300米級超高土石壩工程，世界級技術(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,，一座世界級的高土石壩——兩河口水電站大壩正在悄然崛起。
300米級超高土石壩,、600米級超高邊坡群,、高流速泄洪建筑物……兩河口水電站建設(shè)項(xiàng)目面臨世界級的技術(shù)難題。就國內(nèi)外類似工程建設(shè)來看,，兩河口300米級的礫石土心墻堆石壩目前沒有成熟可借鑒的經(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)度的填筑對施工場地,、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，這種難度在國內(nèi)外也是罕見的,。
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)測數(shù)據(jù)，通過對講機(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)沒完成,，請繼續(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)一部員工王愛國說,，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)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測與反饋控制,。像摻拌系統(tǒng)中連續(xù)對物料摻拌3次（俗稱“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)展開合作，研究開發(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)工程在壩料開采、運(yùn)輸,、摻和,、水量調(diào)節(jié)、攤鋪和碾壓全過程各環(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),，王愛國贊嘆不已，他說這套系統(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,，國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范僅適用于200米以內(nèi)的大壩,，目前國內(nèi)已建成的250米及以上級別的土石壩只有一座（瀾滄江上的糯扎渡水電站大壩）。從國內(nèi)外水電行業(yè)來看,，300米級別的,，甚至250米以上的大壩都屈指可數(shù)。作為當(dāng)?shù)夭牧蠅?，每一座土石壩都有著?dú)一無二的地形地質(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,，呈幾何級數(shù)方式增長,。”雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局總工程師張貴科說。
在初期的電站預(yù)可研報(bào)告和可研報(bào)告中，對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，土石壩作為當(dāng)?shù)夭牧蠅?，相對于混凝土壩型來說,，其筑壩材料地方特色顯著，如兩河口工程土料場分散,，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)問題還需要結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧闲再|(zhì)通過大型的現(xiàn)場試驗(yàn)來解決,。大壩筑壩材料研究作為工程關(guān)鍵技術(shù)問題,，在預(yù)可研、可研,、招標(biāo)和施工圖階段聯(lián)合國內(nèi)主要知名科研院所,、高校進(jìn)行了大量的專項(xiàng)科研試驗(yàn)、現(xiàn)場專項(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。
說土石壩也“嬌”,，是因?yàn)橥潦瘔尾牧嫌兄鴩?yán)格的級配,、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)量控制帶來極大挑戰(zhàn)。“作為大壩生命線的防滲心墻土料,，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讓人印象深刻，“兩河口水電站作為國內(nèi)目前在建最高土石壩工程之一,，存在諸多超過現(xiàn)行規(guī)范的重大關(guān)鍵技術(shù)問題,。”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)上下的工夫可以說是“頂級配置”,。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)概算中僅專項(xiàng)科研試驗(yàn)費(fèi)用就超過2億元,，目前已投入的專項(xiàng)科研試驗(yàn)費(fèi)用已超過6000萬元,。
工程未開始，科研已先行,。中國電建集團(tuán)成都勘測設(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)方和各科研院所開展了一系列技術(shù)問題專題研究,。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)場碾壓試驗(yàn)研究,、混凝土材料研究,、300m級高土石過魚設(shè)施研究、超高土石壩安全監(jiān)測關(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)多專業(yè)協(xié)同、減小“錯(cuò)漏碰缺”提供了平臺(tái),；通過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)類似工程建設(shè)水電工程建設(shè)管理開拓了思路,，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,。
