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在海拔3000米的地方建电站,需要哪些“黑科技”?

在四川甘孜涉藏地区

雅砻江干流和鲜水河汇合口下游2公里处

矗立着一座世界级的高土石坝

两河口水电站大坝

这里平均海拔3000米

含氧量仅为低海拔平原的69%

冬季极端最低温度零下15.9℃

再加上超大方量、超高强度的大坝填筑

对施工场地、交通道路、机械设备配置

和施工组织管理

都提出了很高的要求

高寒缺氧造成人工和机械降效明显

又给两河口大坝建设

带来了更加严峻的挑战

面对复杂的地质环境和恶劣的气候

水电建设者们用种种“黑科技”铸造了

两河口水电站这颗高原明珠

——给碾压机“装大脑”,智能碾压保质量

大坝中心区相当于“心脏”,为了防渗透,就要在“心脏”位置砌上保护墙——“心墙”。目前“心墙”填筑高度已经突破270米。

要让“心墙”抵挡住260多米高、108亿立方米库容的水压力,碾压紧实是最关键的步骤之一。雅砻江公司两河口建设管理局局长王金国说,“心墙”需要经过1176层的填筑,每层需经过10遍碾压,马虎不得。

上万遍的重复碾压,枯燥乏味,工人总有大意迷糊的时候,怎么杜绝错碾、漏碾,保障大坝安全?在两河口水电站智能大坝系统前方指挥中心的屏幕上,我们找到了答案。

“24号凸块碾:速度,2.63千米/时;错距,40厘米;遍数,3……”屏幕上呈现的是立体图形,4台碾压车正在屏幕上行驶,每台车的轨迹由不同颜色替代。

“传统土石坝的心墙碾压,通过人工翻牌子计数控制遍数,碾压轨迹只能通过监理工程师的肉眼判断,速度控制则凭感觉,施工质量存在很大的主观因素。”天津大学智能大坝项目部研发人员介绍,雅砻江公司和天津大学联合开发了智能大坝实时监控系统,定位精度达到厘米级,能够实时计算分析碾压机行走轨迹、车速、碾压遍数、压实厚度等,并实时自动报警,杜绝了隐患。

不仅如此,针对碾压工招工难、低频振动带来的职业健康困扰,以及高寒高海拔带来的施工降效等问题,研发和应用了智能无人碾压机群和原生集成式无人碾压系统,进一步提升大坝施工智能化水平。

——给心墙“盖被子”,冬季保温防冻融

在高海拔地区,黏土对于温度和含水量的变化极为敏感,全年有效施工时间只有200天左右。为了工程又好又快地建成,两河口的建设者们总在不断摸索创新:

寒冬时节,心墙土料会发生冻结和融化,这是高土石坝从来没有遇到过的难题。中科院西北生态环境资源研究院的研究员说,“两河口遇到的是浅表层日循环冻土,夜晚冻结、白天融化,而且压实土体冻融后会形成渗漏通道,是工程建设绝对不容许出现的”。为了防止心墙受冻,每天夜晚建设者们都会给心墙盖上重达几十吨的“保温被”,白天正温后揭开继续施工。通过研发快速收放机,覆盖差不多三个足球场大小的心墙仅需3小时。

雷雨季节,碾压机的钢轮由于挂泥无法将土料压实,“有时填筑方量还比不上被刮掉的方量,心墙越填越低”。翻过来倒过去地想办法,后来建设者们引入气象雷达,采用填筑面龟背状施工、小仓面快速轮换施工等方式,极大提高了雨季施工效率……

——给混凝土“敷面膜”,智能养护防干裂

为了在主汛期分担长江防洪压力,两河口水库预留了20多亿立方米的防洪库容。从“心墙”施工现场来到宽16米、高22米的泄洪洞,顿觉清凉。

只见洞两边的灰色混凝土上,贴满了白色养护布,墙顶部铺设的管道正在进行喷淋,洞室仿佛敷上了面膜。将养护布揭开,混凝土墙面光滑如镜,能够清晰看到人影。

为何混凝土需要这么光滑湿润的“肌肤”?

两河口高边坡和泄洪洞室项目负责人王泽光揭开了谜底:原来,洞室要应对每秒4076立方米的最大泄量,也就是160辆满载25吨货的卡车群快速冲撞的冲刷力,这对混凝土的耐冲磨质量提出了极高要求,相应的养护要求也会很高。“养护期内混凝土温度和湿度得严格控制在规定范围内,喷淋的水温与混凝土温度的差值不能大于20摄氏度,否则会有开裂风险,这可开不得玩笑。”王泽光说。

严格控制温度和湿度,在空气湿度小、风速大、日温差最高能达到30多摄氏度的两河口,并不容易。为了保证抗冲耐磨混凝土的浇筑成型,两河口项目运用了智能养护的办法,在混凝土墙上铺设埋有传感器的管道,实时监测混凝土的温度和湿度,对喷淋时间和温度再进行智能调整。“相比传统的人工喷淋,智能养护不仅节省人工、喷淋更加均匀、无死角,用水量还节省了将近一半。”王泽光算了算账。

——给高边坡“纳鞋底”,智能感应张拉力

山高谷深的复杂地形,决定了两河口水电站的高边坡规模巨大,其中最高边坡684米,比上海中心大厦还高50来米,位居世界水电第二。如何应对强大的水压,防止山体变形呢?

建设者们采取“纳鞋底”的方式加固山体。山体上红黄蓝白四色、密密麻麻的小点,便是“纳鞋底”的“针线”——锚索。据了解,项目总共需要向山体钉入约1.6万束锚索,每束锚索约70米长、1吨重,相当于把整个“鸟巢”的主结构用钢量搬运到海拔3000多米的高山上。

“一束锚索得三四十人一齐用力,经常要扛着往五六十米垂直高度的作业面送。”来自四川凉山的锚索工人曹庭发说,由于缺氧,经常走十来米就得歇一会儿,有的工友还会流鼻血,完工时肩膀也磨破了。

看似“笨重”的锚索,其实也暗藏玄机。有部分锚索安装了感应器,未来能够实时监测相应边坡范围的张拉力,进行智能监测。

“开门见山,转头还是山”

荒野之中

不少建设者一年的工作时间超过300天

“给孩子盖被子没几次,给心墙盖‘保温被’却有上百次”

……

两河口水电站的建设

见证了世界级高土石坝的

智能建造“成绩”

也见证着建设者们

迎难而上的劲头

善作善成的决心

关键词: 天津大学 严格控制 中心大厦

责任编辑:Rex_02

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