勇攀世界水电建设技术高峰

发布时间:2019-10-09 09:50浏览次数:

  正在建设中的白鹤滩工程是仅次于三峡水利枢纽的中国第二大水电站,也是在建的世界最大水电站。早在1954年底在毛泽东主席的指示下,当时的长江水利委员会、燃料工业部水电总局启动了长江流域规划编制,研究在长江中下游建设三峡工程,或者在金沙江、岷江、嘉陵江、乌江四大支流兴建水利工程的方案研究,以彻底解决长江水患。1958年,国家组织了一批捷克斯洛伐克水利专家到金沙江下游河段查勘,认为白鹤滩这段峡谷适合建设大型水利工程。1981年形成《金沙江渡口至宜宾河段规划报告》推荐金沙江下游段分乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四级开发。1991~1992年,水电总院对金沙江流域规划作了进一步布置,下达了前期工作计划,华东院开始负责白鹤滩梯级的开发研究工作,并于2000年启动预可行性研究,2006年通过审查。预可研工作通过后,又历时10多年的深化科研、勘测、设计工作和6年多筹备,2017年7月白鹤滩水电站正式通过国家核准。

  白鹤滩作为国家“十三五”规划“西电东送”的骨干电源点,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,又是唯一一座全部实现设备国产化的水电站。如何破解水电站建设中遇到的问题?如今水电站建设情况如何?工程建设进度怎么样?记者带着上述诸多问题采访了三峡集团中国三峡建设管理有限公司白鹤滩工程建设部技术管理部副主任王玮。

  破解六大技术难题

  中国能源报:白鹤滩水电站建设中遇到哪些技术难题?如何破解?

  王玮:白鹤滩水电站建设中遇到了六大技术难题。

  一是柱状节理玄武岩作为高拱坝坝基问题。白鹤滩地质条件复杂,是世界上首次利用柱状节理玄武岩作为建基岩体的大坝,这种地质条件在国内外水电站建设中没有任何经验可借鉴。在白鹤滩工程上我们首次全面、系统地研究了柱状节理玄武岩工程特性,三峡集团牵头,设计、科研、施工、监理单位共同合作全面系统研究,多次召开论证会,拿出了一整套保护处理措施。经充分论证,三峡集团党组决策,柱状节理玄武岩可以作为高拱坝基础,并采用扩大基础适应它。从实施效果来看,处理措施是合理的,各方对这一关键技术问题的解决方案也都充分认可。创新成果国际领先,获得中国岩石力学与工程学会“科技进步一等奖”。

  二是抗震安全性问题。白鹤滩工程处于地震活动强烈的川、滇地震带,坝址的地震动参数在300米级高坝中是世界最高的,比小湾、溪洛渡、锦屏高得多。为有针对性的解决问题,华东院联合中国水科院、清华大学、大连理工大学、河海大学这四家科研单位开展专题研究。其拱坝抗震研究理论深透,成果丰富,提出的大坝抗震措施更为合理,针对性很强,在国内处于引领地位。

  三是拱坝建设过程中混凝土温控防裂问题。这个问题关系到拱坝质量,三峡集团、华东院都非常重视,在三峡、溪洛渡、向家坝等大型工程研究应用的基础上,针对白鹤滩水电站的特点——地处干热河谷,风速大,温度骤降比较大,拱坝体形较复杂,混凝土温控防裂难度非常大,开展了一系列的深化研究试验工作,最终经三峡集团党组决策后,全坝首次采用低热水泥混凝土。通过低热水泥应用,配合精细化温控措施,白鹤滩大坝混凝土温度控制效果良好。

  四是枢纽泄洪消能问题。白鹤滩所在的地方河谷狭窄,岸坡陡峻,左岸相对较缓,右岸高陡,不对称V形河谷地形对白鹤滩拱坝的泄洪消能影响突出,相比溪洛渡,白鹤滩河谷更窄,消能压力更大。为此,我们在结构设计上进行了创新,针对不对称拱坝布置了三套泄洪设施,包括坝身的表孔、深孔以及岸边泄洪洞。在模型试验研究基础上提出了超长高流速大型无压直泄洪洞设计方案,首次采用了全程无压、新颖的泄洪洞掺气、补气系统等,克服了有压泄洪洞的一些缺陷。考虑到泄洪洞孔口尺寸大,水推力大,所以采用了世界上尺寸最大的三支臂弧门。同时为解决表孔、深孔泄洪消能问题,白鹤滩采用了世界上规模最大的水垫塘反拱底板,正是这些深入研究的成果促使专家信服,才赞成我们采用。

  五是巨型地下洞室群的稳定问题。白鹤滩水电站拥有世界上规模最大的地下厂房洞室群,地下厂房宽34米、高88米,8个圆筒形尾水调压室最大直径48米,高约110米(含穹顶),地下厂房的跨度、调压室直径和数量均居世界已建在建水电工程之首。实际开挖时,我们确立了“实时监测、过程分析、动态设计、保证安全”的实施原则,建立了设计、施工、监测一体化实时动态反馈分析机制,组织研发“地下洞室开挖支护预警系统”、研究提出“快速锚固关键技术”、“精细化爆破开挖专项方案”,历经左右岸厂房围岩变形控制的两次“大考”,成功应对了高地应力、层间错动带、硬脆玄武岩等复杂地质综合作用下的洞室群围岩稳定问题。

  六是世界最大百万水轮机组研究应用问题。从三峡工程70万千瓦机组引进联合制造,到溪洛渡工程75万千瓦、向家坝工程80万千瓦机组独立设计制造,再到白鹤滩工程单机容量100万千瓦机组(世界最大)设计制造,标志着我国巨型水轮发电机组设计、制造能力达到了世界领先水平,把我国水电装备业提升到一个更高的水平。

  构建安全环保体系

  中国能源报:在水电建设安全保障中做了哪些工作?

  王玮:首先,我们构建大型水电工程本质安全体系,通过应用大型大型缆机群、大口径反井钻机、竖井门式垂直升降系统、液压自升爬模、钢筋钢模台车等先进的设备化解重大安全风险,推行“三层级、四体系”管理模式,健全全员安全生产责任制,有效落实安全生产“一岗双责”;其次,在水电行业首创研发基于微信的隐患管理系统,革新参建各方隐患管理理念,建立“以奖代罚”的考核导向,鼓励参建单位主动揭露“家丑”,形成“不怕出乖露丑”的氛围,深入、彻底的消除事故隐患,有效遏制隐患升级为事故。

  中国能源报:如何做到绿色施工?

  王玮:从2010年白鹤滩水电站筹建开始,就在推广绿色环保施工。例如首次在大型水电工程采用变频风机及风带,采用自然通风与机械通风结合、正压送风和负压排风混合技术,有效解决了大规模、高埋深洞室群通风散烟难题;自主设计建设的罐车冲洗系统,实现废水零排放和封闭水循环利用。

  四川、云南、国家层面监察机构均不定期开展检查,白鹤滩工程所取得的水保、环保成绩得到了监察部门的肯定。我们通过环保达标、水土合规、施工文明、资源节约,践行“两山理念”。目前“粉尘”控制良好,施工区空气质量达到国家二级标准,砂石系统生产废水100%回用,绿化总面积300万㎡,水土流失总治理度达80%。

  智能建造稳步推进

  中国能源报:目前工程建设进展情况如何?

  王玮:白鹤滩水电站正在按照既定的进度计划有序推进工程建设,主体工程(大坝、地下厂房系统、泄洪洞工程)已全面进入混凝土浇筑、金属结构安装阶段;大坝混泥土浇筑完成480万方,坝体混凝土浇筑高度超过一半。两岸地下厂房系统混凝土、金结构埋件施工顺利推进,今年年底将启动4台发电机组本体安装工作;2021年4月,主体工程具备蓄水发电条件,水库开始蓄水;2021年7月,首批机组并网发电;2022年,16台机组将全部并网发电。

  中国能源报:白鹤滩的智能体现在哪?

  王玮:白鹤滩工程智能建造是在溪洛渡数字大坝建设管理经验基础上,将大数据、物联网为核心的现代信息技术与水电工程建设有机融合,实现对工程建设及运行全生命周期的信息化和智能化管理。

  主要体现在:一是研发了智能建造信息管理平台,结合BIM信息平台的深度应用,实时、在线管理与分析工程建设及运行期各类数据,数据采集、归档集中度提高,可通过手机、平板等多种终端实现网上审签和电子资料的归集;二是通过智能监测、控制等技术的深度应用,实现了高拱坝施工、温控等的全过程动态监测与反馈控制,其中温控环节全面应用智能通水,实现了大体积混凝土温控全过程精细化控制,主要技术指标符合率均在99%以上,无温度裂缝;三是由科研单位同步开展全生命周期性态仿真分析与反馈,实时评估、动态预测大坝的工作性态,及时提出合理的工程方案与建议;四是试验检测平台逐步从纸质流程向电子化迈进。

  总之,智能建造体系覆盖了白鹤滩大坝工程建设和运行全过程,可以实现工程全生命周期状态的“全面感知、真实分析、实时控制”。

  采访手记:

  王玮一毕业就与水电结下不解之缘,22年的水电生涯一直在一线,不断挑战技术新高。

  1997年他被分配到三峡参与水文泥沙、设计技术管理工作 ,开启了水电追梦之旅。2003年王玮转战金沙江溪洛渡,继续做熟悉的技术管理工作,溪洛渡水电站的技术代表了当时世界水工界最复杂建筑物管理的最高水平,溪洛渡大坝也被誉为“世界上最聪明的大坝”。

  如今,王玮再次挑战面临“大、难、新”特点的白鹤滩,做技术干部工作的他,对工地有深沉的归属感,与记者谈论的话题一直围绕着水电建设技术,每每谈到个人时,王玮惜字如金的回答“没什么可说的”、“还是多谈谈白鹤滩水电建设吧”,而对外界懵懂的白鹤滩工程专业技术,他又侃侃而谈。

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