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          勇攀“水电珠峰”——中国电建白鹤滩水电站建设之旅

          发布日期:2021-06-29 信息来源:新闻中心 水电四局 作者:倪元景 黄小云 字号:[ ]

          6月28日,在建规模全球第一、单机容量世界第一、装机规模全球第二大水电站——白鹤滩水电站首批机组正式发电,电流经过四川电网主网,通过特高压,将被顺利传送到江苏和浙江。作为电站建设的主力军,中国电建再次创下新纪录,成功攀上了世界水电的珠穆朗玛峰,将“无人区”变成了“新高地”。

          白鹤滩水电站创造了6项世界第一:单机容量100万千瓦机组世界第一,水电站地下洞室群规模世界第一,圆筒式尾水调压室规模世界第一,300米级高拱坝抗震参数世界第一,无压泄洪洞群规模世界第一,首次全坝使用低热水泥混凝土。

          设计:匠心独运,勇攀水电建设新高峰

          白鹤滩水电站位于云南省巧家县和四川省宁南县交界处的金沙江干流之上,由中国三峡集团投资建设和管理,中国电建全过程勘测设计并承担80%以上的施工任务。作为世界在建规模最大、综合技术难度最高的巨型水电站,白鹤滩水电站总装机容量1600万千瓦位居全球第二,单机容量100万千瓦位居世界第一,年均发电量624亿千瓦时,每年可节约标准煤1968万吨,减排二氧化碳5160万吨,对我国实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义,是三峡工程之后中国水电的新“国家名片”。

          从上世纪九十年代开始,中国电建所属华东院负责白鹤滩水电站的勘测设计工作,开展了大量的水文、水能和地质勘测等基础工作。为了确保白鹤滩工程工作的顺利开展,华东院完成地质钻探20万米和洞探5.5万余米,为白鹤滩工程的顺利建设奠定了重要基础。

          为实现白鹤滩工程“水平一流、技术创新”的技术目标,华东院聘请中国科学院、工程院等多位院士、专家组成了中国水电行业的“全明星阵容”,为白鹤滩水电站研究保驾护航,仅是咨询审查会就召开了300余次。

          华东院利用世界先进的三维模型动态展示,探索世界水电工程“难题库”,攻克了一系列世界级关键技术难题:引领复杂地形地质条件下不对称超高拱坝设计;破解强震区超高拱坝、超高边坡抗震难题;首次300米高坝全坝采用低热水泥混凝土和灰岩骨料;世界最大规模地下洞室群设计;精巧的体型优选成就世界最大规模尾水调压室;完善的防渗体系确保复杂水文地质条件下坝基和洞室群的安全;创新研究和应用百万千瓦级水轮发电机组。

          为了提升拱坝对地形不对称性的适应能力,电建设计单位采用了椭圆线型双曲拱坝,可调整的参数更多,能够适应更为复杂的工况,通过左岸坝顶浇筑混凝土垫座、在河床部位利用完整性较好的角砾熔岩作为拱坝建基面、在柱状节理玄武岩出露部位浇筑混凝土扩大基础等一系列措施,改善了地形地质条件带来的不利影响。

          为了应对泄洪流量大、水头高,河谷狭窄、岸坡陡峭的现实,设计团队确定了“分散泄洪、分区消能、加强防护”的布置原则,采用坝身孔口和岸边泄洪洞联合泄洪的方式,通过对坝身最大泄量的深入研究,确定坝身与岸边泄洪洞之间的泄量分配比例。

          大坝:创新工程和智能工程

          大坝是水电站枢纽工程的核心建筑物,承担着挡水与泄洪的重要任务。白鹤滩大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高289米,共计31个坝段,浇筑混凝土约803万立方米,“体积”超过3个胡夫金字塔,创下了拱坝设计多项世界纪录:300米级高拱坝抗震参数,居世界第一;在300米级高拱坝全坝使用低热水泥混凝土;大坝承受总水推力达1650万吨,居世界第二;枢纽最大泄洪功率达90000兆瓦,居世界第三。

          业内都说“无坝不裂”,但在白鹤滩水电站,大坝上没有一条裂缝,“这是坝工建设的奇迹!” 经验丰富的电建工程师不仅尝试了一种新型混凝土,还发明了一套智能温控系统,用来解决“无坝不裂”的世界难题。即使在外界35度以上的夏季,也可以将混凝土最高温度控制在27度以内。

          在白鹤滩大坝体内,埋设了5774支温度计、75347米的测温光纤、数千支监测仪器,用于感知气温、风速、温度、应力、应变等信息,可以实现混凝土生产、运输、浇筑、运行的全生命周期监控,对施工进度、质量进行可视化分析。

          混凝土拌和过程中,一先给骨料吹冷风,二要加入低温水和一定比例的冰屑;而混凝土从拌和楼出来后,就会灌入专门加装了保温材料的自卸式货车,再通过缆机在几分钟内迅速送到大坝施工现场。施工现场共布置了7台平移式缆机,为世界最大缆机群,负责承担大坝混凝土、材料的“空中运输”工作。每台缆机额定吊重30吨,用9立方米的吊罐进行混凝土垂直运输。

          中国电建所属成都院成立白鹤滩智能建造项目部,深入研究大坝混凝土智能仿真及混凝土坝智能监控内容。大坝的浇筑是复杂的大工程,协调不好会出现各种问题。仿真系统实现了大坝多要素、多维耦合仿真分析,模拟出混凝土的浇筑场景。

          当所有的施工工序都有明确标准,并在施工过程中得以落实,大坝混凝土的浇筑质量就得以保证。大坝主体工程混凝土于2017年4月启动浇筑,历时1510个日夜,浇筑2251仓,年最大浇筑强度突破270万立方米、月最大浇筑强度超过27.3万立方米,均为同类坝型第一,年最大上升高度超过102米,多项指标创同类工程施工纪录。

          白鹤滩水电站建设节奏非???,高峰时期,这里的建设者人数达2万人,缆机班实行三班倒,浇筑队一直都是两班不间断。施工过程中,中国电建各参建单位通过推行混凝土浇筑“一条龙”管理办法,将混凝土生产、运输、浇筑等各环节时间精确至秒,极大地提升了生产效率。

          白鹤滩水电站没有一条裂缝,这是坝工建设的奇迹!

          厂房:比三峡还要大的“地下宫殿”

          作为世界在建最大地下厂房,白鹤滩水电站拥有一个比三峡还要大的“地下宫殿”,这是16台百万千瓦机组的“家”。左右岸地下厂房分别长453米、高88.7米、宽34米,左岸洞室开挖总里程64公里,229条隧道千折百回。它像是“地下宫殿”,2500万立方米的开挖总量能填满10座胡夫金字塔,仅主厂房就能装得下1.5艘辽宁号航空母舰;它又像是“地下迷宫”,364个地下洞室错综复杂地布置在峭壁之下,两岸山体挖空率达到37%。

           “可以说地下厂房开挖的过程,就是和围岩稳定斗智斗勇的过程?!敝泄缃ɑ荷璐Φ持Р渴榧浅陆秩绱诵稳莸叵鲁Х棵媪俚睦?。由于层间(内)错动带发育、岩石硬脆易碎、高地应力和巨型洞室群联动效应,开挖过程中围岩易卸荷松弛、破裂、变形,围岩稳定控制难度空前。

          电建工匠开展了大量的试验研究,通过理论创新、技术突破,多角度揭示了高地应力条件下立体交叉地下洞室群联动效应、洞室群围岩局部破裂机理和层间错动带不连续变形演化规律。团队通过“玄武岩洞室群围岩时空变形全过程调控”的成套技术与方法,创新抗剪结构型式,解决了岩石变形、巨型洞室群联动效应等关键难题。

          施工过程中,电建工匠以全过程信息化管理为目标,打造地下洞室支护预警系统,实时掌握各洞室支护情况,自动化进行支护预警,有效保证支护及时性,确保洞室围岩稳定。同时,大力推广了智能灌浆系统应用,安装灌浆作业全流程监控系统,实现自动完成各类地质情况灌浆的记录、自动调压、自动配浆,灌浆整个过程中无需操作人员实时调控压力,减少人为干预,隐蔽工程真正实现阳光作业。

          复杂地质条件也使尾水调压井的设计难度大大升级。重重困难,难不倒追梦人。为了尽量减小洞室跨度、提高围岩安全性,工程师们没有选择传统的长廊式调压井,而是创新研发了主副分离式圆筒形调压井布局,大幅提升超大流量百万千瓦机组水力调控性能。即使这样,白鹤滩8个尾水调压井的最大直径还是达到了世界第一的48米,最大高度达到了128米,宛如八大金刚坐落在山体下400至600米深处,守护着百万千瓦水轮机组的运行安全。

          安装:引领世界,迈入“无人区”

          在以往,无论是三峡水电站还是乌东德水电站,机组安装都有一个参考数据,但白鹤滩水电站百万千瓦机组的数据是“0”,其设计、研发、制造、安装标准堪称机组技术的“无人区”。16台单机容量100万千瓦立轴混流式水轮发电机组,是世界水轮发电机组首次迈入百万千瓦级,也是国内首个全部采用国产化机组的巨型水电站。

          面对百万千瓦机组安装新起点,电建人踌躇满怀,在中国水电机组安装史上,承建我国首座百万千瓦级水电站刘家峡水电站之时,创下单机30万千瓦机组安装纪录;建设三峡、拉西瓦水电站时,创下单机70万千瓦机组安装纪录;建设向家坝水电站之时,创下单机容量80万千瓦世界最大机组全精品安装纪录……

          面对紧迫的工期,白鹤滩机电安装工程项目部与建设方、制造厂商充分沟通,调整施工方案,利用安装间狭小的空间快速展开转子组装施工。一时间,电站左岸地下厂房机电施工现场异常繁忙。

          “在这里,每一位党员要发挥一面旗帜的作用,每一位党员干部决不能干半途而废的事情。因为这里是中国水电的圆梦工程?!?白鹤滩机电安装工程项目党支部书记李书军说。

          ——2020年8月18日,全球首台机组完成转子吊装,提前计划工期73天。

          ——2020年10月26日,2号机组完成转子吊装,提前计划工期83天。其定子铁心叠装24天完成,刷新了同类大型水电机组安装的纪录。

          ——2020年12月29日,3号机组完成转子吊装,提前计划工期76天。

          ——2021年3月26日,4号机组转子吊装,提前计划工期56天。

          ——2021年6月17日,5号机组完成转子吊装,提前计划工期25天。其56天完成定子下线创造水电新纪录。

          5月23日,白鹤滩水电站2号机组顺利通过过速试验,在安装好的上机架盖板上,两枚小小的硬币,“站”着纹丝不动。随后,技术人员继续增加难度,取出了厚度更小、直径更大的手电筒玻璃镜片测试,结果玻璃镜片也一样稳稳当当地立在了盖板上面!2号机组以“零配重”、振摆不超过0.1毫米的成绩被东方电机首席专家誉为“完美机组”?!鞍缀滋沧蟀?、3号机组都实现了‘零配重’,振摆很小,超过了精品,可以说是极品?!?/p>

          精品机组的背后,是操作流程的规范,也是施工工艺的创新。为打造新时代大国重器,中国电建所属水电四局参与制定了《金沙江白鹤滩水电站1000兆瓦水轮发电机组安装质量检测标准》,对机组安装全部工序形成了工作规范,具体操作中严格落实质量标准,严控施工细节,以过程精品保证结果精品,全力以赴打造“精工重器”。

          白鹤滩水电站预计2022年7月可实现16台机组全部投产发电,届时一天的发电量就可满足50万人一年的生活用电。而且还可以与乌东德、溪洛渡、向家坝水电站一道崛起在金沙江下游,成为世界级清洁能源基地,为长江经济带、中国经济发展提供源源不断的绿色动力。

          随着白鹤滩水电站首批机组顺利发电,中国水电人可以自豪地说,世界水利水电设计建造核心技术已经掌握在我们自己手里。我们没有辜负习近平总书记的嘱托。






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