300米級(jí)超高土石壩工程，世界級(jí)技術(shù)難題亟待突破
在四川甘孜藏區(qū)，雅礱江干流和鮮水河匯合口下游2公里處，一座世界級(jí)的高土石壩——兩河口水電站大壩正在悄然崛起。
300米級(jí)超高土石壩、600米級(jí)超高邊坡群、高流速泄洪建筑物……兩河口水電站建設(shè)項(xiàng)目面臨世界級(jí)的技術(shù)難題。就國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程建設(shè)來(lái)看，兩河口300米級(jí)的礫石土心墻堆石壩目前沒(méi)有成熟可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，而在深山峽谷地區(qū)，兩河口水電站大壩大方量、高強(qiáng)度的填筑對(duì)施工場(chǎng)地、交通道路、機(jī)械設(shè)備配置和施工組織管理都提出了很高的要求，這種難度在國(guó)內(nèi)外也是罕見(jiàn)的。
技術(shù)難題需要攻克，科技引領(lǐng)顯得尤為重要。讓我們走進(jìn)兩河口，走進(jìn)這座世界級(jí)高難度的土石壩，近距離感受土石壩建設(shè)的“魅”與“力”。
■欣憶
信息化之魅引領(lǐng)智慧大壩
10月31日，兩河口數(shù)字大壩系統(tǒng)前方指揮中心，數(shù)名工作人員盯著電腦屏幕上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)講機(jī)傳遞著一道道指令：“5號(hào)位置碾壓度可以了，去6號(hào)位置碾壓”“8號(hào)摻拌正鏟還有一次摻拌次數(shù)沒(méi)完成，請(qǐng)繼續(xù)”……大屏幕上，兩河口大壩的實(shí)時(shí)施工進(jìn)展面貌一覽無(wú)余，依托現(xiàn)代信息化技術(shù)，大壩工程的實(shí)施顯得尤為“智能化”。
這是兩河口水電站建設(shè)項(xiàng)目的一角，這一角卻是兩河口大壩建設(shè)的“科技一角”和“核心一角”。這里位于兩河口大壩右岸的壩頂平臺(tái)，指揮中心里占據(jù)一面墻壁大小的屏幕上，集合了包括灌漿監(jiān)控與分析系統(tǒng)、心墻料摻和工藝監(jiān)控系統(tǒng)、壩體堆石自動(dòng)加水監(jiān)控系統(tǒng)、大壩填筑運(yùn)輸與碾壓等11個(gè)子系統(tǒng)的信息體系，全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控著大壩主體工程施工。
雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部員工王愛(ài)國(guó)說(shuō)，這是雅礱江公司與天津大學(xué)合作研發(fā)的系統(tǒng)在兩河口工程的最新應(yīng)用。利用這套系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩建設(shè)的建基面灌漿環(huán)節(jié)、礫石土料摻拌環(huán)節(jié)、上壩料運(yùn)輸環(huán)節(jié)、上壩料壩外加水環(huán)節(jié)與壩體填筑碾壓等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋控制。像摻拌系統(tǒng)中連續(xù)對(duì)物料摻拌3次（俗稱(chēng)“抖三抖”）監(jiān)控的工藝、攤鋪碾壓系統(tǒng)將物料由事后壓實(shí)厚度的控制變?yōu)槭虑皵備伜穸鹊目刂频裙に嚕际菢I(yè)內(nèi)首次運(yùn)用。
早在2012年，雅礱江公司就與天津大學(xué)展開(kāi)合作，研究開(kāi)發(fā)出了一種具有實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、自動(dòng)化、高精度等特點(diǎn)的心墻堆石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。依靠這一信息系統(tǒng)，兩河口水電站大壩建設(shè)工程在壩料開(kāi)采、運(yùn)輸、摻和、水量調(diào)節(jié)、攤鋪和碾壓全過(guò)程各環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，使得能夠?qū)珊涌谒娬敬髩问┕みM(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
談起這套質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，王愛(ài)國(guó)贊嘆不已，他說(shuō)這套系統(tǒng)依托地理信息系統(tǒng)、現(xiàn)代遙感及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，建立了動(dòng)態(tài)精細(xì)化的可感知、可分析、可控制的智能化大壩建設(shè)與管理體系。也正是依托于這樣一些現(xiàn)代信息化技術(shù)，“科技大壩”或者可以稱(chēng)之為“智慧大壩”的兩河口大壩將屹立在康巴大峽谷中。
技術(shù)之力讓土石壩不“土”
就土石壩建設(shè)而言，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范僅適用于200米以?xún)?nèi)的大壩，目前國(guó)內(nèi)已建成的250米及以上級(jí)別的土石壩只有一座（瀾滄江上的糯扎渡水電站大壩）。從國(guó)內(nèi)外水電行業(yè)來(lái)看，300米級(jí)別的，甚至250米以上的大壩都屈指可數(shù)。作為當(dāng)?shù)夭牧蠅危恳蛔潦瘔味加兄?dú)一無(wú)二的地形地質(zhì)、水文氣象、筑壩料源等外部環(huán)境制約條件，其工程難點(diǎn)也各不相同。“工程規(guī)模一旦變大之后，其建設(shè)難度就會(huì)由量變引起質(zhì)變，呈幾何級(jí)數(shù)方式增長(zhǎng)。”雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局總工程師張貴科說(shuō)。
在初期的電站預(yù)可研報(bào)告和可研報(bào)告中，對(duì)兩河口水電站大壩建設(shè)的壩型選擇進(jìn)行了詳細(xì)論證，綜合考慮其運(yùn)輸條件、地形地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧咸匦?、?dāng)前水電筑壩技術(shù)水平及工程投資等邊界條件，最終選定礫石土心墻堆石壩。由于填筑物料為石料、黏土等材料，一般人眼里的土石壩“土氣”十足，與混凝土大壩相比，土石壩體型巨大，顯得粗獷豪放，給人以“科技含量不夠”的印象，但張貴科可不這么認(rèn)為。
“土石壩不‘土’，土石壩也‘嬌’。”為什么土石壩不“土”呢？張貴科說(shuō)，土石壩作為當(dāng)?shù)夭牧蠅危鄬?duì)于混凝土壩型來(lái)說(shuō)，其筑壩材料地方特色顯著，如兩河口工程土料場(chǎng)分散，土料成因和物理力學(xué)性能差異大，因此土料、石料的計(jì)算參數(shù)尚有很大不確定性，現(xiàn)有的各種定量計(jì)算分析手段還不能準(zhǔn)確反映土石壩應(yīng)力、變形和滲透等復(fù)雜特性，很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還需要結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧闲再|(zhì)通過(guò)大型的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)解決。大壩筑壩材料研究作為工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，在預(yù)可研、可研、招標(biāo)和施工圖階段聯(lián)合國(guó)內(nèi)主要知名科研院所、高校進(jìn)行了大量的專(zhuān)項(xiàng)科研試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)及生產(chǎn)性試驗(yàn)，取得了具有前沿性的科技成果，這些都使得土石壩工程科技含量十足。
說(shuō)土石壩也“嬌”，是因?yàn)橥潦瘔尾牧嫌兄鴩?yán)格的級(jí)配、分區(qū)、物理力學(xué)性能和防滲性能等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)要求。為保證高土石壩心墻與壩殼石料的變形協(xié)調(diào)，心墻土料須摻加礫石改善其物理力學(xué)性能，即使是天然含礫土料也往往因?yàn)槠涞[石含量在空間上分布不均勻而需進(jìn)行摻和均勻后方能上壩填筑。另外，土料性能對(duì)低溫霜凍和含水量變化敏感，這給大壩冬季和雨季的施工進(jìn)度和質(zhì)量控制帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。“作為大壩生命線(xiàn)的防滲心墻土料，若在冬雨季施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的防雨、防凍、調(diào)整含水率等措施，要‘跟照顧小孩似的’去進(jìn)行大壩心墻料的填筑施工。”從這個(gè)角度上講，土石壩顯得“嬌氣”。
科研之力保障工程穩(wěn)步建設(shè)
雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部施召云的一句話(huà)讓人印象深刻，“兩河口水電站作為國(guó)內(nèi)目前在建最高土石壩工程之一，存在諸多超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范的重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。”為了保證工程目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)，解決掉這些重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，兩河口水電站建設(shè)工程在科研試驗(yàn)上下的工夫可以說(shuō)是“頂級(jí)配置”。據(jù)雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部譚海濤介紹，兩河口水電站核準(zhǔn)概算中僅專(zhuān)項(xiàng)科研試驗(yàn)費(fèi)用就超過(guò)2億元，目前已投入的專(zhuān)項(xiàng)科研試驗(yàn)費(fèi)用已超過(guò)6000萬(wàn)元。
工程未開(kāi)始，科研已先行。中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院兩河口項(xiàng)目常務(wù)副設(shè)計(jì)總工程師金偉介紹，為保障工程建設(shè)的穩(wěn)步推行，雅礱江公司與主體設(shè)計(jì)方和各科研院所開(kāi)展了一系列技術(shù)問(wèn)題專(zhuān)題研究。其中包括了高土石壩筑壩材料深化研究、大壩結(jié)構(gòu)分區(qū)和抗震研究、大型現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究、混凝土材料研究、300m級(jí)高土石過(guò)魚(yú)設(shè)施研究、超高土石壩安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究、泄洪消能與霧化區(qū)水力學(xué)模型試驗(yàn)研究等。這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究，為工程設(shè)計(jì)、施工奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，在水電站建設(shè)開(kāi)始后，保障工程穩(wěn)步推進(jìn)。
在兩河口工程建設(shè)中，科研帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新讓人耳目一新。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，“數(shù)字雅礱江”的系統(tǒng)得以構(gòu)建。利用現(xiàn)代信息技術(shù)，在招標(biāo)施工圖階段率先開(kāi)展了樞紐工程三維設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究工作，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)實(shí)體工程前先行建設(shè)了一個(gè)全壽命周期、全方位信息的虛擬工程模型。這為設(shè)計(jì)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同、減小“錯(cuò)漏碰缺”提供了平臺(tái)；通過(guò)三維虛擬漫游幫助參建各方直觀理解設(shè)計(jì)意圖；同時(shí),虛擬工程模型集成了工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行管理等項(xiàng)目全壽命周期的信息，便于今后的檢查、維護(hù)和信息查找利用。這些研究探索工作為后續(xù)類(lèi)似工程建設(shè)水電工程建設(shè)管理開(kāi)拓了思路，提供了借鑒。
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，數(shù)字兩河口工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“智慧大壩”的施工管理，兩河口水電站世界級(jí)高度土石壩科技含金量十足，充足的科研資本投入和多年來(lái)扎實(shí)的科研試驗(yàn)成果為工程建設(shè)保駕護(hù)航，因而，兩河口水電站工程有了無(wú)與倫比的“魅”與“力”，在甘孜藏區(qū)腹地的雅礱江畔閃耀著現(xiàn)代水電建設(shè)的科技之光。
