雅礱江古稱若水，源出巴顏喀拉山南麓的尼彥納瑪克山與冬拉崗之間，全長1571公里，為長江水系的重要發(fā)源地。雅礱江干流控制流域面積大，徑流豐沛，水能資源分布集中，是全國十三大水電基地之一，是我國乃至全世界罕有的綠色能源“寶庫”?？砷_發(fā)裝機(jī)容量約3000萬千瓦，在全國規(guī)劃的十三大水電基地中裝機(jī)規(guī)模排名第三。雅礱江以其水能資源蘊(yùn)藏豐富、開發(fā)條件優(yōu)越、水能質(zhì)量優(yōu)良被譽(yù)為流動的“黃金”。
2014年10月6日，在“拍岸江濤撲面風(fēng)，怒泄不知幾千里”的雅礱江畔，兩河口電站的建設(shè)者們吹響了主體工程開工的號角，奏響了“建世界高壩，鑲藏區(qū)明珠”的嶄新樂章。
由于兩河口水電站樞紐建筑物具有心墻堆石壩擋水高度世界第一、高泄洪流速、高邊坡施工、高填筑方量、高寒高海拔地區(qū)、物資運(yùn)輸路線長、建設(shè)管理戰(zhàn)線長等特點，是目前世界上綜合規(guī)模和難度最大，且獨(dú)具特點的的土石壩工程之一。為了破解工程建設(shè)的難題，中電建兩河口水電十二局、水電五局聯(lián)合體建設(shè)者自開工之初，就確立了科技創(chuàng)新“智造”電站的理念，諸多新工藝、新工法、新材料、新科技等創(chuàng)新成果在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，推動土石壩筑壩技術(shù)從數(shù)字化建設(shè)到智能化建設(shè)的跨越，引領(lǐng)水電水利土木工程領(lǐng)域施工技術(shù)的發(fā)展方向，向打造全世界領(lǐng)先的“智能大壩”目標(biāo)挺近。
智能無人碾壓技術(shù)破解“300米級高心墻堆石壩”施工難題
兩河口水電站大壩總填筑方量為4206.9萬立方米，相當(dāng)于6個“鳥巢”的體積；壩高295米，相當(dāng)于100層樓高；電站平均海拔約3000米，工程所在地區(qū)天氣惡劣、晝夜溫差大，人工和機(jī)械設(shè)備降效達(dá)30%以上。面對高填筑方量、300米級高土石壩、高海拔施工的技術(shù)難題，中電建一二?五聯(lián)合體與雅礱江公司、天津大學(xué)深度合作，開展兩河口大壩智能碾壓科研攻堅，通過無人智能碾壓機(jī)與數(shù)字化大壩監(jiān)控系統(tǒng)，以及其中的姿態(tài)傳感器、GPS傳感器技術(shù)的應(yīng)用為大壩裝上敏銳的“神經(jīng)感知系統(tǒng)”和發(fā)達(dá)的“智能大腦”。
據(jù)了解，施工采用的新型智能無人碾壓機(jī)，它們就像一個個會移動的鋼鐵大力士，依靠自身的重量把土料碾壓平整。比起普通碾壓車，無人駕駛智能碾壓車配備了姿態(tài)傳感器，用來感知碾壓機(jī)的姿態(tài)；并且裝配了單片機(jī)作為碾壓車的“智能大腦”，自主進(jìn)行路徑規(guī)劃，開展前進(jìn)、后退、錯距、振動等碾壓作業(yè)，自主感知大粒徑堆石料等極端情況、自主分析、自主決策，及時糾偏，保持高精度循跡，實現(xiàn)了碾壓軌跡的智能化精準(zhǔn)控制。與此同時，在碾壓設(shè)備上還安裝了高精度GPS傳感器定位移動終端，各項碾壓遍數(shù)、速度、激振力、碾壓厚度等碾壓參數(shù)，經(jīng)基站進(jìn)行處理和傳送，設(shè)備碾壓全過程實現(xiàn)了實時監(jiān)控，有效避免漏壓、欠壓現(xiàn)象，真正實現(xiàn)施工全過程可控。系統(tǒng)設(shè)計了四級安全保障功能，確保了無人碾壓機(jī)群在高寒復(fù)雜施工環(huán)境下的安全運(yùn)行，被建設(shè)者親切稱為“會思考的碾壓機(jī)”。
目前，聯(lián)合體已改裝完成各類碾壓機(jī)共18臺，完成了三維監(jiān)控、單機(jī)調(diào)試、多機(jī)調(diào)試、機(jī)群調(diào)試，實現(xiàn)了多壩料多機(jī)型全天候智能碾壓機(jī)群作業(yè)，在大壩填筑施工中克服了高寒高海拔復(fù)雜條件下高精度定位、智能感知、智能控制、精準(zhǔn)循跡等難題，實現(xiàn)了智能無人碾壓機(jī)群規(guī)?；⒊B(tài)化、規(guī)范化作業(yè)，全面革新了土石壩施工作業(yè)及管理模式，引領(lǐng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)革命方向，填補(bǔ)了水利水電行業(yè)在高寒復(fù)雜環(huán)境下智能填筑機(jī)群協(xié)同作業(yè)的空白。
馬洪琪院士、鈕新強(qiáng)院士、鄧銘江院士等組成的成果評價專家組一致認(rèn)為：項目實現(xiàn)了高心墻堆石壩從數(shù)字化建設(shè)到智能化建設(shè)的跨越，引領(lǐng)水電水利土木工程領(lǐng)域施工技術(shù)的發(fā)展方向，成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
四次技改破解砂石骨料系統(tǒng)生產(chǎn)“硬、臟、質(zhì)、量”施工難題
兩河口水電站砂石骨料系統(tǒng)采用當(dāng)?shù)靥赜械纳鞍鍘r進(jìn)行骨料生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，這種巖石中的二氧化硅含量遠(yuǎn)超設(shè)計指標(biāo)，達(dá)到了58%～81%，巖石堅硬，原材料進(jìn)行骨料破碎車間的第一道關(guān)口顎式破碎機(jī)后，造成極大的機(jī)械磨損，襯板等損耗配件一周就必須更換一次。并且，該巖石中含有大量懸浮碳物質(zhì)，生產(chǎn)出的人工砂不能滿足混凝土拌制的質(zhì)量要求。對砂石骨料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)勢在必行。
為了解決砂板巖“硬”的問題，聯(lián)合體將顎式破碎機(jī)增至4臺，加強(qiáng)原材料進(jìn)廠第一道關(guān)口的生產(chǎn)能力；為了減少針片狀骨料的產(chǎn)量，提升小石和砂的質(zhì)量和數(shù)量，系統(tǒng)技改中在生產(chǎn)車間增設(shè)4臺圓錐破提升破碎效率同時對人工骨料進(jìn)行整形；在超細(xì)碎車間，為增加人工砂的生產(chǎn)能力，再次增設(shè)6臺立軸破對骨料進(jìn)行反復(fù)的研磨，極大地提升了人工砂的產(chǎn)量。大塊的原材料進(jìn)入骨料生產(chǎn)車間后，經(jīng)過鋼鐵的鍛打作業(yè)、波輪+滾桶式洗衣機(jī)般的破碎作業(yè)、棒磨作業(yè)等多級破碎、多向多角度多層次高速研磨整形，最終分流不同的料倉，通過系列摸索技術(shù)改進(jìn)有效解決了骨料生產(chǎn)“質(zhì)”和“量”的問題。
針對骨料生產(chǎn)中懸浮碳物質(zhì)含量超標(biāo)的難題，國內(nèi)罕見首次發(fā)現(xiàn)，成立QC課題小組進(jìn)行摸索研究，對洗砂機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，對生產(chǎn)出的人工砂加大用水量沖洗。由于懸浮碳物質(zhì)的密度輕于砂的密度，大量黑色像石油般粘膩的物質(zhì)懸浮于水的表面，課題人員在洗砂機(jī)的上層布置氣管，通過高壓氣管吹掉浮在表面的“油花”，有效解決了骨料“臟”的問題。
由于被吹走的“油花”中不可避免地含有大量細(xì)砂，為了提升人工砂的產(chǎn)量，課題人員變廢為寶，在集污池處設(shè)置輪斗式撈砂機(jī)，將“漏網(wǎng)之砂”再次撈回，努力讓珍貴的細(xì)砂顆粒歸倉。
經(jīng)過水洗的人工砂含有大量的水，聯(lián)合體的能工巧匠們?yōu)榱私档蜕暗暮?，研發(fā)了一種插管干擾式脫水裝置，該裝置獲國家實用新型專利授權(quán)，不僅有效解決了人工砂含水率的問題，該人工干擾式加速人工砂脫水施工工法更提升了兩河口電站的“智慧”品質(zhì)。
兩河口電站砂石骨料系統(tǒng)經(jīng)過四次技術(shù)改造，截止目前，已經(jīng)高質(zhì)量供應(yīng)了772.8萬噸成品骨料，用于大壩填筑和整個樞紐工程的混凝土澆筑，完美解決了砂板巖生產(chǎn)人工骨料“硬、臟、質(zhì)、量”的技術(shù)難題，填補(bǔ)了國內(nèi)砂板巖混凝土骨料加工系統(tǒng)工藝及設(shè)備選型的空白。
一套“組合拳”破解冬雨季大壩填筑技術(shù)難題
兩河口水電站地處高寒高拔地區(qū)，填筑規(guī)模巨大，必須進(jìn)行全年施工才能保持工程建設(shè)工期。聯(lián)合體建設(shè)者為了保證冬雨季大壩填筑施工質(zhì)量，研發(fā)了一套“組合拳”破解筑壩難題，有效提升了工程進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量。
兩河口電站所在地區(qū)每年的6月至10月為豐水期，降雨主要集中在7、8兩月，多年平均降水量為721.7毫米，雨季降水量為642.4毫米，占全年的89%。山區(qū)的降雨說來就來，為了應(yīng)對突發(fā)降雨，聯(lián)合體在料場和壩上設(shè)置了小型氣象站，結(jié)合衛(wèi)星云圖，提前預(yù)測降雨信息。在獲得降雨預(yù)警信息后，聯(lián)合體前后方建設(shè)者全部前往工地蓋一布一膜構(gòu)成的防雨布，蓋一次就要耗時兩三個小時。為了提高效率，聯(lián)合體技術(shù)人員改變施工工藝，在接到預(yù)警后將心墻用平碾快速進(jìn)行龜背形土層封閉，人工形成2%的坡比進(jìn)行自動排水，并在反濾料區(qū)左右岸方向每隔40米設(shè)置一道排水溝進(jìn)行排水。待雨停后，將表層土料鏟除，快速恢復(fù)填筑施工。
進(jìn)入冬季施工后，大壩填筑現(xiàn)場設(shè)置溫度傳感器、紅外線測溫儀，嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場環(huán)境溫度，避免負(fù)溫填筑施工，在作業(yè)時采取邊碾邊蓋、邊揭邊碾的工藝，保證土料填筑的溫度。與此同時，聯(lián)合體與旱寒所等專業(yè)科研機(jī)構(gòu)緊密合作，共同研究寒冷條件下的填筑施工工藝，開展多項工藝性試驗，對保溫板、保溫被等多項工藝進(jìn)行反復(fù)試驗。最終，聯(lián)合體在冬季施工中將三布兩膜保溫被更新為一布兩膜保溫被用于現(xiàn)場保溫，滿足現(xiàn)場土料保溫需求。
2016年以前的冬季，保溫被需要人工進(jìn)行鋪蓋，耗費(fèi)大量的人力資源，5000多平方米的土料填筑區(qū)覆蓋保溫被需要30人連續(xù)工作3個小時，才能完成揭蓋，工作效率極低。為了解放生產(chǎn)力，聯(lián)合體技術(shù)人員開始向科技要效率，2017年，聯(lián)合體技術(shù)人員先后研發(fā)出了兩代保溫被收放機(jī)投入工程應(yīng)用，獲得一項發(fā)明專利及兩項國家實用新型專利，保溫被收放自如高效快捷，不僅節(jié)省了大量人力，大面積覆蓋土工布進(jìn)行土料填筑保溫施工工藝在國內(nèi)外尚屬首次，而且實現(xiàn)了“凍土不上壩、凍土不碾壓、碾后不受凍”的工藝提升，有效保證了冬季施工溫控要求。
在兩河口工程建設(shè)中，科技創(chuàng)新成果碩果累累：一種便攜氣壓式注漿裝置、一種便攜氣壓式模板脫模劑刷涂裝置、一種干砌石砌筑控制裝置等55項依托工程建設(shè)研發(fā)的新型實用專利獲得國家授權(quán)；“兩豎三橫”干砌石護(hù)坡施工工法、人工干擾式加速人工砂脫水施工工法獲省部級工法；兩河口水電站心墻填筑分倉工藝研究、提高摻礫土料“平鋪立采”工藝參數(shù)下?lián)脚滟|(zhì)量合格率等20余項QC成果獲國家及省部級大獎。
今天，“建世界高壩，鑲藏區(qū)明珠”的圓夢之旅已近尾聲。這座300米級的“智能大壩”即將填筑到頂，首批機(jī)組已于2021年9月29日投產(chǎn)發(fā)電。它將成為雪域高原的一顆璀璨明珠投入運(yùn)行，年平均發(fā)電量相當(dāng)于每年減少燃煤消耗1330萬噸，減少二氧化碳排放2130萬噸，減少二氧化硫排放8萬噸、減少粉塵排放172噸，減少廢渣排放42萬噸，為“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)清潔能源，助力社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
新型智能無人碾壓機(jī)
多壩料多機(jī)型全天候智能碾壓機(jī)群作業(yè)
冬季施工覆蓋保溫被
保溫被收放機(jī)投入工程建設(shè)
心墻標(biāo)準(zhǔn)化填筑施工
兩河口砂石骨料系統(tǒng)遠(yuǎn)眺
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