雅礱江古稱若水,源出巴顏喀拉山南麓的尼彥納瑪克山與冬拉崗之間,全長1571公里,為長江水系的重要發(fā)源地。雅礱江干流控制流域面積大,徑流豐沛,水能資源分布集中,是全國十三大水電基地之一,是我國乃至全世界罕有的綠色能源“寶庫”??砷_發(fā)裝機容量約3000萬千瓦,在全國規(guī)劃的十三大水電基地中裝機規(guī)模排名第三。雅礱江以其水能資源蘊藏豐富、開發(fā)條件優(yōu)越、水能質量優(yōu)良被譽為流動的“黃金”。
2014年10月6日,在“拍岸江濤撲面風,怒泄不知幾千里”的雅礱江畔,兩河口電站的建設者們吹響了主體工程開工的號角,奏響了“建世界高壩,鑲藏區(qū)明珠”的嶄新樂章。
由于兩河口水電站樞紐建筑物具有心墻堆石壩擋水高度世界第一、高泄洪流速、高邊坡施工、高填筑方量、高寒高海拔地區(qū)、物資運輸路線長、建設管理戰(zhàn)線長等特點,是目前世界上綜合規(guī)模和難度最大,且獨具特點的的土石壩工程之一。為了破解工程建設的難題,中電建兩河口水電十二局、水電五局聯(lián)合體建設者自開工之初,就確立了科技創(chuàng)新“智造”電站的理念,諸多新工藝、新工法、新材料、新科技等創(chuàng)新成果在工程建設中廣泛應用,推動土石壩筑壩技術從數(shù)字化建設到智能化建設的跨越,引領水電水利土木工程領域施工技術的發(fā)展方向,向打造全世界領先的“智能大壩”目標挺近。
智能無人碾壓技術破解“300米級高心墻堆石壩”施工難題
兩河口水電站大壩總填筑方量為4206.9萬立方米,相當于6個“鳥巢”的體積;壩高295米,相當于100層樓高;電站平均海拔約3000米,工程所在地區(qū)天氣惡劣、晝夜溫差大,人工和機械設備降效達30%以上。面對高填筑方量、300米級高土石壩、高海拔施工的技術難題,中電建一二?五聯(lián)合體與雅礱江公司、天津大學深度合作,開展兩河口大壩智能碾壓科研攻堅,通過無人智能碾壓機與數(shù)字化大壩監(jiān)控系統(tǒng),以及其中的姿態(tài)傳感器、GPS傳感器技術的應用為大壩裝上敏銳的“神經感知系統(tǒng)”和發(fā)達的“智能大腦”。
據(jù)了解,施工采用的新型智能無人碾壓機,它們就像一個個會移動的鋼鐵大力士,依靠自身的重量把土料碾壓平整。比起普通碾壓車,無人駕駛智能碾壓車配備了姿態(tài)傳感器,用來感知碾壓機的姿態(tài);并且裝配了單片機作為碾壓車的“智能大腦”,自主進行路徑規(guī)劃,開展前進、后退、錯距、振動等碾壓作業(yè),自主感知大粒徑堆石料等極端情況、自主分析、自主決策,及時糾偏,保持高精度循跡,實現(xiàn)了碾壓軌跡的智能化精準控制。與此同時,在碾壓設備上還安裝了高精度GPS傳感器定位移動終端,各項碾壓遍數(shù)、速度、激振力、碾壓厚度等碾壓參數(shù),經基站進行處理和傳送,設備碾壓全過程實現(xiàn)了實時監(jiān)控,有效避免漏壓、欠壓現(xiàn)象,真正實現(xiàn)施工全過程可控。系統(tǒng)設計了四級安全保障功能,確保了無人碾壓機群在高寒復雜施工環(huán)境下的安全運行,被建設者親切稱為“會思考的碾壓機”。
目前,聯(lián)合體已改裝完成各類碾壓機共18臺,完成了三維監(jiān)控、單機調試、多機調試、機群調試,實現(xiàn)了多壩料多機型全天候智能碾壓機群作業(yè),在大壩填筑施工中克服了高寒高海拔復雜條件下高精度定位、智能感知、智能控制、精準循跡等難題,實現(xiàn)了智能無人碾壓機群規(guī)?;?、常態(tài)化、規(guī)范化作業(yè),全面革新了土石壩施工作業(yè)及管理模式,引領行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和技術革命方向,填補了水利水電行業(yè)在高寒復雜環(huán)境下智能填筑機群協(xié)同作業(yè)的空白。
馬洪琪院士、鈕新強院士、鄧銘江院士等組成的成果評價專家組一致認為:項目實現(xiàn)了高心墻堆石壩從數(shù)字化建設到智能化建設的跨越,引領水電水利土木工程領域施工技術的發(fā)展方向,成果達到國際領先水平。
四次技改破解砂石骨料系統(tǒng)生產“硬、臟、質、量”施工難題
兩河口水電站砂石骨料系統(tǒng)采用當?shù)靥赜械纳鞍鍘r進行骨料生產。在生產過程中發(fā)現(xiàn),這種巖石中的二氧化硅含量遠超設計指標,達到了58%~81%,巖石堅硬,原材料進行骨料破碎車間的第一道關口顎式破碎機后,造成極大的機械磨損,襯板等損耗配件一周就必須更換一次。并且,該巖石中含有大量懸浮碳物質,生產出的人工砂不能滿足混凝土拌制的質量要求。對砂石骨料系統(tǒng)進行技術改進勢在必行。
為了解決砂板巖“硬”的問題,聯(lián)合體將顎式破碎機增至4臺,加強原材料進廠第一道關口的生產能力;為了減少針片狀骨料的產量,提升小石和砂的質量和數(shù)量,系統(tǒng)技改中在生產車間增設4臺圓錐破提升破碎效率同時對人工骨料進行整形;在超細碎車間,為增加人工砂的生產能力,再次增設6臺立軸破對骨料進行反復的研磨,極大地提升了人工砂的產量。大塊的原材料進入骨料生產車間后,經過鋼鐵的鍛打作業(yè)、波輪+滾桶式洗衣機般的破碎作業(yè)、棒磨作業(yè)等多級破碎、多向多角度多層次高速研磨整形,最終分流不同的料倉,通過系列摸索技術改進有效解決了骨料生產“質”和“量”的問題。
針對骨料生產中懸浮碳物質含量超標的難題,國內罕見首次發(fā)現(xiàn),成立QC課題小組進行摸索研究,對洗砂機進行改進,對生產出的人工砂加大用水量沖洗。由于懸浮碳物質的密度輕于砂的密度,大量黑色像石油般粘膩的物質懸浮于水的表面,課題人員在洗砂機的上層布置氣管,通過高壓氣管吹掉浮在表面的“油花”,有效解決了骨料“臟”的問題。
由于被吹走的“油花”中不可避免地含有大量細砂,為了提升人工砂的產量,課題人員變廢為寶,在集污池處設置輪斗式撈砂機,將“漏網之砂”再次撈回,努力讓珍貴的細砂顆粒歸倉。
經過水洗的人工砂含有大量的水,聯(lián)合體的能工巧匠們?yōu)榱私档蜕暗暮?,研發(fā)了一種插管干擾式脫水裝置,該裝置獲國家實用新型專利授權,不僅有效解決了人工砂含水率的問題,該人工干擾式加速人工砂脫水施工工法更提升了兩河口電站的“智慧”品質。
兩河口電站砂石骨料系統(tǒng)經過四次技術改造,截止目前,已經高質量供應了772.8萬噸成品骨料,用于大壩填筑和整個樞紐工程的混凝土澆筑,完美解決了砂板巖生產人工骨料“硬、臟、質、量”的技術難題,填補了國內砂板巖混凝土骨料加工系統(tǒng)工藝及設備選型的空白。
一套“組合拳”破解冬雨季大壩填筑技術難題
兩河口水電站地處高寒高拔地區(qū),填筑規(guī)模巨大,必須進行全年施工才能保持工程建設工期。聯(lián)合體建設者為了保證冬雨季大壩填筑施工質量,研發(fā)了一套“組合拳”破解筑壩難題,有效提升了工程進度,保證了工程質量。
兩河口電站所在地區(qū)每年的6月至10月為豐水期,降雨主要集中在7、8兩月,多年平均降水量為721.7毫米,雨季降水量為642.4毫米,占全年的89%。山區(qū)的降雨說來就來,為了應對突發(fā)降雨,聯(lián)合體在料場和壩上設置了小型氣象站,結合衛(wèi)星云圖,提前預測降雨信息。在獲得降雨預警信息后,聯(lián)合體前后方建設者全部前往工地蓋一布一膜構成的防雨布,蓋一次就要耗時兩三個小時。為了提高效率,聯(lián)合體技術人員改變施工工藝,在接到預警后將心墻用平碾快速進行龜背形土層封閉,人工形成2%的坡比進行自動排水,并在反濾料區(qū)左右岸方向每隔40米設置一道排水溝進行排水。待雨停后,將表層土料鏟除,快速恢復填筑施工。
進入冬季施工后,大壩填筑現(xiàn)場設置溫度傳感器、紅外線測溫儀,嚴格控制施工現(xiàn)場環(huán)境溫度,避免負溫填筑施工,在作業(yè)時采取邊碾邊蓋、邊揭邊碾的工藝,保證土料填筑的溫度。與此同時,聯(lián)合體與旱寒所等專業(yè)科研機構緊密合作,共同研究寒冷條件下的填筑施工工藝,開展多項工藝性試驗,對保溫板、保溫被等多項工藝進行反復試驗。最終,聯(lián)合體在冬季施工中將三布兩膜保溫被更新為一布兩膜保溫被用于現(xiàn)場保溫,滿足現(xiàn)場土料保溫需求。
2016年以前的冬季,保溫被需要人工進行鋪蓋,耗費大量的人力資源,5000多平方米的土料填筑區(qū)覆蓋保溫被需要30人連續(xù)工作3個小時,才能完成揭蓋,工作效率極低。為了解放生產力,聯(lián)合體技術人員開始向科技要效率,2017年,聯(lián)合體技術人員先后研發(fā)出了兩代保溫被收放機投入工程應用,獲得一項發(fā)明專利及兩項國家實用新型專利,保溫被收放自如高效快捷,不僅節(jié)省了大量人力,大面積覆蓋土工布進行土料填筑保溫施工工藝在國內外尚屬首次,而且實現(xiàn)了“凍土不上壩、凍土不碾壓、碾后不受凍”的工藝提升,有效保證了冬季施工溫控要求。
在兩河口工程建設中,科技創(chuàng)新成果碩果累累:一種便攜氣壓式注漿裝置、一種便攜氣壓式模板脫模劑刷涂裝置、一種干砌石砌筑控制裝置等55項依托工程建設研發(fā)的新型實用專利獲得國家授權;“兩豎三橫”干砌石護坡施工工法、人工干擾式加速人工砂脫水施工工法獲省部級工法;兩河口水電站心墻填筑分倉工藝研究、提高摻礫土料“平鋪立采”工藝參數(shù)下?lián)脚滟|量合格率等20余項QC成果獲國家及省部級大獎。
今天,“建世界高壩,鑲藏區(qū)明珠”的圓夢之旅已近尾聲。這座300米級的“智能大壩”即將填筑到頂,首批機組已于2021年9月29日投產發(fā)電。它將成為雪域高原的一顆璀璨明珠投入運行,年平均發(fā)電量相當于每年減少燃煤消耗1330萬噸,減少二氧化碳排放2130萬噸,減少二氧化硫排放8萬噸、減少粉塵排放172噸,減少廢渣排放42萬噸,為“雙碳”目標貢獻清潔能源,助力社會經濟發(fā)展。
新型智能無人碾壓機
多壩料多機型全天候智能碾壓機群作業(yè)
冬季施工覆蓋保溫被
保溫被收放機投入工程建設
心墻標準化填筑施工
兩河口砂石骨料系統(tǒng)遠眺
評論