“超級工程”白鶴灘水電站靠什麼“內外兼修”

圖為白鶴灘水電站樞紐布置圖。（圖片由受訪者提供）

8月3日，歷時十多年的勘測設計、試驗研究和6年多籌備，裝機規模全球第二大、在建規模全球第一大水電站——白鶴灘水電站主體工程全面建設。

雖有三峽大壩這位世界第一的“老大哥”在前，但作為千萬千瓦級的巨型水電站，白鶴灘還是有諸多“過人之處”：在建裝機容量、單機容量、300米級高壩抗震參數、地下洞室群規模、無壓泄洪洞包括調壓井的規模、300米拱壩全壩採用低熱水泥混凝土等，均排名全球第一。

“白鶴灘水電站是當今世界在建的綜合技術難度最大的水電工程，施工難度挑戰前所未有。”中國三峽集團董事長盧純認為。

集世界水電高精尖技術於一體，“超級工程”白鶴灘水電站創新和智能究竟體現在哪兒？科技日報記者奔赴大壩施工現場，為您一一揭秘。

“身體”強健：抗震級別高 抗裂能力強

3日，金沙江干流下游河段，艷陽高照。在白鶴灘18號壩段，一個個黃色吊罐將攪拌好的混凝土從高空送至倉內，建筑工人們正在忙碌地澆筑混凝土。

在這裡，最常被提及的一個指標，就是溫度。全壩31個壩段，每一倉混凝土都埋設有數支溫度計和冷卻水管，澆筑好的混凝土鋪著“保溫被”，現場還有降溫噴霧器隨時待命。

混凝土有水化熱，澆筑入倉后體積膨脹，遇寒又會收縮，熱脹冷縮后，致使大壩產生溫度裂縫，因此有“無壩不裂”的說法。白鶴灘全壩使用低熱水泥混凝土，這在世界上還是第一次。

“美國的胡佛大壩雖使用低熱水泥，但其佔比隻有40%左右。”對低熱水泥混凝土研究十余年的長江三峽技術經濟發展有限公司執行董事、黨委書記李文偉告訴科技日報記者，為了從源頭上解決大壩的溫度裂縫問題，三峽工程應用了中熱水泥，白鶴灘大壩將全面採用低熱水泥，其水化熱比中熱水泥低15%，后期強度性能優於中熱水泥，並能減少后期冷卻手段，以降低成本，“隻要措施得當，大壩將不會產生溫度裂縫”。

“目前大壩主體已澆筑了16萬立方米，各個階段的混凝土溫度均低於設計要求2—3攝氏度，施工效果很好，其性能也滿足設計要求。”大壩項目部副主任郭增光說。

白鶴灘水電站最大壩高289米，所承受的總水推力達到1650萬噸，它也是國內壩址地形地質條件最為復雜的高拱壩工程之一。其壩址烈度參數為8度，在高拱壩中防震級別最高。

“白鶴灘水電站有一個獨特的地質現象，那就是玄武岩柱狀節理。”中科院院士陳祖煜介紹，它是發育玄武岩中的一種原生張性破裂結構。“從形狀上看就像麥當勞的薯條一樣，開挖后則容易產生鬆弛、崩落等現象。”陳祖煜說，在國內外工程中，柱狀節理玄武岩偶有碰到，但分布位置未涉及主體建筑物，因而對其特性的研究甚少。

陳祖煜說，白鶴灘是國內首個利用柱狀節理玄武岩作為壩基的高拱壩工程，科研人員首次系統和深入地開展了柱狀節理玄武岩工程特性研究並掌握了其處理措施。該工程選擇微新柱狀節理玄武岩作為建基面，對開挖表層岩體預留保護層、預錨、強化灌漿等處理。

“白鶴灘所處的地形左高右低，我們還進行了拱壩不對稱性結構設計。”李文偉說，柱狀節理玄武岩出露部位設置混凝土擴大基礎以有效降低壩趾壓應力水平，確保大壩“腳下有根”、受力均勻，“也算是給大壩修整體形了”。

“頭腦”聰明：頭痛腦熱 自行體檢自開藥方

大塊頭有大智慧。白鶴灘水電站還是個聰明的大壩，有著智慧的頭腦，能實現“智能建造”。像李文偉這樣的工作人員手機上，都有一個名叫“白鶴灘智能通水2.0溫控平台”APP。

李文偉介紹，這個由清華大學和三峽集團共同研制的智能通水成套裝備和移動實時軟件平台，通過在新澆筑混凝土壩塊和水管中安裝數字溫度傳感器，實時測量混凝土溫度和進出水溫。點開手機，工程進度和各種參數盡在掌握。在冷卻水管中還安裝溫度、流量、開度和一體流溫集成控制裝置，因此還可以實現動態智能控制。

“大壩埋設了成千上萬的傳感器，我們利用數字技術進行大壩全生命周期工作性態監控。生產施工數據都會被採集和分析，從而實現了施工質量全過程的在線實時監控和預報、預警及智能控制，可以根據實際情況調整施工方案，即做到‘全面感知、真實分析、實時控制’。”白鶴灘工程建設部副主任陳文夫打了個形象的比方，就像一個人頭痛腦熱，不用大夫，靠自己就能夠採集血液等進行體檢，然后開出應對處方。

智能設計無處不在。在白鶴灘泄洪洞，科技日報記者看見已經澆筑好的混凝土表面緩緩流淌著細水，這是在進行混凝土養護，它也是通過“智能養護控制櫃”實現的。參數設計好后，通過編程，系統自動控制調節養護水管的啟動開關，實現自動養護。

溪洛渡大壩被稱為“智能大壩”，白鶴灘則是在溪洛渡大壩基礎上智能全面升級的2.0版。“‘智能建造’將貫穿整個工程的全生命建設周期，其深度和廣度都有提升，白鶴灘將更‘聰明’。”李文偉說。

超級容量：引領世界水電進入“百萬單機時代”

在白鶴灘水電站眾多工程技術指標中，“百萬機組”格外引人注目。在左右岸電站廠房內將各自布置8台百萬千瓦的“超級機組”。

“經過三峽工程等一系列重點工程建設，中國水電裝備的設計制造能力得到飛速發展。目前，向家壩和溪洛渡水電站都採用了技術已經成熟的70萬千瓦級巨型水輪機組。這是目前全世界單機容量最大的機組群，然而，還有一個高點等待人們去征服，那就是‘百萬機組’。它就像是水電行業的珠穆朗瑪峰，大家都想上去看一看。”在談到採用“百萬機組”的初衷時，三峽集團副總經理樊啟祥打了這樣一個比方。

“從三峽到金沙江，從30萬千瓦到70萬千瓦，再到100萬千瓦，中國水電裝備設計制造實現了兩次大的跨越。在三峽，我們走的是‘引進、消化吸收、再創新’的路子﹔而在白鶴灘，我們實現了完全自主創新。”樊啟祥說。

在金沙江下游四個水電梯級電站中，烏東德、溪洛渡、向家壩的水輪發電機組均有外資公司參與設計制造，而白鶴灘將成為國內首個純國產機組的大型水電站。100萬千瓦水電機組也將是世界上最大容量的高端產品，超出現有技術水平和規范，世界范圍內都無現成經驗可借鑒。

“百萬機組”不是一蹴而就，為創新而創新。三峽集團在重大裝備科研、設計和制造、安裝和運行鏈條中分層次有步驟地穩步推進國產化，已在機組設備，在高壓電氣設備、輔助設備乃至基礎材料上取得了重要成果，特別是白鶴灘電站已成功研制800Mpa級高強蝸殼鋼板、750Mpa級磁軛鋼板。

國際大壩委員會榮譽主席賈金生表示，從三峽到向家壩電站，再到白鶴灘，增加的不僅是容量，更需要高精尖的技術作支撐。“這足已証明中國不僅在建壩規模上領先世界，技術制造也已進入引領的階段。”

參與白鶴灘關鍵技術咨詢的中國工程院院士鄭守仁指出，借鑒了二灘、小灣、錦屏一級、溪洛渡等工程的經驗，白鶴灘水電站的大量關鍵技術問題已經得到解決。沒有制約工程建設的因素。“它將成為世界水電發展過程中裡程碑式的水電工程。”

根據規劃，白鶴灘水電站大壩將於2021年5月下閘蓄水，同年首批機組投產發電，全部機組將於2022年底建成投產。屆時，16台“超級機組”將世界水電帶入“百萬單機時代”。（記者 陳磊 付麗麗）