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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(yán)重工程——烏東德水電站最終一臺(tái)機(jī)組順利完成72小時(shí)試運(yùn)轉(zhuǎn)，成功并入南方電網(wǎng)，正式投產(chǎn)發(fā)電。至此，烏東德水電站12臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

“項(xiàng)目前期要做堿-骨料實(shí)驗(yàn)，上個(gè)世紀(jì)90年代，咱們和工程地質(zhì)勘察人員一起進(jìn)場(chǎng)勘察料源方位，并選樣運(yùn)回做實(shí)驗(yàn)。”長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所高級(jí)工程師李鵬翔說。

在長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所堿-骨料反響長期維護(hù)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(fā)生化學(xué)反響)導(dǎo)致混凝土應(yīng)力不均勻產(chǎn)生裂縫，是混凝土工程破壞的重要原因之一。

據(jù)了解，堿-骨料實(shí)驗(yàn)是用骨料和水泥制成混凝土或砂漿試件，將其置于高溫環(huán)境中加速反響，觀測(cè)其膨脹率，預(yù)估未來若干年之后的混凝土堿-骨料反響，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確認(rèn)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(wǎng)發(fā)

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(jí)特高拱壩，厚高比僅0.19。

針對(duì)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(xué)院展開了低熱硅酸鹽水泥混凝土性能與使用關(guān)鍵技能研究，研發(fā)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(guān)鍵技能。

“這兩項(xiàng)技能結(jié)束了水電大壩‘無壩不裂’的歷史。”長江科學(xué)院資料與結(jié)構(gòu)研究所所長李家正說。

李家正介紹，針對(duì)三峽工程、南水北調(diào)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(xué)院研發(fā)了CW系列水工新資料及配套工藝，要點(diǎn)處理壩基不良地質(zhì)體防滲補(bǔ)強(qiáng)、水工結(jié)構(gòu)加固與耐久性防護(hù)、長距離輸水建筑物減糙增效等重難點(diǎn)問題，形成了新的技能標(biāo)準(zhǔn)。

千米鉆孔打破國內(nèi)水電工程地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)紀(jì)錄

2022年7月7日，南水北調(diào)中線工程后續(xù)水源——引江補(bǔ)漢工程正式開工建造。引江補(bǔ)漢工程是全面推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量展開、加快構(gòu)建國家水網(wǎng)主骨架和大動(dòng)脈的重要標(biāo)志性工程。

2019年12月，長江科學(xué)院第一批科研人員奔赴引江補(bǔ)漢工程出水口丹江口工區(qū)展開地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)作業(yè)。

“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(zhì)條件雜亂，隧洞沿線的地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)難度非常大。”長江科學(xué)院巖基研究所地應(yīng)力理論與測(cè)驗(yàn)技能學(xué)科主任董志宏說。

長江科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了“超深鉆孔水壓致裂法巖體破裂縫無時(shí)限定向技能”“繩索取芯鉆桿雙回路水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)驗(yàn)辦法”及“水工隧洞繩索鉆桿雙回路水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)技能”等多項(xiàng)專利技能，形成創(chuàng)新性效果“雜亂水工巖體地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)關(guān)鍵技能與實(shí)踐”，獲得2017年我國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并使用到引江補(bǔ)漢工程深埋隧洞高應(yīng)力測(cè)驗(yàn)與剖析作業(yè)中，有效提高了作業(yè)效率和準(zhǔn)確率。

引江補(bǔ)漢工程千米深孔地應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)。新華網(wǎng)發(fā)

“在引江補(bǔ)漢工程中，咱們完成了可研階段及開始規(guī)劃階段很多巖體物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)、地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)作業(yè)，其中千米級(jí)地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)鉆孔5個(gè)，最大測(cè)深達(dá)1100米，創(chuàng)造了國內(nèi)水利水電工程地應(yīng)力測(cè)驗(yàn)深度的新紀(jì)錄。”長江科學(xué)院副院長丁秀麗說。

長江科學(xué)院水力學(xué)所工程師嚴(yán)偉介紹，引江補(bǔ)漢工程施行后，丹江口大壩下流減水區(qū)與匯流區(qū)的水流流態(tài)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(duì)、大范圍的河道接連交叉監(jiān)測(cè)，這是咱們?yōu)橐a(bǔ)漢工程水力學(xué)研究作業(yè)量身定做的計(jì)劃。”嚴(yán)偉說，各計(jì)劃的優(yōu)化及通航水力學(xué)和通航船模實(shí)驗(yàn)為最終計(jì)劃確認(rèn)掃除了不確認(rèn)性。

安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化完成大壩分鐘級(jí)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(guī)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(wǎng)發(fā)

2022年12月，總裝機(jī)容量1600萬千瓦的白鶴灘水電站最終一臺(tái)機(jī)組完成72小時(shí)試運(yùn)轉(zhuǎn)，正式投產(chǎn)發(fā)電。至此，白鶴灘水電站16臺(tái)百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

“借助安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化體系，白鶴灘水電站在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過接入的15000余支傳感器，每5分鐘將進(jìn)行一次全身體檢。”長江科學(xué)院工程安全與災(zāi)禍防治研究所所長李端有說。

據(jù)介紹，白鶴灘水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化體系運(yùn)用長江科學(xué)院自主研發(fā)的CK系列安全監(jiān)測(cè)智能采集單元及安全監(jiān)測(cè)云服務(wù)體系軟件進(jìn)行構(gòu)建，完成了監(jiān)測(cè)儀器的自動(dòng)化接入，并開發(fā)了功用全面、集成度高的安全監(jiān)測(cè)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(jiān)控預(yù)警體系。

圖為長江科學(xué)院研發(fā)的大壩安全監(jiān)測(cè)體系。新華網(wǎng)發(fā)

李端有介紹說，針對(duì)水利水電工程施工期或運(yùn)轉(zhuǎn)期安全監(jiān)測(cè)需求，長江科學(xué)院基于物聯(lián)網(wǎng)技能研發(fā)了安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化成套設(shè)備及智能傳感器，并開發(fā)了大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)辦理及剖析云服務(wù)體系，完成了大壩安全信息的智能感知、敞開物聯(lián)和智慧使用。

長江科學(xué)院研發(fā)的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)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(jì)淮工程等20余項(xiàng)大型水利水電工程，為優(yōu)化規(guī)劃、指導(dǎo)施工和保證工程安全發(fā)揮了重要作用。

“以科技力量服務(wù)水利水電工程建造運(yùn)轉(zhuǎn)是長江科學(xué)院的一項(xiàng)重要任務(wù)。建立70多年來，長江科學(xué)院在三峽工程、南水北調(diào)、烏東德、白鶴灘、向家壩、溪洛渡、滇中引水、引江濟(jì)淮等水利水電工程建造與運(yùn)轉(zhuǎn)中，供給了多專業(yè)、高質(zhì)量的科技服務(wù)，有力支撐了國家水利水電作業(yè)展開和經(jīng)濟(jì)社會(huì)展開。”