聚焦高質量發展丨為大壩“體檢” 科技支撐重大水利水電工程建設

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低熱水泥混凝土制造技能處理大壩溫控防裂難題

2022年6月16日，“西電東送”國家嚴重工程——烏東德水電站最終一臺機組順利完成72小時試運轉，成功并入南方電網，正式投產發電。至此，烏東德水電站12臺機組全部投產發電。

“項目前期要做堿-骨料實驗，上個世紀90年代，咱們和工程地質勘察人員一起進場勘察料源方位，并選樣運回做實驗。”長江科學院資料與結構研究所高級工程師李鵬翔說。

在長江科學院資料與結構研究所堿-骨料反響長期維護室，38度恒溫條件下，一桶桶反響中的混凝土棱柱體試件碼放至房頂。

李鵬翔介紹，堿-骨料反響(骨料里的石英與水泥里的堿發生化學反響)導致混凝土應力不均勻產生裂縫，是混凝土工程破壞的重要原因之一。

據了解，堿-骨料實驗是用骨料和水泥制成混凝土或砂漿試件，將其置于高溫環境中加速反響，觀測其膨脹率，預估未來若干年之后的混凝土堿-骨料反響，再根據實驗結果來確認骨料料源、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。新華網發

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，也是目前世界上最薄的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，長江科學院展開了低熱硅酸鹽水泥混凝土性能與使用關鍵技能研究，研發了高性能低熱水泥大壩混凝土制造技能，并攻克了大體積混凝土溫控防裂關鍵技能。

“這兩項技能結束了水電大壩‘無壩不裂’的歷史。”長江科學院資料與結構研究所所長李家正說。

李家正介紹，針對三峽工程、南水北調中線工程、溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水利水電大國重器建造和服役安全，長江科學院研發了CW系列水工新資料及配套工藝，要點處理壩基不良地質體防滲補強、水工結構加固與耐久性防護、長距離輸水建筑物減糙增效等重難點問題，形成了新的技能標準。

千米鉆孔打破國內水電工程地應力測驗紀錄

2022年7月7日，南水北調中線工程后續水源——引江補漢工程正式開工建造。引江補漢工程是全面推進南水北調后續工程高質量展開、加快構建國家水網主骨架和大動脈的重要標志性工程。

2019年12月，長江科學院第一批科研人員奔赴引江補漢工程出水口丹江口工區展開地應力測驗作業。

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

長江科學院科研團隊創新研發了“超深鉆孔水壓致裂法巖體破裂縫無時限定向技能”“繩索取芯鉆桿雙回路水壓致裂法地應力測驗設備及測驗辦法”及“水工隧洞繩索鉆桿雙回路水壓致裂法地應力測驗技能”等多項專利技能，形成創新性效果“雜亂水工巖體地應力測驗關鍵技能與實踐”，獲得2017年我國巖石力學與工程學會科技進步一等獎，并使用到引江補漢工程深埋隧洞高應力測驗與剖析作業中，有效提高了作業效率和準確率。

引江補漢工程千米深孔地應力現場測驗。新華網發

“在引江補漢工程中，咱們完成了可研階段及開始規劃階段很多巖體物理力學實驗、地應力測驗作業，其中千米級地應力測驗鉆孔5個，最大測深達1100米，創造了國內水利水電工程地應力測驗深度的新紀錄。”長江科學院副院長丁秀麗說。

長江科學院水力學所工程師嚴偉介紹，引江補漢工程施行后，丹江口大壩下流減水區與匯流區的水流流態將變得雜亂，一起河道整治后河床沖淤變化雜亂，具有顯著的三維水流特征。

“初次采用船模技能、多船型船隊、大范圍的河道接連交叉監測，這是咱們為引江補漢工程水力學研究作業量身定做的計劃。”嚴偉說，各計劃的優化及通航水力學和通航船模實驗為最終計劃確認掃除了不確認性。

安全監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，橫臥著目前世界在建規劃最大、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。新華網發

2022年12月，總裝機容量1600萬千瓦的白鶴灘水電站最終一臺機組完成72小時試運轉，正式投產發電。至此，白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發電機組全部投產發電。

“借助安全監測自動化體系，白鶴灘水電站在運轉過程中，經過接入的15000余支傳感器，每5分鐘將進行一次全身體檢。”長江科學院工程安全與災禍防治研究所所長李端有說。

據介紹，白鶴灘水電站安全監測自動化體系運用長江科學院自主研發的CK系列安全監測智能采集單元及安全監測云服務體系軟件進行構建，完成了監測儀器的自動化接入，并開發了功用全面、集成度高的安全監測信息辦理體系，形成了白鶴灘水電站安全狀況全面感知與監控預警體系。

圖為長江科學院研發的大壩安全監測體系。新華網發

李端有介紹說，針對水利水電工程施工期或運轉期安全監測需求，長江科學院基于物聯網技能研發了安全監測自動化成套設備及智能傳感器，并開發了大壩安全監測數據辦理及剖析云服務體系，完成了大壩安全信息的智能感知、敞開物聯和智慧使用。

長江科學院研發的安全監測自動化體系還使用于烏東德水電站、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、引江濟淮工程等20余項大型水利水電工程，為優化規劃、指導施工和保證工程安全發揮了重要作用。

“以科技力量服務水利水電工程建造運轉是長江科學院的一項重要任務。建立70多年來，長江科學院在三峽工程、南水北調、烏東德、白鶴灘、向家壩、溪洛渡、滇中引水、引江濟淮等水利水電工程建造與運轉中，供給了多專業、高質量的科技服務，有力支撐了國家水利水電作業展開和經濟社會展開。”