送”國家嚴(yán)重工程——烏東德水電站最后一臺機(jī)組順利完成72小時試運(yùn)行，成功并入南方電網(wǎng)，正式投產(chǎn)發(fā)電。至此，烏東德水電站12臺機(jī)組悉數(shù)投產(chǎn)發(fā)電。

“項現(xiàn)在期要做堿-骨料實驗，上個世紀(jì)90年代，咱們和工程地質(zhì)勘測人員一起進(jìn)場勘測料源位置，并選樣運(yùn)回做實驗。”長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所高級工程師李鵬翔說。

在長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所堿-骨料反應(yīng)長時間養(yǎng)護(hù)室，38度恒溫條件下，一桶桶反應(yīng)中的混凝土棱柱體試件堆放至房頂。

李鵬翔介紹，堿-骨料反應(yīng)(骨料里的石英與水泥里的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng))導(dǎo)致混凝土應(yīng)力不均勻發(fā)生裂縫，是混凝土工程破壞的重要原因之一。

據(jù)了解，堿-骨料實驗是用骨料和水泥制成混凝土或砂漿試件，將其置于高溫環(huán)境中加速反應(yīng)，觀測其膨脹率，預(yù)估未來若干年之后的混凝土堿-骨料反應(yīng)，再依據(jù)實驗效果來確認(rèn)骨料料源、水泥和粉煤灰等工程混凝土用原資料和混凝土合作比。

澆筑中的烏東德大壩。新華網(wǎng)發(fā)

烏東德水電站大壩是壩高270米、壩頂上游面弧長326.95米的混凝土雙曲拱壩，也是現(xiàn)在國際上最薄的300米級特高拱壩，厚高比僅0.19。

針對烏東德特高拱壩大體積混凝土溫控防裂技能難題，長江科學(xué)院展開了低熱硅酸鹽水泥混凝土性能與運(yùn)用要害技能研究，研制了高性能低熱水泥大壩混凝土配制技能，并霸占了大體積混凝土溫控防裂要害技能。

“這兩項技能完畢了水電大壩‘無壩不裂’的前史。”長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所所長李家正說。

李家正介紹，針對三峽工程、南水北調(diào)中線工程、溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水利水電大國重器建造和執(zhí)役安全，長江科學(xué)院研制了CW系列水工新資料及配套工藝，重點(diǎn)解決壩基不良地質(zhì)體防滲補(bǔ)強(qiáng)、水工結(jié)構(gòu)加固與耐久性防護(hù)、長距離輸水建筑物減糙增效等重難點(diǎn)問題，構(gòu)成了新的技能標(biāo)準(zhǔn)。

千米鉆孔打破國內(nèi)水電工程地應(yīng)力測驗紀(jì)錄

2022年7月7日，南水北調(diào)中線工程后續(xù)水源——引江補(bǔ)漢工程正式開工建造。引江補(bǔ)漢工程是全面推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量發(fā)展、加速構(gòu)建國家水網(wǎng)主骨架和大動脈的重要標(biāo)志性工程。

2019年12月，長江科學(xué)院第一批科研人員奔赴引江補(bǔ)漢工程出水口丹江口工區(qū)展開地應(yīng)力測驗作業(yè)。

“壩上、壩下有3條線路，每條線路長200多公里，埋深大、線路長、地質(zhì)條件雜亂，隧洞沿線的地應(yīng)力測驗難度非常大。”長江科學(xué)院巖基研究所地應(yīng)力理論與測驗技能學(xué)科主任董志宏說。

長江科學(xué)院科研團(tuán)隊創(chuàng)新研制了“超深鉆孔水壓致裂法巖體破裂縫無時限定向技能”“繩討取芯鉆桿雙回路水壓致裂法地應(yīng)力測驗設(shè)備及測驗方法”及“水工隧洞繩索鉆桿雙回路水壓致裂法地應(yīng)力測驗技能”等多項專利技能，構(gòu)成創(chuàng)新性效果“雜亂水工巖體地應(yīng)力測驗要害技能與實踐”，獲得2017年中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科技進(jìn)步一等獎，并運(yùn)用到引江補(bǔ)漢工程深埋隧洞高應(yīng)力測驗與剖析作業(yè)中，有效提高了作業(yè)效率和準(zhǔn)確率。

引江補(bǔ)漢工程千米深孔地應(yīng)力現(xiàn)場測驗。新華網(wǎng)發(fā)

“在引江補(bǔ)漢工程中，咱們完成了可研階段及開始規(guī)劃階段很多巖體物理力學(xué)實驗、地應(yīng)力測驗作業(yè)，其中千米級地應(yīng)力測驗鉆孔5個，最大測深達(dá)1100米，創(chuàng)造了國內(nèi)水利水電工程地應(yīng)力測驗深度的新紀(jì)錄。”長江科學(xué)院副院長丁秀麗說。

長江科學(xué)院水力學(xué)所工程師嚴(yán)偉介紹，引江補(bǔ)漢工程施行后，丹江口大壩下游減水區(qū)與匯流區(qū)的水流流態(tài)將變得雜亂，一起河道整治后河槽沖淤變化雜亂，具有明顯的三維水流特征。

“首次采用船模技能、多船型船隊、大范圍的河道接連穿插監(jiān)測，這是咱們?yōu)橐a(bǔ)漢工程水力學(xué)研究作業(yè)量身定做的計劃。”嚴(yán)偉說，各計劃的優(yōu)化及通航水力學(xué)和通航船模實驗為終究計劃確認(rèn)掃除了不確認(rèn)性。

安全監(jiān)測自動化完成大壩分鐘級安全“體檢”

在云南省巧家縣和四川省寧南縣接壤的金沙江干流河段上，橫臥著現(xiàn)在國際在建規(guī)模最大、技能難度最高的水電工程——白鶴灘水電站。

圖為白鶴灘水電站。新華網(wǎng)發(fā)

2022年12月，總裝機(jī)容量1600萬千瓦的白鶴灘水電站最后一臺機(jī)組完成72小時試運(yùn)行，正式投產(chǎn)發(fā)電。至此，白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組悉數(shù)投產(chǎn)發(fā)電。

“借助安全監(jiān)測自動化體系，白鶴灘水電站在運(yùn)行過程中，經(jīng)過接入的15000余支傳感器，每5分鐘將進(jìn)行一次全身體檢。”長江科學(xué)院工程安全與災(zāi)禍防治研究所所長李端有說。

據(jù)介紹，白鶴灘水電站安全監(jiān)測自動化體系運(yùn)用長江科學(xué)院自主研制的CK系列安全監(jiān)測智能收集單元及安全監(jiān)測云服務(wù)體系軟件進(jìn)行構(gòu)建，完成了監(jiān)測儀器的自動化接入，并開發(fā)了功能全面、集成度高的安全監(jiān)測信息辦理體系，構(gòu)成了白鶴灘水電站安全狀況全面感知與監(jiān)控預(yù)警體系。

圖為長江科學(xué)院研制的大壩安全監(jiān)測體系。新華網(wǎng)發(fā)

李端有介紹說，針對水利水電工程施工期或運(yùn)行期安全監(jiān)測需求，長江科學(xué)院根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技能研制了安全監(jiān)測自動化成套設(shè)備及智能傳感器，并開發(fā)了大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)辦理及剖析云服務(wù)體系，完成了大壩安全信息的智能感知、開放物聯(lián)和智慧運(yùn)用。

長江科學(xué)院研制的安全監(jiān)測自動化體系還運(yùn)用于烏東德水電站、向家壩水電站、溪洛渡水電站和丹江口水利樞紐工程、大藤峽水利樞紐、珠江三角洲水資源裝備工程、引江濟(jì)淮工程等20余項大型水利水電工程，為優(yōu)化規(guī)劃、指導(dǎo)施工和保障工程安全發(fā)揮了重要作用。

“以科技力氣服務(wù)水利水電工程建造運(yùn)行是長江科學(xué)院的一項重要任務(wù)。成立70多年來，長江科學(xué)院在三峽工程、南水北調(diào)、烏東德、白鶴灘、向家壩、溪洛渡、滇中引水、引江濟(jì)淮等水利水電工程建造與運(yùn)行中，供給了多專業(yè)、高質(zhì)量的科技服務(wù)，有力支撐了國家水利水電作業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。”