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白鹤滩水电站 靠什么“内外兼修”

2017-08-11 09:16 来源:科技日报

  8月3日,历时十多年的勘测设计、试验研究和6年多筹备,装机规模全球第二大、在建规模全球第一大水电站——白鹤滩水电站主体工程全面建设。

  虽有三峡大坝这位世界第一的“老大哥”在前,但作为千万千瓦级的巨型水电站,白鹤滩还是有诸多“过人之处”:在建装机容量、单机容量、300米级高坝抗震参数、地下洞室群规模、无压泄洪洞包括调压井的规模、300米拱坝全坝采用低热水泥混凝土等,均排名全球第一。

  “白鹤滩水电站是当今世界在建的综合技术难度最大的水电工程,施工难度挑战前所未有。”中国三峡集团董事长卢纯认为。

  集世界水电高精尖技术于一体,“超级工程”白鹤滩水电站创新和智能究竟体现在哪儿?科技日报记者奔赴大坝施工现场,为您一一揭秘。

  “身体”强健:抗震级别高 抗裂能力强

  3日,金沙江干流下游河段,艳阳高照。在白鹤滩18号坝段,一个个黄色吊罐将搅拌好的混凝土从高空送至仓内,建筑工人们正在忙碌地浇筑混凝土。

  在这里,最常被提及的一个指标,就是温度。全坝31个坝段,每一仓混凝土都埋设有数支温度计和冷却水管,浇筑好的混凝土铺着“保温被”,现场还有降温喷雾器随时待命。

  混凝土有水化热,浇筑入仓后体积膨胀,遇寒又会收缩,热胀冷缩后,致使大坝产生温度裂缝,因此有“无坝不裂”的说法。白鹤滩全坝使用低热水泥混凝土,这在世界上还是第一次。

  “美国的胡佛大坝虽使用低热水泥,但其占比只有40%左右。”对低热水泥混凝土研究十余年的长江三峡技术经济发展有限公司执行董事、党委书记李文伟告诉科技日报记者,为了从源头上解决大坝的温度裂缝问题,三峡工程应用了中热水泥,白鹤滩大坝将全面采用低热水泥,其水化热比中热水泥低15%,后期强度性能优于中热水泥,并能减少后期冷却手段,以降低成本,“只要措施得当,大坝将不会产生温度裂缝”。

  “目前大坝主体已浇筑了16万立方米,各个阶段的混凝土温度均低于设计要求2—3摄氏度,施工效果很好,其性能也满足设计要求。”大坝项目部副主任郭增光说。

  白鹤滩水电站最大坝高289米,所承受的总水推力达到1650万吨,它也是国内坝址地形地质条件最为复杂的高拱坝工程之一。其坝址烈度参数为8度,在高拱坝中防震级别最高。

  “白鹤滩水电站有一个独特的地质现象,那就是玄武岩柱状节理。”中科院院士陈祖煜介绍,它是发育玄武岩中的一种原生张性破裂结构。“从形状上看就像麦当劳的薯条一样,开挖后则容易产生松弛、崩落等现象。”陈祖煜说,在国内外工程中,柱状节理玄武岩偶有碰到,但分布位置未涉及主体建筑物,因而对其特性的研究甚少。

  陈祖煜说,白鹤滩是国内首个利用柱状节理玄武岩作为坝基的高拱坝工程,科研人员首次系统和深入地开展了柱状节理玄武岩工程特性研究并掌握了其处理措施。该工程选择微新柱状节理玄武岩作为建基面,对开挖表层岩体预留保护层、预锚、强化灌浆等处理。

  “白鹤滩所处的地形左高右低,我们还进行了拱坝不对称性结构设计。”李文伟说,柱状节理玄武岩出露部位设置混凝土扩大基础以有效降低坝趾压应力水平,确保大坝“脚下有根”、受力均匀,“也算是给大坝修整体形了”。

  “头脑”聪明:头痛脑热 自行体检自开药方

  大块头有大智慧。白鹤滩水电站还是个聪明的大坝,有着智慧的头脑,能实现“智能建造”。像李文伟这样的工作人员手机上,都有一个名叫“白鹤滩智能通水2.0温控平台”APP。

  李文伟介绍,这个由清华大学和三峡集团共同研制的智能通水成套装备和移动实时软件平台,通过在新浇筑混凝土坝块和水管中安装数字温度传感器,实时测量混凝土温度和进出水温。点开手机,工程进度和各种参数尽在掌握。在冷却水管中还安装温度、流量、开度和一体流温集成控制装置,因此还可以实现动态智能控制。

  “大坝埋设了成千上万的传感器,我们利用数字技术进行大坝全生命周期工作性态监控。生产施工数据都会被采集和分析,从而实现了施工质量全过程的在线实时监控和预报、预警及智能控制,可以根据实际情况调整施工方案,即做到‘全面感知、真实分析、实时控制’。”白鹤滩工程建设部副主任陈文夫打了个形象的比方,就像一个人头痛脑热,不用大夫,靠自己就能够采集血液等进行体检,然后开出应对处方。

  智能设计无处不在。在白鹤滩泄洪洞,科技日报记者看见已经浇筑好的混凝土表面缓缓流淌着细水,这是在进行混凝土养护,它也是通过“智能养护控制柜”实现的。参数设计好后,通过编程,系统自动控制调节养护水管的启动开关,实现自动养护。

  溪洛渡大坝被称为“智能大坝”,白鹤滩则是在溪洛渡大坝基础上智能全面升级的2.0版。“‘智能建造’将贯穿整个工程的全生命建设周期,其深度和广度都有提升,白鹤滩将更‘聪明’。”李文伟说。

  超级容量:引领世界水电进入“百万单机时代”

  在白鹤滩水电站众多工程技术指标中,“百万机组”格外引人注目。在左右岸电站厂房内将各自布置8台百万千瓦的“超级机组”。

  “经过三峡工程等一系列重点工程建设,中国水电装备的设计制造能力得到飞速发展。目前,向家坝和溪洛渡水电站都采用了技术已经成熟的70万千瓦级巨型水轮机组。这是目前全世界单机容量最大的机组群,然而,还有一个高点等待人们去征服,那就是‘百万机组’。它就像是水电行业的珠穆朗玛峰,大家都想上去看一看。”在谈到采用“百万机组”的初衷时,三峡集团副总经理樊启祥打了这样一个比方。

  “从三峡到金沙江,从30万千瓦到70万千瓦,再到100万千瓦,中国水电装备设计制造实现了两次大的跨越。在三峡,我们走的是‘引进、消化吸收、再创新’的路子;而在白鹤滩,我们实现了完全自主创新。”樊启祥说。

  在金沙江下游四个水电梯级电站中,乌东德、溪洛渡、向家坝的水轮发电机组均有外资公司参与设计制造,而白鹤滩将成为国内首个纯国产机组的大型水电站。100万千瓦水电机组也将是世界上最大容量的高端产品,超出现有技术水平和规范,世界范围内都无现成经验可借鉴。

  “百万机组”不是一蹴而就,为创新而创新。三峡集团在重大装备科研、设计和制造、安装和运行链条中分层次有步骤地稳步推进国产化,已在机组设备,在高压电气设备、辅助设备乃至基础材料上取得了重要成果,特别是白鹤滩电站已成功研制800Mpa级高强蜗壳钢板、750Mpa级磁轭钢板。

  国际大坝委员会荣誉主席贾金生表示,从三峡到向家坝电站,再到白鹤滩,增加的不仅是容量,更需要高精尖的技术作支撑。“这足已证明中国不仅在建坝规模上领先世界,技术制造也已进入引领的阶段。”

  参与白鹤滩关键技术咨询的中国工程院院士郑守仁指出,借鉴了二滩、小湾、锦屏一级、溪洛渡等工程的经验,白鹤滩水电站的大量关键技术问题已经得到解决。没有制约工程建设的因素。“它将成为世界水电发展过程中里程碑式的水电工程。”

  根据规划,白鹤滩水电站大坝将于2021年5月下闸蓄水,同年首批机组投产发电,全部机组将于2022年底建成投产。届时,16台“超级机组”将世界水电带入“百万单机时代”。

  题图为白鹤滩水电站枢纽布置图

  (图片由受访者提供)

(责任编辑:王蔚)

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