白鶴灘水電站泄洪洞鏡面混凝土背后關(guān)鍵技術(shù)

 在四川省寧南縣和云南省巧家縣交匯處的金沙江下游河道上，一座日益增高的世界級巨型拱壩立于其間，與兩岸群山相映。在大壩左岸的地下洞室里，藏著三座名為泄洪洞的水工建筑物。

白鶴灘工程建設(shè)者堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)，用“體型精準(zhǔn)、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷”的精品混凝土質(zhì)量回應(yīng)挑戰(zhàn)。如今，泄洪洞已澆完的混凝土平整光滑，看不到一點(diǎn)瑕疵，過水養(yǎng)護(hù)后甚至呈現(xiàn)出鏡面效果。

用于龍落尾底板施工的創(chuàng)新裝備，已經(jīng)澆筑完成的部位呈現(xiàn)出“鏡面”效果。

鏡面混凝土背后，是白鶴灘工程建設(shè)者為國內(nèi)水電工程裝備和施工工藝帶來的重大革新。

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關(guān)鍵詞一：智能溫控

解碼關(guān)鍵點(diǎn)：攻克大斷面襯砌混凝土“無襯不裂”世界性難題，實(shí)現(xiàn)襯砌零溫度性裂縫。

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混凝土施工中素來有“無襯不裂”的說法，大斷面襯砌混凝土出現(xiàn)溫度性裂縫的現(xiàn)象屢見不鮮。對泄洪洞來說，因?yàn)樾璩惺芨咚偎鞯臎_刷，電站運(yùn)行期間泄洪洞是最容易出現(xiàn)混凝土破壞的部位。

“泄洪洞流道較長，在高速水流作用下，對其抗沖磨、防空蝕性能要求極高。”白鶴灘水電站泄洪洞項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王孝海告訴記者，“確保混凝土無缺陷是保證運(yùn)行期安全的基礎(chǔ)。”

全面精品工程是白鶴灘水電站的建設(shè)目標(biāo)，泄洪洞施工團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目初期就提出“體型精準(zhǔn)、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷”的目標(biāo)，但是所有人都明白，這不是輕而易舉就能實(shí)現(xiàn)的。

為此，泄洪洞施工團(tuán)隊(duì)啟動對薄壁襯砌混凝土致裂機(jī)理的研究，通過分析得出結(jié)論，襯砌混凝土產(chǎn)生干縮和溫度裂縫受混凝土內(nèi)部溫度場、外部溫度場、基巖溫度場的“溫度三場”影響較大。

找到了癥結(jié)，就能對癥下藥，泄洪洞施工團(tuán)隊(duì)很快便鎖定了溫控的這一劑“良藥”——智能溫控。

薄壁結(jié)構(gòu)襯砌混凝土梯度控溫理論示意圖

薄壁結(jié)構(gòu)襯砌混凝土智能溫控技術(shù)示意圖

在泄洪洞混凝土施工過程中，施工團(tuán)隊(duì)科學(xué)定量地布置光纖測溫儀器，精密的儀器就好比混凝土的神經(jīng)末梢，能準(zhǔn)確感知溫度，為優(yōu)化調(diào)整溫控提供依據(jù)。

有了神經(jīng)末梢，當(dāng)然還要賦予混凝土一顆聰明的“大腦”——反饋及處理系統(tǒng)。“大腦”收集到溫度信息后，結(jié)合混凝土溫控模型進(jìn)行分析，自動采取通水等溫控措施，避免人工通水溫控不力的問題。

在智能溫控的幫助下，白鶴灘水電站泄洪洞實(shí)現(xiàn)了施工期零溫度裂縫，智能方案的成功運(yùn)用也讓大斷面襯砌混凝土“無襯不裂”這一世界性難題從此成為過去時。

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關(guān)鍵詞二：低坍落度混凝土

解碼關(guān)鍵點(diǎn)：首次實(shí)現(xiàn)高流速流道全過流面澆筑低坍落度混凝土，填補(bǔ)國內(nèi)外的技術(shù)空白。

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在水電站泄洪洞施工中最常使用的混凝土是泵送混凝土，考慮到封閉狹窄的施工環(huán)境和施工裝備的限制，泵送混凝土澆筑比較方便，但常態(tài)混凝土溫控防裂、體型控制更容易掌控，抗沖磨性能也更好，高流速泄洪洞全過流面澆筑常態(tài)混凝土一直是國內(nèi)水電行業(yè)從業(yè)人員的夢想。

“就是因?yàn)槌B(tài)混凝土有這么多的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)有很多類似的工程在這方面進(jìn)行了探索，但受限于洞室空間相對封閉、結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜、常規(guī)設(shè)備難以利用等問題，相關(guān)探索一直止步不前，沒能真正實(shí)現(xiàn)。”回想行業(yè)探索常態(tài)混凝土的歷史，王孝海感慨萬千。

談到白鶴灘水電站泄洪洞的常態(tài)混凝土運(yùn)用，就不得不提龍落尾段邊墻的施工。龍落尾段體型復(fù)雜，最大坡度23°，加上施工通道極其有限，想要實(shí)現(xiàn)常態(tài)混凝土可謂難上加難。

為了達(dá)到精品工程的高標(biāo)準(zhǔn)，常態(tài)混凝土無疑是最好的選擇。一邊是困擾水電人多年的行業(yè)難題，一邊是絲毫不能打折扣的精品標(biāo)準(zhǔn)，泄洪洞施工團(tuán)隊(duì)中的黨員率先站了出來，對大坡度環(huán)境下常態(tài)混凝土運(yùn)輸展開專題研究，自主設(shè)計(jì)研發(fā)了大坡度重載自動化運(yùn)料系統(tǒng)。

高邊墻低坍落度混凝土上料系統(tǒng)

“有了這套系統(tǒng)，我們只需要按下一個按鈕就能將裝有常態(tài)混凝土的運(yùn)料小車從下料平臺運(yùn)往鋼模臺車。”作業(yè)人員對記者說，“這套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一鍵啟動、全程自動控制，并配備四套安全控制裝置，保證了常態(tài)混凝土運(yùn)輸效率和質(zhì)量，也確保了運(yùn)輸過程的安全。”

2018年11月底，龍落尾邊墻澆筑正式啟動，距離全過流面澆筑常態(tài)混凝土只剩最后一塊硬骨頭——龍落尾底板澆筑。

龍落尾大坡度重載上料系統(tǒng)  攝影：謝雷

起初，王孝海創(chuàng)新工作室團(tuán)隊(duì)與一些專業(yè)廠家根據(jù)現(xiàn)場施工需求，合作研制了龍落尾滑框翻模設(shè)備，但設(shè)備在現(xiàn)場的試驗(yàn)結(jié)果并不理想。工作室與廠家在該設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)，但試驗(yàn)結(jié)果依舊不盡人意。

一次次的失敗消磨了廠家的耐心。“由于要求極高，施工環(huán)境極其復(fù)雜，施工難度極大，專業(yè)廠家都望而卻步了，花錢也請不來人。”王孝海回憶說。

在這樣的情況下，參建各方?jīng)]有退縮，索性依靠自身力量繼續(xù)研究。“我們調(diào)整了思路，將原滑框翻模調(diào)整為‘皮帶供料+滑框布料+翻模循環(huán)施工’。”王孝海說，“試驗(yàn)結(jié)果來看，我們方向走對了。”

新設(shè)備試驗(yàn)情況讓業(yè)主、施工、監(jiān)理等各方參建者看到了曙光。經(jīng)過不斷優(yōu)化，大坡度曲面底板常態(tài)混凝土施工裝備終于誕生，龍落尾底板澆筑得以順利啟動。

龍落尾段澆筑形象  

龍落尾底板的開澆，標(biāo)志著水電行業(yè)一直以來未能在高流速泄洪洞全過流面澆筑常態(tài)混凝土的遺憾不復(fù)存在，填補(bǔ)了世界水電建設(shè)的技術(shù)空白。應(yīng)用情況表明，白鶴灘水電站泄洪洞項(xiàng)目自行研制的成套常態(tài)混凝土施工裝備安全、高效，較常規(guī)施工效率提高約20%。

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關(guān)鍵詞三：標(biāo)準(zhǔn)化工藝

解碼關(guān)鍵點(diǎn)：創(chuàng)建水工隧洞鏡面混凝土施工成套工法及管理體系，徹底解決襯砌混凝土質(zhì)量頑疾。

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白鶴灘水電站泄洪洞內(nèi)常有這樣的景象，前來調(diào)研的專家駐足在邊墻旁邊，不停地拿著手機(jī)或相機(jī)拍照。即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)專家，也絲毫不吝惜對鏡面混凝土的贊美。

上平段鏡面混凝土效果

由張楚漢等多名院士組成的評價委員會曾評價白鶴灘水電站泄洪洞“成果總體達(dá)到了國際領(lǐng)先水平”。國家能源局可再生能源發(fā)電工程質(zhì)量監(jiān)督站更是評價為“實(shí)現(xiàn)了水工隧洞混凝土無缺陷建造”。

常和混凝土打交道的人知道，要讓混凝土平整光滑，看不到一點(diǎn)瑕疵，離不開精細(xì)、規(guī)范的人工操作?，F(xiàn)場工人在接受采訪時都說，白鶴灘水電站泄洪洞施工中的每一道工序，都有嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。

以保護(hù)混凝土底板施工縫棱角工序?yàn)槔，F(xiàn)場管理人員告訴記者，施工縫經(jīng)處理后形成90°直角，不加保護(hù)，人員走動時極易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，留下質(zhì)量缺陷。針對這一點(diǎn)，泄洪洞施工團(tuán)隊(duì)在梳理方案時把相應(yīng)的保護(hù)措施考慮在內(nèi)，還做了專用的保護(hù)工具，形成施工規(guī)范。

這樣細(xì)致的規(guī)范在泄洪洞工程中還有很多，無不體現(xiàn)著建設(shè)者們對精品工程質(zhì)量的不懈追求。

“我們對混凝土施工中的每一個細(xì)節(jié)都下足了功夫。”王孝海說，“每一道工藝要如何保證質(zhì)量、有哪些環(huán)節(jié)可能影響質(zhì)量，都被我們梳理得清清楚楚。”

從泄洪洞第一倉混凝土澆筑起，施工團(tuán)隊(duì)就堅(jiān)持精準(zhǔn)析源、精明施策、精心組織、精確控制、精益施工的“五精”管理方法，如今已總結(jié)出既能滿足作業(yè)環(huán)境，又能達(dá)到質(zhì)量要求的泄洪洞常態(tài)混凝土澆筑工藝工法，發(fā)明了“施工縫零缺陷施工工藝”、“底板五步法收面工藝”等一系列創(chuàng)新型施工工藝。

“五精”管理法

“我們形成的精細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)工藝工法，已經(jīng)深入到包括民技工在內(nèi)的每個參建者頭腦中，這是白鶴灘水電人的集體智慧，混凝土體型較設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)提高50%，平均不平整度小于2毫米，全部都能呈現(xiàn)鏡面效果。”王孝海說。

混凝土 常態(tài) 白鶴

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