勇闖技術“無人區(qū)” 世界第一座無裂縫大壩——白鶴灘水電站

令世界矚目的白鶴灘水電站，在建設過程中，創(chuàng)下水輪發(fā)電機容量、地下硐室群規(guī)模、圓筒式尾水調(diào)壓室規(guī)模、300米級高拱壩抗震參數(shù)、無壓泄洪洞群規(guī)模、首次全壩使用低熱水泥混凝土等6項世界第一，“每一項世界第一，就意味著要解決一系列世界性難題。”三峽集團副總經(jīng)理范夏夏說，世界首次全壩使用低熱水泥混凝土澆筑，以及智能建造技術的應用，白鶴灘工程建設就這么闖過一項項技術“無人區(qū)”，最終建成世界第一座無裂縫大壩。

世界首座無縫大壩

5月31日12時07分，弧長709米的白鶴灘水電站拱壩壩頂完美地呈現(xiàn)在金沙江上，也標志著我國300米級特高拱壩建造技術實現(xiàn)突破。白鶴灘水電站大壩建設創(chuàng)造了年澆筑270萬立方米、月澆筑27.3萬立方米、百日過深孔等同類工程的世界紀錄，大壩主體混凝土澆筑總量達803萬立方米，“體積”超過3個胡夫金字塔。“大壩沒有產(chǎn)生過一條溫度裂縫，標志著我國已完全掌握大體積混凝土溫控防裂關鍵技術。”三峽集團白鶴灘工程建設部主任汪志林介紹，白鶴灘水電站僅在大壩建設中，就攻克了柱狀節(jié)理玄武巖作為特高拱壩壩基的世界級難題，創(chuàng)新實施百米門槽一期直埋等領先技術，推動了行業(yè)技術進步。

一直以來，白鶴灘水電站工程秉承“全面推行標準化工藝，全面創(chuàng)建精品工程，全面防控質(zhì)量風險”的質(zhì)量管理方針，嚴控大壩混凝土備倉和澆筑質(zhì)量，實行大壩項目部監(jiān)理、承包人三級管理人員24小時聯(lián)合值班制度。“我們組織參建各方系統(tǒng)梳理各項準備工作，編制大壩混凝土開澆前準備工作導則，提出了大壩澆筑‘倉倉精品’的目標。”白鶴灘大壩項目部工程師劉春風介紹，“倉倉精品”意味著大壩備倉澆筑的每一個環(huán)節(jié)都需要高標準施工和嚴格管控，為保證澆筑工藝穩(wěn)定、備倉有序高效，混凝土標準化工藝應運而生。“比如在廊道周邊混凝土人工振搗的操作環(huán)節(jié)，混凝土要振搗幾遍，振搗棒型號如何選擇，初振的振搗時間是多長，復振的時間是多長，初振與復振的間隔時間有多長等等這些參數(shù)均依據(jù)專業(yè)試驗得出，再把這些參數(shù)納入標準化工藝手冊中，用于員工培訓，指導施工。”

白鶴灘水電站大壩在世界上首次全壩采用低熱水泥混凝土進行澆筑，低熱水泥混凝土溫控技術沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒。建設者們始終保持創(chuàng)新、探索的精神，在大壩開澆前制定了《拱壩混凝土溫控施工技術要求》的試驗本。三峽集團白鶴灘工程建設部和參建各方開展“智能大壩”技術的研究和運用，澆筑一條龍智能監(jiān)控、智能通水、智能灌漿等智能技術，為建成無縫大壩及保障大壩長期安全穩(wěn)定運行提供了創(chuàng)新解決方案。“我們運用智能大壩的相關技術，實現(xiàn)精細化溫控管理，有效避免了溫度裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量。”工程建設部大壩項目部工程師譚堯升告訴記者，大壩中埋設的5774支溫度計、75347米的測溫光纖、數(shù)千支監(jiān)測儀器，用于感知氣溫、風速、溫度應力、應變等信息，可以實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)、運輸、澆筑、運行的全生命周期監(jiān)控，對施工進度、質(zhì)量進行可視化分析。

多層“蛋糕”里造“心室”

大壩兩側的地下深處，洞室縱橫交錯，宛若一個巨大的地下迷宮。這里是16臺百萬千瓦機組的“棲息之地”——白鶴灘水電站地下廠房，其洞室群規(guī)模、廠房跨度、調(diào)壓室直徑和數(shù)量均居世界水電工程之首。與“世界之首”的美譽相伴而來的，是技術、管理方方面面難題和一個個待攻破的“無人區(qū)”。白鶴灘水電站地下廠房的設計、施工與管理，某種程度超越了現(xiàn)有規(guī)范和已有工程經(jīng)驗。面對挑戰(zhàn)，白鶴灘工程建設者勇攀科技高峰，勇闖“無人區(qū)”，通過不斷創(chuàng)新，攻克一個個難關，打造出一座恢弘精細的“地下城”。

白鶴灘水電站地下廠房洞室群規(guī)模世界第一，結構布置復雜，埋深大，地下洞室開挖量2500萬方，開挖總里程約230千米。記者探訪的右岸地下廠房位于壩肩上游山體“腹內(nèi)”，廠房面積有2個足球場大，高約30層樓高。最大水平埋深800米，最大垂直埋深540米。

“白鶴灘水電站地處深V型峽谷，兩岸空間有限，需要開挖地下洞室，布置引水發(fā)電系統(tǒng)設備。”具體負責白鶴灘右岸地下廠房施工建設的中國能建葛洲壩三峽建設公司白鶴灘施工局常務副局長王林告訴記者，與地上建房不同，地下廠房開挖從“天花板”開始，一層一層往下開鑿。事實上，高邊墻圍巖變形與穩(wěn)定，一直是大型地下洞室開挖中的一項世界性難題。而白鶴灘水電站地下廠房位于橫斷山脈，處于川滇地震帶上，巖石層與層之間柱狀節(jié)理明顯、裂縫極多，更使得圍巖變形與穩(wěn)定難上加難。

“右岸地下廠房不僅開挖斷面尺寸大、埋深大，還穿越3條大的不良地質(zhì)發(fā)育帶和近50條層間錯動帶，地應力極高。”王林形容道，開挖右岸地下廠房，就好比在松軟多層的“蛋糕”中挖一個又深又大的洞，不僅要根據(jù)對圍巖巖性的不斷認知調(diào)整施工方法，還要應對地下洞室挖空率不斷變大、應力調(diào)整帶來的高邊墻變形，施工難度可想而知。經(jīng)過反復研究和摸索，葛洲壩集團白鶴灘施工局現(xiàn)場創(chuàng)新采用“小梯段、短循環(huán)、弱爆破、強支護”的施工方法，同時革新了爆破控制技術，有效控制了圍巖邊墻的深層變形，將變形量控制在0.5毫米的范圍內(nèi)。為了加固圍巖，施工人員還像穿針引線納鞋底般，在整個廠房巖石上施行9460束錨索，比同規(guī)模電站多出一倍。如今，行走在右岸地下廠房，已看不到錨索的痕跡。早在2018年7月，廠房就轉入混凝土施工階段，最高峰時創(chuàng)造了單班3000方混凝土的澆筑紀錄。廠房板梁柱墻全部采用免裝修混凝土施工新工藝，光滑平整可鑒。

為提高混凝土施工效率，白鶴灘工程建設部在施工設備創(chuàng)新上也下足了功夫。為減少鋼模臺車的拆裝次數(shù)，加快施工進度，規(guī)避人工拆裝臺車的安全風險等問題，研發(fā)出一種可橫向移動的伸縮式鋼模臺車，能夠平移至相鄰隧洞，大大節(jié)約臺車安拆工期。在白鶴灘右岸地下廠房的施工現(xiàn)場，記者見識這一施工“神器”，據(jù)與制造企業(yè)聯(lián)手開發(fā)這種“伸縮臺車”的葛洲壩集團白鶴灘施工局總工程師鄧富揚介紹，該項設備的研發(fā)使用，進一步減少了人工投入，提高了工效，保證了施工質(zhì)量，實現(xiàn)了以科技創(chuàng)新手段促進經(jīng)濟效益提升的目的。

世界性難題成為過去時

在大壩左岸的地下洞室里，藏著三條名為泄洪洞的水工建筑物。作為世界級水電工程，白鶴灘水電站泄洪洞具有大泄量(每秒12250立方米)、大斷面(15米×18米)、大坡度(最大23°)、高流速(最大每秒47米)、高水頭(189米)、高強度(混凝土強度)，每一項都是世界級難題。白鶴灘建設者堅持創(chuàng)新引領，用“體型精準、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷”的精品混凝土質(zhì)量回應挑戰(zhàn)，施工采用智能溫控解碼關鍵點，攻克大斷面襯砌混凝土“無襯不裂”世界性難題，實現(xiàn)襯砌零溫度裂縫;首次實現(xiàn)高流速流道全過流面澆筑低坍落度混凝土，填補國內(nèi)外的技術空白;創(chuàng)建水工隧洞鏡面混凝土施工成套工法及管理體系，徹底解決襯砌混凝土質(zhì)量頑疾。

全面精品工程是白鶴灘水電站的建設目標，泄洪洞施工團隊在項目初期就提出“體型精準、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷”的目標，但是所有人都明白，這不是輕而易舉就能實現(xiàn)的。“泄洪洞流道較長，在高速水流作用下，對其抗沖磨、防空蝕性能要求極高。”白鶴灘水電站泄洪洞項目負責人王孝海告訴記者，混凝土缺陷修補費用高，施工縫面缺陷修補后，在高速水流下基本全部破壞，只有確?；炷翢o缺陷才是保證運行期安全的基礎。在泄洪洞混凝土施工過程中，施工團隊科學定量地布置光纖測溫儀器，精密的儀器就好比混凝土的神經(jīng)末梢，能準確感知溫度，為優(yōu)化調(diào)整溫控提供依據(jù)。有了神經(jīng)末梢，當然還要賦予混凝土一顆聰明的“大腦”。找到了癥結，就能對癥下藥，泄洪洞施工團隊很快便鎖定了溫控的這一劑“良藥”——智能溫控。

在智能溫控的幫助下，白鶴灘水電站泄洪洞實現(xiàn)了施工期零溫度裂縫，智能方案的成功運用也讓大斷面襯砌混凝土“無襯不裂”這一世界性難題從此成為過去時。

高流速泄洪洞全過流面澆筑常態(tài)混凝土一直是國內(nèi)水電行業(yè)從業(yè)人員的夢想。“就是因為常態(tài)混凝土有這么多的優(yōu)點，國內(nèi)有很多類似的工程在這方面進行了探索，但受限于洞室空間相對封閉、結構體型復雜、常規(guī)設備難以利用等問題，相關探索一直止步不前，沒能真正實現(xiàn)。”王孝海介紹，泄洪洞龍落尾段邊墻施工復雜、坡度大，想要實現(xiàn)常態(tài)混凝土可謂難上加難，“但為了實現(xiàn)精品工程的高標準，常態(tài)混凝土無疑是最好的選擇。”王孝海說，在攻堅克難的關鍵時候，洪洞施工團隊中的黨員率先站了出來，對大坡度環(huán)境下常態(tài)混凝土運輸展開專題研究，自主設計研發(fā)了大坡度重載自動化運料系統(tǒng)。“有了這套系統(tǒng)，我們只需要按下一個按鈕就能將裝有常態(tài)混凝土的運料小車從下料平臺運往鋼模臺車。”作業(yè)人員對記者說，“這套系統(tǒng)實現(xiàn)了一鍵啟動、全程自動控制，并配備四套安全控制裝置，保證了常態(tài)混凝土運輸效率和質(zhì)量，也確保了運輸過程的安全。”

2018年11月底，龍落尾邊墻澆筑正式啟動，距離全過流面澆筑常態(tài)混凝土只剩最后一塊硬骨頭——龍落尾底板澆筑，標志著水電行業(yè)一直以來未能在高流速泄洪洞全過流面澆筑常態(tài)混凝土的遺憾不復存在，填補了世界水電建設的技術空白。應用情況表明，白鶴灘水電站泄洪洞項目自行研制的成套常態(tài)混凝土施工裝備安全、高效，較常規(guī)施工效率提高約20%。