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辉煌70年| 溪洛渡水电站:一座大坝折射的科技传奇
来源:中国水事 时间:2019-10-10 字体:[ ]

2016年,位于金沙江下游的溪洛渡水电站斩获“菲迪克工程项目杰出奖”,成为当年21个获奖项目中唯一的水电项目。

这一奖项是国际咨询工程师联合会按照“质量、廉洁、可持续管理”的原则,在全世界范围内表彰对经济社会发展具有突出作用的工程项目,素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称。这一殊荣,是世界对溪洛渡水电站包括大坝建设与管理在内的各项水电技术的高度认可。

拱坝被认为是水利水电界最复杂的建筑物,溪洛渡水电站的混凝土双曲拱坝更是如此,代表着当前我国拱坝技术的最高水准,是中国水利水电技术走向世界舞台的一张闪亮名片。

50米一个台阶

溪洛渡大坝坝高285.5米,是国内第三高拱坝。仅次于锦屏一级水电站大坝的305米、小湾水电站大坝的294.5米,属于300米级的特高拱坝。

在溪洛渡水电站的建设中,二滩水电站作为我国首座突破200米大关的高坝工程,提供了样板和技术积累。当时的二滩,240米双曲拱坝是中国第一,坝顶长度和坝身泄洪量为世界之最。

“对拱坝而言,高度增加50米,所承受水的荷载就会增加一倍;高度增加100米,所承受水的荷载大约是原来的4倍。”主持溪洛渡水电站设计工作的成都勘测设计院总工程师王仁坤说,“50米是一个台阶,拱坝高度的提升势必对拱坝的结构、混凝土浇筑、泄洪消能措施等提出更高的要求。”

在拱坝的特征水位确定后,其建基面就决定了大坝的高度。溪洛渡大坝虽然先天条件良好,坝址基岩岩性坚硬,是完整的块状结构,适宜修建300米级拱坝,但大坝承受总水推力高达1400万吨,对基础承载能力、抗滑稳定、变形协调、整体稳定要求极高。如何确定拱坝合理建基面,兼顾安全和经济,成为高拱坝设计最关键的技术问题。

“我们首创‘以岩级为基础、安全为准则、分坝高区段确定拱坝建基面岩体等级’的拱坝建基面设计原则和评价体系,很好地解决了关键性技术问题。”王仁坤介绍。

除了拱坝承载问题,施工期混凝土开裂是水电站建设的又一大世界级难题。

通常,大坝混凝土开裂主要源于水泥水化放热引起的内部温度变化,因而对温控措施有很高的要求,很难确保混凝土没有裂缝。因此,业界一直有着“无坝不裂”的说法。

然而,溪洛渡大坝的建设者攻克了智能温控、智能振捣和数字灌浆等关键技术,研发了智能控制成套设备,创造了浇筑混凝土680万立方米且未出现温度裂缝的世界纪录。

仰望巍然耸立的溪洛渡大坝坝身,7个泄洪表孔和8个泄洪深孔清晰可见。溪洛渡大坝最大泄洪流量可达52 300立方米每秒,在世界已建高拱坝枢纽中排名第一。

如此巨大的泄洪流量,严峻考验着大坝的泄洪消能设施。四条采用“有压接无压、洞内龙落尾”结构形式的泄洪洞隐藏在两岸山体内。这种设计,使得坝身实现了“分层出流、空中碰撞、水垫塘消能”,泄洪洞出口实现了“对称挑流、水下碰撞”消能,成功解决了窄河谷、高水头、大泄量的泄洪消能关键技术难题。

做最“牛”的大坝

对于水电站建设而言,大坝自身的安全是其发挥防洪、发电、供水等综合效益的前提。

溪洛渡坝址地处地震高烈度区,地震基本烈度为Ⅷ度,大坝以Ⅸ度设防。300米级高坝在巨大的地震荷载作用下,如何才能确保大地震到来时万无一失?

汶川地震时,距震中映秀镇仅20公里的沙牌水库大坝,震后结构和坝体表面完好无损,被专家们赞为汶川地震中最“牛”大坝。溪洛渡在设计中采用我国创新的“高拱坝抗震安全分析评价体系”,在对沙牌等大坝抗震模型数据分析的基础上,进一步优化了溪洛渡300米级高坝的抗震设计。

不仅如此,建设者们还创新研发并运用了“溪洛渡拱坝智能化建设关键技术”,开我国300米级高拱坝建设数字化先河,实现了大坝施工全过程的数字化监控与记录,在大坝施工的质量、安全、进度控制和大坝运行安全监测中发挥了极为重要的作用。如今,6 700多支传感器埋设于整座大坝中,依托“大坝智能化建设管理系统平台”,管理者可以全面感知大坝的“健康状态”,准确把握大坝的“安全脉搏”。

践行绿色发展理念

在金沙江的高山峡谷之中,溪洛渡水电站为国家“西电东送”贡献着源源不断的清洁能源,坝上一湾清水,波平如镜,坝下清流急湍,奔泻而下。

达氏鲟、胭脂鱼、岩原鲤、长薄鳅、厚颌鲂……金沙江上特有的鱼种,在这里一样也不少。通过珍稀特有鱼类增殖放流站的建设,对工程所在的金沙江下游河段水生生物区域进行生态补偿,目前已培育、放流各种鱼类120万尾。

“以前工程更多关注安全、经济,现在要统筹考虑生态和环保。这是时代发展的要求,也是设计理念不断进步的表现。” 王仁坤说。

受日照影响,水库表层水温高,深水水温低,水库升温期泄放低温水会影响到下游江段鱼类的繁殖。溪洛渡的建设者们经过对水温的深化研究,最终决定在电站进水口采用“叠梁门分层取水”方案,即在电站进水口与拦污栅之间,设置四层高12米的闸门,取水发电时,根据不同的水位深度变化实时调整运行方式,提升相应的闸门,以获取表面较高温度的水体进行发电,从而使下游的水温得到有效的调节。

“通过分层取水,有效改善了下游水生生态环境,这是我们在践行绿色发展理念上的一次创新。”三峡建设管理有限公司向家坝和溪洛渡建设部副主任刘益勇说。

在溪洛渡大坝的工程规划、设计和建设中,绿色发展理念无处不在。工程设计之初,就充分依托坝址地貌地质环境条件进行布置,除混凝土拱坝挡水和坝身泄洪设施外,其余引水发电建筑物和泄洪洞均布置在两岸山体内,与坝址峡谷地貌融为一体。施工阶段,利用洞挖渣料回采加工作为混凝土骨料,最大限度减少了对周围环境的破坏。

溪洛渡大坝是我国坝工技术不断突破、走向世界的缩影,在它身上所体现的技术成就离不开一代又一代水电建设者的薪火相传。

70年来,我国实现了100米级高坝、200米级高坝和300米级高坝建设的多级跨越,成为世界上拥有200米级以上高坝数量最多的国家;建成了世界上规模最大的水利枢纽三峡工程、世界最高拱坝锦屏一级大坝和世界最高混凝土面板堆石坝水布垭大坝,筑坝技术已跻身国际先进行列。筑坝技术的跨越和突破,支撑我国成为水电大国、强国,有力推动了我国经济社会的可持续发展。

进入新时代,我国坝工技术将继续引领全球水利水电技术不断取得新突破,在保障防洪安全、城乡供水安全、经济社会发展用水、粮食安全、生态文明等方面,做出新的重要贡献。


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