科技为阶 更上层楼

——乌东德水电站科技创新工作回顾

　　6月11日，乌东德水电站大坝工程全线贯通，首批机组进入投产发电倒计时。

　　作为金沙江下游河段乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四个水电梯级中的最上游梯级,乌东德水电站创下了大坝单位坝顶弧长泄量世界第一、地下厂房高度世界第一、导流洞开挖断面世界第一等多项世界纪录。这些“高光数据”的背后，却是建设条件复杂艰巨的现状、建设规模与难度无先例的挑战。

　　攀登世界水电高峰，向科技要答案。乌东德工程建设者们将科技创新运用于工程规划、设计、施工等各环节，形成了筑坝的强劲动力。

数千只“温度计”打造恒温大坝

　　乌东德大坝最大坝高270米，平均厚度40米，厚高比仅为0.19，是目前世界上最薄的300米级双曲拱坝，也是世界首座全坝应用低热水泥混凝土浇筑的特高拱坝。

　　大坝所在的金沙江干热河谷，大风频发，日照强烈，昼夜温差大。坝体受温度不均影响，极易产生裂缝。

　　高坝大库的建设质量和安全事关国计民生，业界以往有“无坝不裂”之说。但打造“无缝大坝”，是乌东德水电站工程的硬核目标。要实现“无缝”，首先要在混凝土上“下功夫”。

　　混凝土中的低热水泥堪称大坝的“退烧药”——发热量低，能显著降低混凝土最高温度，有助于防止大坝温度裂缝的产生。早在三峡工程建设期间，三峡集团就开始了低热水泥的研究与实践，并在乌东德水电站大坝建设中首次实现全坝应用。

　　追求材料创新的同时，乌东德水电站也在“智能建造”方面更进一步。

　　在乌东德智能通水系统中，数千支监测仪器埋设入坝体。这些仪器如同一支支敏感的“体温计”，时刻记录并反馈坝体温度。当系统检测到坝体部分过热时，预埋在大坝中的管道便会对发热部位进行通水冷却。通过分析判断，改变水管中的流量和水温，系统可实现坝体温度“微调”。

　　除了坝体，周围山体也在建设者“严密监视”范围内。山体裂缝会影响水库蓄水，而且万一渗漏，也会对大坝安全产生影响。为此，建设者需要将水泥浆灌入山体裂隙，使岩石缝隙之间、大坝和山体之间“无缝可钻”。

　　为了提高灌浆质量，三峡集团历时两年研发出全自动控制智能灌浆系统，并在乌东德工程首次应用。系统可实现自动加水、加浆、配浆。“整个过程就像操作家里的自动洗衣机一样简单。”三峡集团乌东德工程建设部大坝项目部黄伟说。

　　施工区内，信息技术和传统大坝建设接口正在打通：得益于乌东德iDam2.0拱坝智能建造系统技术，一个共享、协同、交互的智能大坝业务管理平台已然形成。在这个平台上，智能振捣、智能通水、智能喷雾等技术协同发力，保障施工顺利、稳定。

　　据乌东德工程建设部大坝项目部杨宁介绍，“黑科技”造大坝已然渗透到工作的方方面面：“乌东德工程首次将红外视频监控技术与人工智能相结合，应用于大坝混凝土浇筑全过程，有效提升了施工质量精细化控制程度。”

“豆腐块”里建“地下宫殿”

　　乌东德地下电站厂房靠河床侧布置于左右两岸山体中，主厂房开挖最大宽度32.5米，高度89.8米，相当于30层楼，是目前世界最高的地下电站主厂房。

　　在长江勘测规划设计研究院副总工程师、乌东德项目设计总工程师翁永红看来，地下厂房建设如同“在豆腐块里施工”。

　　确保安全，是工程建设的重中之重、难中之难。

　　在地下厂房的开挖中，建设者们及时采取针对性措施，如浅层及深层加固处理等办法，避免下挖后引发的山体变形等问题对工程进度产生影响；同时创新“小洞进大洞、先洞后墙、锚索深层加固”施工方案，确保山体受力平衡，同时进行填缝灌浆，增强岩体整体性，从而抑制变形增长，有效保障了施工安全。

　　由于施工影响，地下厂房四周的岩体状态、应力实时变动。为了掌握相关情况，“高边墙开挖动态实时反馈分析系统”派上大用场。它可以进行三维设计，并根据安全监测数据进行实时计算,不放过四周岩体的任何“小缺陷”、“小动作”。

　　同时，人员设备定位系统还能帮助管理人员实时看到混凝土运输车、振捣棒、缆机等设备的位置，助力优化施工方案；人脸识别技术应用在工程的重要部位，代替传统的工号牌。

　　“很多新技术的应用，已颠覆了传统，这样的变化是革命性的。”乌东德工程建设部技术管理部刘科说。

　　创新，不仅仅在技术，也在管理。

　　为及时了解掌握施工和运行期间大型洞室围岩应力、应变情况，乌东德水电站建立了“监控、量测、分析、反馈”系统以及“一般情况周报制、特殊情况日报制”等制度，从流程上保障了施工安全。

向巨型水轮发电机组“无人区”挺进

　　乌东德85万千瓦机组，堪称世界水电的“无人区”。

　　2006年起，长江勘测规划设计研究有限责任公司牵头开展乌东德、白鹤滩电站巨型水轮发电机组创新研究工作。在施工设计阶段，设计机电埋件和施工安装图17000余万张，校审厂家计算书和图纸约近3000份。

　　在水轮发电机组这个环环相扣的力学传动系统中，最重要的部分是转轮。它是将水流动能转化为电能的主要运动装置。

　　可以说，转轮直接关系着机组的稳定性和能量转化的效能，是机组中研发难度最大、制造难题最多，也是最为精密的部分。

　　为此，三峡集团组织国内外厂家开展乌东德水轮发电机组整体升级设计。通过十几年的潜心研究，上百次仿真计算、模拟、实验、优化，乌东德水轮机转轮在保障高效率的同时，更是在核心参数方面全面提升。

　　为保障机组运行稳定，机组的重要部件材料需要进行整体“升级”——有的要更轻、更薄，有的要更硬、更韧，以保证相应部位具备足够的抗压、抗撕裂的性能。

　　为保障高水头下的抗压性能与成本控制，水轮机蜗壳首次大规模采用800兆帕高强钢。这种钢材通常用于起重机械的建造，比之溪洛渡、向家坝水电站所选用的600兆帕高强钢，乌东德水轮机蜗壳具有更大的屈服强度和抗拉强度，可以在保障高性能工作的同时，大大节省了蜗壳总重、焊条量和人力成本。

　　技术难点也同样突出——与普通钢板相比，800兆帕高强钢的焊接无先例可循。焊接技术团队花了一年多时间，攻克了一系列难题，掌握了高强钢焊接技术。

　　新材料、新工艺、新技术的背后，是三峡集团多年来与参与工程建设的国内外设计、制造、施工各方精诚合作，不断攻克关键技术、创新建设模式，带动中国水电装备制造水平日益成熟的实践。

　　从巍峨大坝到地下厂房，再到巨型水轮发电机组，世界见证着这座绿色能源基地的崛起，乌东德也见证着中国水电工程多年来的创新求索。

　　三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示：“乌东德水电站工程建设中，开展了一系列技术和管理创新，攻克了一项项世界级难题，在地下工程、坝工技术、装备制造等方面提升了中国乃至世界水电科技发展水平，展示了全球大型水电工程智能建造的‘中国智慧’。”（《中国三峡工程报》全媒体特约记者 王璐）