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【聚焦两河口】匠心巧思筑坝成艺
——中电建两河口一二·五联合体赋能科技创新开启高质量发展新引擎
来源:水电五局 作者:张 利 时间:2021-09-30 字体:[ ]

雅砻江古称若水,源出巴颜喀拉山南麓的尼彦纳玛克山与冬拉岗之间,全长1571公里,为长江水系的重要发源地。雅砻江干流控制流域面积大,径流丰沛,水能资源分布集中,是全国十三大水电基地之一,是我国乃至全世界罕有的绿色能源“宝库”。可开发装机容量约3000万千瓦,在全国规划的十三大水电基地中装机规模排名第三。雅砻江以其水能资源蕴藏丰富、开发条件优越、水能质量优良被誉为流动的“黄金”。

2014年10月6日,在“拍岸江涛扑面风,怒泄不知几千里”的雅砻江畔,两河口电站的建设者们吹响了主体工程开工的号角,奏响了“建世界高坝,镶藏区明珠”的崭新乐章。

由于两河口水电站枢纽建筑物具有心墙堆石坝挡水高度世界第一、高泄洪流速、高边坡施工、高填筑方量、高寒高海拔地区、物资运输路线长、建设管理战线长等特点,是目前世界上综合规模和难度最大,且独具特点的的土石坝工程之一。为了破解工程建设的难题,中电建两河口水电十二局、水电五局联合体建设者自开工之初,就确立了科技创新“智造”电站的理念,诸多新工艺、新工法、新材料、新科技等创新成果在工程建设中广泛应用,推动土石坝筑坝技术从数字化建设到智能化建设的跨越,引领水电水利土木工程领域施工技术的发展方向,向打造全世界领先的“智能大坝”目标挺近。

智能无人碾压技术破解“300米级高心墙堆石坝”施工难题

两河口水电站大坝总填筑方量为4206.9万立方米,相当于6个“鸟巢”的体积;坝高295米,相当于100层楼高;电站平均海拔约3000米,工程所在地区天气恶劣、昼夜温差大,人工和机械设备降效达30%以上。面对高填筑方量、300米级高土石坝、高海拔施工的技术难题,中电建一二•五联合体与雅砻江公司、天津大学深度合作,开展两河口大坝智能碾压科研攻坚,通过无人智能碾压机与数字化大坝监控系统,以及其中的姿态传感器、GPS传感器技术的应用为大坝装上敏锐的“神经感知系统”和发达的“智能大脑”。

据了解,施工采用的新型智能无人碾压机,它们就像一个个会移动的钢铁大力士,依靠自身的重量把土料碾压平整。比起普通碾压车,无人驾驶智能碾压车配备了姿态传感器,用来感知碾压机的姿态;并且装配了单片机作为碾压车的“智能大脑”,自主进行路径规划,开展前进、后退、错距、振动等碾压作业,自主感知大粒径堆石料等极端情况、自主分析、自主决策,及时纠偏,保持高精度循迹,实现了碾压轨迹的智能化精准控制。与此同时,在碾压设备上还安装了高精度GPS传感器定位移动终端,各项碾压遍数、速度、激振力、碾压厚度等碾压参数,经基站进行处理和传送,设备碾压全过程实现了实时监控,有效避免漏压、欠压现象,真正实现施工全过程可控。系统设计了四级安全保障功能,确保了无人碾压机群在高寒复杂施工环境下的安全运行,被建设者亲切称为“会思考的碾压机”。

目前,联合体已改装完成各类碾压机共18台,完成了三维监控、单机调试、多机调试、机群调试,实现了多坝料多机型全天候智能碾压机群作业,在大坝填筑施工中克服了高寒高海拔复杂条件下高精度定位、智能感知、智能控制、精准循迹等难题,实现了智能无人碾压机群规模化、常态化、规范化作业,全面革新了土石坝施工作业及管理模式,引领行业可持续发展和技术革命方向,填补了水利水电行业在高寒复杂环境下智能填筑机群协同作业的空白。

马洪琪院士、钮新强院士、邓铭江院士等组成的成果评价专家组一致认为:项目实现了高心墙堆石坝从数字化建设到智能化建设的跨越,引领水电水利土木工程领域施工技术的发展方向,成果达到国际领先水平。

四次技改破解砂石骨料系统生产“硬、脏、质、量”施工难题

两河口水电站砂石骨料系统采用当地特有的砂板岩进行骨料生产。在生产过程中发现,这种岩石中的二氧化硅含量远超设计指标,达到了58%~81%,岩石坚硬,原材料进行骨料破碎车间的第一道关口颚式破碎机后,造成极大的机械磨损,衬板等损耗配件一周就必须更换一次。并且,该岩石中含有大量悬浮碳物质,生产出的人工砂不能满足混凝土拌制的质量要求。对砂石骨料系统进行技术改进势在必行。

为了解决砂板岩“硬”的问题,联合体将颚式破碎机增至4台,加强原材料进厂第一道关口的生产能力;为了减少针片状骨料的产量,提升小石和砂的质量和数量,系统技改中在生产车间增设4台圆锥破提升破碎效率同时对人工骨料进行整形;在超细碎车间,为增加人工砂的生产能力,再次增设6台立轴破对骨料进行反复的研磨,极大地提升了人工砂的产量。大块的原材料进入骨料生产车间后,经过钢铁的锻打作业、波轮+滚桶式洗衣机般的破碎作业、棒磨作业等多级破碎、多向多角度多层次高速研磨整形,最终分流不同的料仓,通过系列摸索技术改进有效解决了骨料生产“质”和“量”的问题。

针对骨料生产中悬浮碳物质含量超标的难题,国内罕见首次发现,成立QC课题小组进行摸索研究,对洗砂机进行改进,对生产出的人工砂加大用水量冲洗。由于悬浮碳物质的密度轻于砂的密度,大量黑色像石油般粘腻的物质悬浮于水的表面,课题人员在洗砂机的上层布置气管,通过高压气管吹掉浮在表面的“油花”,有效解决了骨料“脏”的问题。

由于被吹走的“油花”中不可避免地含有大量细砂,为了提升人工砂的产量,课题人员变废为宝,在集污池处设置轮斗式捞砂机,将“漏网之砂”再次捞回,努力让珍贵的细砂颗粒归仓。

经过水洗的人工砂含有大量的水,联合体的能工巧匠们为了降低砂的含水量,研发了一种插管干扰式脱水装置,该装置获国家实用新型专利授权,不仅有效解决了人工砂含水率的问题,该人工干扰式加速人工砂脱水施工工法更提升了两河口电站的“智慧”品质。

两河口电站砂石骨料系统经过四次技术改造,截止目前,已经高质量供应了772.8万吨成品骨料,用于大坝填筑和整个枢纽工程的混凝土浇筑,完美解决了砂板岩生产人工骨料“硬、脏、质、量”的技术难题,填补了国内砂板岩混凝土骨料加工系统工艺及设备选型的空白。

一套“组合拳”破解冬雨季大坝填筑技术难题

两河口水电站地处高寒高拔地区,填筑规模巨大,必须进行全年施工才能保持工程建设工期。联合体建设者为了保证冬雨季大坝填筑施工质量,研发了一套“组合拳”破解筑坝难题,有效提升了工程进度,保证了工程质量。

两河口电站所在地区每年的6月至10月为丰水期,降雨主要集中在7、8两月,多年平均降水量为721.7毫米,雨季降水量为642.4毫米,占全年的89%。山区的降雨说来就来,为了应对突发降雨,联合体在料场和坝上设置了小型气象站,结合卫星云图,提前预测降雨信息。在获得降雨预警信息后,联合体前后方建设者全部前往工地盖一布一膜构成的防雨布,盖一次就要耗时两三个小时。为了提高效率,联合体技术人员改变施工工艺,在接到预警后将心墙用平碾快速进行龟背形土层封闭,人工形成2%的坡比进行自动排水,并在反滤料区左右岸方向每隔40米设置一道排水沟进行排水。待雨停后,将表层土料铲除,快速恢复填筑施工。

进入冬季施工后,大坝填筑现场设置温度传感器、红外线测温仪,严格控制施工现场环境温度,避免负温填筑施工,在作业时采取边碾边盖、边揭边碾的工艺,保证土料填筑的温度。与此同时,联合体与旱寒所等专业科研机构紧密合作,共同研究寒冷条件下的填筑施工工艺,开展多项工艺性试验,对保温板、保温被等多项工艺进行反复试验。最终,联合体在冬季施工中将三布两膜保温被更新为一布两膜保温被用于现场保温,满足现场土料保温需求。

2016年以前的冬季,保温被需要人工进行铺盖,耗费大量的人力资源,5000多平方米的土料填筑区覆盖保温被需要30人连续工作3个小时,才能完成揭盖,工作效率极低。为了解放生产力,联合体技术人员开始向科技要效率,2017年,联合体技术人员先后研发出了两代保温被收放机投入工程应用,获得一项发明专利及两项国家实用新型专利,保温被收放自如高效快捷,不仅节省了大量人力,大面积覆盖土工布进行土料填筑保温施工工艺在国内外尚属首次,而且实现了“冻土不上坝、冻土不碾压、碾后不受冻”的工艺提升,有效保证了冬季施工温控要求。

在两河口工程建设中,科技创新成果硕果累累:一种便携气压式注浆装置、一种便携气压式模板脱模剂刷涂装置、一种干砌石砌筑控制装置等55项依托工程建设研发的新型实用专利获得国家授权;“两竖三横”干砌石护坡施工工法、人工干扰式加速人工砂脱水施工工法获省部级工法;两河口水电站心墙填筑分仓工艺研究、提高掺砾土料“平铺立采”工艺参数下掺配质量合格率等20余项QC成果获国家及省部级大奖。

今天,“建世界高坝,镶藏区明珠”的圆梦之旅已近尾声。这座300米级的“智能大坝”即将填筑到顶,首批机组已于2021年9月29日投产发电。它将成为雪域高原的一颗璀璨明珠投入运行,年平均发电量相当于每年减少燃煤消耗1330万吨,减少二氧化碳排放2130万吨,减少二氧化硫排放8万吨、减少粉尘排放172吨,减少废渣排放42万吨,为“双碳”目标贡献清洁能源,助力社会经济发展。

新型智能无人碾压机

多坝料多机型全天候智能碾压机群作业

冬季施工覆盖保温被

保温被收放机投入工程建设

心墙标准化填筑施工

两河口砂石骨料系统远眺

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