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白鹤滩上的星光
来源:白鹤滩上的星光 作者:李浪 周金鑫 时间:2019-12-06 字体:[ ]

近年来,水电四局坚持科技兴企,依托在建工程项目,不断提高创新能力,全面推进技术进步工作。尤其是在白鹤滩水电站这座世人瞩目的工程建设中,科技专利层出不穷,获得众多重量级奖项,犹如繁星点缀的夜空,璀璨夺目。

创新突破之星:开挖与支护技术

在众多的奖项里,有一个奖显得格外耀眼——中国岩石力学与工程学会科技进步奖,它彰显的是白鹤滩施工局在特高拱坝复杂坝基开挖保护与处理关键技术上取得的创新与突破。特高拱坝复杂坝基开挖保护与处理关键技术包括高陡边坡快速开挖与支护关键技术和河床坝段角砾熔岩保护层开挖技术两种。

高陡边坡快速开挖与支护关键技术是为了解决国内首次边坡开挖高峰月强度达到78万立方米,坝肩槽高程834-600米边坡开挖工期仅有9个月,月开挖下降速度26米/月的重大技术难题。

“白鹤滩水电站坝址区地形条件极其复杂,左右岸边坡的开挖面临着边坡陡峭、高差大、施工布置困难等复杂问题。坝址区边坡稳定问题较为突出,大部分边坡需要锚固支护才能维持稳定,锚固工程量非常大,这在国内外实属罕见。”当谈到这项技术提出的初衷时,白鹤滩施工局工程技术部大坝科科长苏江感受深刻,他回想起边坡开挖在未实施分流和截流的时候,感慨道:“那时候开挖的渣料要求是不能下入江中的,必须直接从工作面挖装运走,大型设备无法使用,我们只能借助小型设备用人力来把渣料运走,十分的艰难。”面对着如此巨大的工作压力,他们钻研出坝基柱状玄武岩快速技术、精细化控制爆破施工技术以及边坡开挖降尘技术的开挖技术和基柱状玄武岩快速锚固的支护技术来解决施工难题,一步步地实现工程目标。

白鹤滩水电站左岸坝基高程567-545米建基面为LS331错动带层面,层面下为6-11米厚角砾熔岩层,角砾熔岩层作为坝基要优于柱状节理玄武岩,因此开挖过程中对角砾熔岩层的保护成为了白鹤滩工程的关键问题之一。为了解决这个问题,白鹤滩施工局与武汉大学开展了科研合作,共同研讨了河床坝段角砾熔岩保护层开挖技术,其中的岩石基础开挖消能-聚能控制爆破技术开创了国内“三个首次”:国内首次确定角砾熔岩顶面预留5米保护层的开挖爆破方式;国内首次采用爆破孔底加装消能装置;国内首次采用爆破过程根据角砾熔岩层面地形,逐孔绘制三维孔位,提取放样坐标,现场计算实际孔深,控制钻孔精度方式。苏江讲到:“在前期的试验中,我们需要反复地去测试装药位置和装药量。试验过程中要十分注意装药孔布置的斜度和深度,然后把炸药绑在竹条上,输送进装药孔。最后还要观察爆破的效果,根据爆破效果再去改进方法,这样一直持续了约三个月。整个试验过程中需要经常爆破,常常是尘烟漫天,噪声不断。”正是一次次的测试,一次次的改进,才最终开创了国内爆破的新技术。

技术改进之星:斜门槽一期直埋施工

由白鹤滩施工局编制及申报的《高拱坝深孔斜门槽一期直埋施工工法》获得青海省省级工法,同时斜门槽一期直埋技术通过中国电力建设关键技术成果评价,鉴定该技术为国内领先技术。一系列殊荣背后,体现出的是白鹤滩施工局面对问题不断思索改进的创新精神。                  

白鹤滩水电站修建工期紧、任务重,传统的深孔门槽施工中采用的二期混凝土施工技术工序多、施工辅助赘余多,严重影响了工程进度。为解决这个问题,白鹤滩施工局党工委书记、副局长李晓涛提出采用门槽一期直埋技术。李晓涛讲解到:“与二期相比,斜门槽一期直埋技术利用门槽云车实现门槽一期直埋施工,在狭窄的空间里通过桁架结构将埋件连接成整体,依靠联合受力体系,解决埋件支撑和固定问题,同时通过专门的提升设计,实现悬挂施工和自爬升,释放台车下部空间,最终实现门槽与大坝同步上升的目的。”

这项技术去除了二期混凝土浇筑中门槽部位排架安拆、搭拆溜槽、模板安拆等步骤,使工序减少了50%,极大加快了施工进度。同时,由于云车下端深孔井口增设大平台,距混凝土周边5厘米,周边填塞挡板可以防止漏浆,提高了深孔斜门槽施工质量。事故门槽与反钩式检修门槽一期直埋施工同时采用云车施工,也降低了门槽施工的难度,起到了提高门槽质量的作用。此外,斜门槽一期直埋技术避免了狭窄空间内的高空临边作业,增加了设计测量平台,四周采用钢丝网封闭,底部采用钢板网封闭,增大门槽检测的作业空间,形成密闭空间,降低了安全风险。

“斜门槽一期直埋技术在实际运用过程中也遇到了一些难题。”白鹤滩施工局工程技术部金结科科长刘军喜说,“比如最开始采用的施工便道是直爬梯,比较费力,往往造成堵塞。白鹤滩施工局针对这个问题,增设了省力的斜爬梯,以缓解交通堵塞的问题,同时加快施工进度。还有一个问题,云车上原本有一个固定滑块来保证轨道的精确度,但是在使用过程中这个固定滑块逐渐就失效了,所以我们就换了一种调整丝杆,它可以调节距离,压紧或松动,这样便于测量精度,降低了测量的误差。”每一个细节的改善,是取得每一次重大突破的必备要素。

争先创优之星:大坝整体低热混凝土浇筑施工

白鹤滩双曲拱坝属于300米级特高拱坝,结构受力复杂,受基岩约束作用强。坝体混凝土温度在水泥水化热和气温、水温等约束力作用下会产生复杂的温度应力,过大的拉应力可能导致混凝土产生裂缝。因此,为提高大坝混凝土的抗裂安全性,选择合理的混凝土是大坝设计、施工过程中的重点。

白鹤滩施工局根据各方面要求,结合实际施工情况,采用了大坝整体使用低热混凝土浇筑的施工方案,这也是国内首次大坝整体采用此种浇筑方法。李晓涛讲到:“用低热混凝土浇筑可以最大地解决混凝土裂缝问题,同时,我们用低热水泥和粉煤灰制作低热混凝土,其中的粉煤灰可以起到环保的作用,极大程度上保护了生态环境。”既要保证质量,又要兼顾环保,这是一份责任,也是一份担当。

质量保障之星:高拱坝混凝土智能温控系统

在大坝后方的栈桥上有一排简易雨棚,里面一排排米白色的柜子整齐的排放着,它们叫“温度控制柜”,别看它们“其貌不扬”,确是高拱坝混凝土智能温控系统的“心脏”。

白鹤滩水电站建设需要浇筑810万立方米的低热混凝土,低热混凝土的生产就需要智能温控系统的“保驾护航”。传统的大体积混凝土温度测量采用埋设差阻式温度计,人工读数测温的方式,普遍存在数据不及时、不精确等问题,且数据采集分析的劳动强度高,不利于实现精细化管理。而传统通水冷却采用人工控制和简单型通水控制方式,人工调整通水流量间隔长,采集温度和流量数据工作量非常大大,受主观因素以及设备运行状况影响强烈,无法实现通水过程的实时、精确、个性化控制。

为了解决这些问题,白鹤滩施工局采用了智能温控系统,将传统的人力测温变为智能测温,这样能够实时在线控制混凝土的温度。这个系统运用后,大大降低混凝土产生裂缝的几率,极大的保障了大坝的质量。

智能温控系统主要包括数字测温系统和智能通水系统。“与传统技术相比,这个系统非常先进,具有很多优点,”苏江介绍到,“首先数字测温系统通过埋设数字温度计、安装数据采集及无线传输装置等,自动采集和实时传输混凝土内部温度,这样大大降低了人力成本和现场工作人员的操作风险,并且保证了现场数据采集的及时性、真实性与完整性。而智能通水冷却系统可以提供个性化的温度控制策略,实现小温差、早冷却、慢冷却的精确、个性化控温,节省温控防裂费用,降低劳动成本并且大幅降低混凝土温控开裂风险。”

在实际运用过程中,根据出现的问题,白鹤滩施工局不断改进施工技术。“我们需要在混凝土中埋冷却水管,但是在冷却水管下沉过程中,由于振捣棒的激振力以及混凝土振捣泛浆浮力比较大,阻碍了冷却水管的下沉。”白鹤滩施工局工程技术部副主任王艳伟讲到,“为了解决这个问题,经过现场试验、探索,我们设计出一种冷却水管铺设辅助装置。铺设冷却水管的时候用 “U”型钢筋卡将其固定住,防止混凝土振捣时冷却水管跑位。冷却水管铺设完后用振捣棒振捣水管两侧的混凝土,让冷却水管沉下去,防止上坯层混凝土振捣时破坏冷却管。”此项辅助装置在2018年12月被授权实用新型专利。

 “还有一项专利,”苏江补充到,“我们那个水管有仓内冷却水管和仓外冷水管,仓内的管子是塑料的,仓外的是钢管。以前用黑胶管连接塑料管与钢管,再用铅丝绑扎。这样不仅耗时耗力,还容易爆管。后来我们借鉴了塑料管热熔连接的方法,和专业厂家共同研制一种可以快速连接塑料管与钢管的热熔接头,这种可以让不同材质的冷却水管快速对接,它连接的可靠度、外观质量都得到了大幅提升,而且极大节省了施工成本。”使用新技术的过程同时也是一个不断创造新技术的过程,在温控系统的运用实践中不断思索、试验,会使温控系统更好的发挥作用。

探索实践之星:BIM技术研究

在以往的施工过程中,因缺少可视化沟通和协同平台以及计算机仿真技术的不完善,使得整个施工过程的把控十分困难。为了更好地管控质量管理过程和提高数据分析处理效率,真正意义的实现水利工程全生命周期建设管理,白鹤滩施工局创建了大坝信息管理和混凝土施工进度仿真平台,并且运用了“四同时结算”(现场完工、工程计量、质量验评、资料归档结算同时进行)模式。关于大坝信息平台,李晓涛讲到:“大坝信息平台实际就是一个信息库,它把设计、施工、科研及管理的所有信息融汇在一个平台里,这样就极大地解决了因人员调动导致资料信息对接不及时的问题,同时后续施工人员也可以清楚的了解到所有施工进展及数据资料。”而关于混凝土施工进度仿真平台,李晓涛讲起来显得格外开心,“白鹤滩水电站工程规模巨大,施工起来十分艰难,对大坝多要素、多维耦合的仿真分析,模拟出混凝土的浇筑场景,及时地发现问题,提出浇筑进度建议,能更好的优化大坝浇筑施工程序,提高缆机等关键资源的利用效率,实现大坝浇筑整体均衡上升及合同规定各阶段度汛和蓄水目标。”

“四同时结算”的实施,极大地缩短了后期的审计和工程结算工作,李晓涛讲到:“以前工程竣工了,还要花费很长的时间去整理竣工和审计资料,现在用BIM系统后全部都是同时进行,工程完工了,所有的资料也就全了 ,就可以直接进行审计和结算。”

信息技术的运用,是施工局创造一个个佳绩的重要保障,也是现代化施工建设的重要方向,在这方面,他们在不断地探索、实践与创新,开创出属于自己的模式。

白鹤滩施工局的科技创新还有许多:比如为了实现孔口坝段优质快速的上升,同时能够保证坝面的外观质量,降低倒悬部位模板安拆作业所带来的安全风险的高拱坝混凝土浇筑液压自爬模板及倒悬预制混凝土模板技术;为了改善坝基地质缺陷部位岩体力学性能,增强坝基岩体均匀性及整体性,提高大坝安全储备的河床坝段岩石盖重引管固结灌浆技术确保倒悬部位施工质量,加快倒悬部位施工进度,确保大坝混凝土工程进度的高拱坝混凝土浇筑液压自爬模板及倒悬预制混凝土模板技术等等。

2016年至今,白鹤滩施工局申报及被授权实用新型专利共25项,发明专利5项。在工法方面,2018年至今获得省部级以上工法共7项。在科技奖项方面,2017年至今,白鹤滩施工局立项科研项目达17项,这一项项科研技术就像是夜空中的璀璨繁星,交相辉映,照亮白鹤滩水电站建设中前进的路。

大国重器的建设离不开科研技术等方面的改进、创新与突破。在今后的发展中,白鹤滩施工局将继续树立技术领先理念,认真落实“使创新成为发展第一驱动”的要求,注重技术总结和提炼,努力实现技术升级和科研创效的目的。科技创新之宇宙无穷无尽,科技创新之星在未来也会不断冉冉升起。

 

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