300米級超高土石壩工程，世界級技術(shù)難題亟待突破
在四川甘孜藏區(qū)，雅礱江干流和鮮水河匯合口下游2公里處，一座世界級的高土石壩——兩河口水電站大壩正在悄然崛起。
300米級超高土石壩、600米級超高邊坡群、高流速泄洪建筑物……兩河口水電站建設(shè)項目面臨世界級的技術(shù)難題。就國內(nèi)外類似工程建設(shè)來看，兩河口300米級的礫石土心墻堆石壩目前沒有成熟可借鑒的經(jīng)驗，而在深山峽谷地區(qū)，兩河口水電站大壩大方量、高強度的填筑對施工場地、交通道路、機械設(shè)備配置和施工組織管理都提出了很高的要求，這種難度在國內(nèi)外也是罕見的。
技術(shù)難題需要攻克，科技引領(lǐng)顯得尤為重要。讓我們走進兩河口，走進這座世界級高難度的土石壩，近距離感受土石壩建設(shè)的“魅”與“力”。
■欣憶
信息化之魅引領(lǐng)智慧大壩
10月31日，兩河口數(shù)字大壩系統(tǒng)前方指揮中心，數(shù)名工作人員盯著電腦屏幕上的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對講機傳遞著一道道指令：“5號位置碾壓度可以了，去6號位置碾壓”“8號摻拌正鏟還有一次摻拌次數(shù)沒完成，請繼續(xù)”……大屏幕上，兩河口大壩的實時施工進展面貌一覽無余，依托現(xiàn)代信息化技術(shù)，大壩工程的實施顯得尤為“智能化”。
這是兩河口水電站建設(shè)項目的一角，這一角卻是兩河口大壩建設(shè)的“科技一角”和“核心一角”。這里位于兩河口大壩右岸的壩頂平臺，指揮中心里占據(jù)一面墻壁大小的屏幕上，集合了包括灌漿監(jiān)控與分析系統(tǒng)、心墻料摻和工藝監(jiān)控系統(tǒng)、壩體堆石自動加水監(jiān)控系統(tǒng)、大壩填筑運輸與碾壓等11個子系統(tǒng)的信息體系，全過程實時監(jiān)控著大壩主體工程施工。
雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部員工王愛國說，這是雅礱江公司與天津大學合作研發(fā)的系統(tǒng)在兩河口工程的最新應(yīng)用。利用這套系統(tǒng)，可實現(xiàn)對大壩建設(shè)的建基面灌漿環(huán)節(jié)、礫石土料摻拌環(huán)節(jié)、上壩料運輸環(huán)節(jié)、上壩料壩外加水環(huán)節(jié)與壩體填筑碾壓等各個環(huán)節(jié)進行在線實時監(jiān)測與反饋控制。像摻拌系統(tǒng)中連續(xù)對物料摻拌3次（俗稱“抖三抖”）監(jiān)控的工藝、攤鋪碾壓系統(tǒng)將物料由事后壓實厚度的控制變?yōu)槭虑皵備伜穸鹊目刂频裙に?，都是業(yè)內(nèi)首次運用。
早在2012年，雅礱江公司就與天津大學展開合作，研究開發(fā)出了一種具有實時性、連續(xù)性、自動化、高精度等特點的心墻堆石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。依靠這一信息系統(tǒng)，兩河口水電站大壩建設(shè)工程在壩料開采、運輸、摻和、水量調(diào)節(jié)、攤鋪和碾壓全過程各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了實時監(jiān)控，使得能夠?qū)珊涌谒娬敬髩问┕みM行遠程、實時、動態(tài)監(jiān)控。
談起這套質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，王愛國贊嘆不已，他說這套系統(tǒng)依托地理信息系統(tǒng)、現(xiàn)代遙感及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，建立了動態(tài)精細化的可感知、可分析、可控制的智能化大壩建設(shè)與管理體系。也正是依托于這樣一些現(xiàn)代信息化技術(shù)，“科技大壩”或者可以稱之為“智慧大壩”的兩河口大壩將屹立在康巴大峽谷中。
技術(shù)之力讓土石壩不“土”
就土石壩建設(shè)而言，國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范僅適用于200米以內(nèi)的大壩，目前國內(nèi)已建成的250米及以上級別的土石壩只有一座（瀾滄江上的糯扎渡水電站大壩）。從國內(nèi)外水電行業(yè)來看，300米級別的，甚至250米以上的大壩都屈指可數(shù)。作為當?shù)夭牧蠅?，每一座土石壩都有著獨一無二的地形地質(zhì)、水文氣象、筑壩料源等外部環(huán)境制約條件，其工程難點也各不相同。“工程規(guī)模一旦變大之后，其建設(shè)難度就會由量變引起質(zhì)變，呈幾何級數(shù)方式增長。”雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局總工程師張貴科說。
在初期的電站預(yù)可研報告和可研報告中，對兩河口水電站大壩建設(shè)的壩型選擇進行了詳細論證，綜合考慮其運輸條件、地形地質(zhì)條件、當?shù)亟ㄖ牧咸匦?、當前水電筑壩技術(shù)水平及工程投資等邊界條件，最終選定礫石土心墻堆石壩。由于填筑物料為石料、黏土等材料，一般人眼里的土石壩“土氣”十足，與混凝土大壩相比，土石壩體型巨大，顯得粗獷豪放，給人以“科技含量不夠”的印象，但張貴科可不這么認為。
“土石壩不‘土’，土石壩也‘嬌’。”為什么土石壩不“土”呢？張貴科說，土石壩作為當?shù)夭牧蠅危鄬τ诨炷翂涡蛠碚f，其筑壩材料地方特色顯著，如兩河口工程土料場分散，土料成因和物理力學性能差異大，因此土料、石料的計算參數(shù)尚有很大不確定性，現(xiàn)有的各種定量計算分析手段還不能準確反映土石壩應(yīng)力、變形和滲透等復(fù)雜特性，很多關(guān)鍵技術(shù)問題還需要結(jié)合當?shù)夭牧闲再|(zhì)通過大型的現(xiàn)場試驗來解決。大壩筑壩材料研究作為工程關(guān)鍵技術(shù)問題，在預(yù)可研、可研、招標和施工圖階段聯(lián)合國內(nèi)主要知名科研院所、高校進行了大量的專項科研試驗、現(xiàn)場專項試驗及生產(chǎn)性試驗，取得了具有前沿性的科技成果，這些都使得土石壩工程科技含量十足。
說土石壩也“嬌”，是因為土石壩材料有著嚴格的級配、分區(qū)、物理力學性能和防滲性能等技術(shù)質(zhì)量指標要求。為保證高土石壩心墻與壩殼石料的變形協(xié)調(diào)，心墻土料須摻加礫石改善其物理力學性能，即使是天然含礫土料也往往因為其礫石含量在空間上分布不均勻而需進行摻和均勻后方能上壩填筑。另外，土料性能對低溫霜凍和含水量變化敏感，這給大壩冬季和雨季的施工進度和質(zhì)量控制帶來極大挑戰(zhàn)。“作為大壩生命線的防滲心墻土料，若在冬雨季施工時應(yīng)采取相應(yīng)的防雨、防凍、調(diào)整含水率等措施，要‘跟照顧小孩似的’去進行大壩心墻料的填筑施工。”從這個角度上講，土石壩顯得“嬌氣”。
科研之力保障工程穩(wěn)步建設(shè)
雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部施召云的一句話讓人印象深刻，“兩河口水電站作為國內(nèi)目前在建最高土石壩工程之一，存在諸多超過現(xiàn)行規(guī)范的重大關(guān)鍵技術(shù)問題。”為了保證工程目標順利實現(xiàn)，解決掉這些重大關(guān)鍵技術(shù)問題，兩河口水電站建設(shè)工程在科研試驗上下的工夫可以說是“頂級配置”。據(jù)雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局工程技術(shù)一部譚海濤介紹，兩河口水電站核準概算中僅專項科研試驗費用就超過2億元，目前已投入的專項科研試驗費用已超過6000萬元。
工程未開始，科研已先行。中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院兩河口項目常務(wù)副設(shè)計總工程師金偉介紹，為保障工程建設(shè)的穩(wěn)步推行，雅礱江公司與主體設(shè)計方和各科研院所開展了一系列技術(shù)問題專題研究。其中包括了高土石壩筑壩材料深化研究、大壩結(jié)構(gòu)分區(qū)和抗震研究、大型現(xiàn)場碾壓試驗研究、混凝土材料研究、300m級高土石過魚設(shè)施研究、超高土石壩安全監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究、泄洪消能與霧化區(qū)水力學模型試驗研究等。這些關(guān)鍵技術(shù)問題的研究，為工程設(shè)計、施工奠定了扎實的基礎(chǔ)，在水電站建設(shè)開始后，保障工程穩(wěn)步推進。
在兩河口工程建設(shè)中，科研帶來的技術(shù)創(chuàng)新讓人耳目一新。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，“數(shù)字雅礱江”的系統(tǒng)得以構(gòu)建。利用現(xiàn)代信息技術(shù)，在招標施工圖階段率先開展了樞紐工程三維設(shè)計及其應(yīng)用研究工作，實現(xiàn)了建設(shè)實體工程前先行建設(shè)了一個全壽命周期、全方位信息的虛擬工程模型。這為設(shè)計多專業(yè)協(xié)同、減小“錯漏碰缺”提供了平臺；通過三維虛擬漫游幫助參建各方直觀理解設(shè)計意圖；同時,虛擬工程模型集成了工程規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、運行管理等項目全壽命周期的信息，便于今后的檢查、維護和信息查找利用。這些研究探索工作為后續(xù)類似工程建設(shè)水電工程建設(shè)管理開拓了思路，提供了借鑒。
科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，數(shù)字兩河口工程技術(shù)實現(xiàn)了“智慧大壩”的施工管理，兩河口水電站世界級高度土石壩科技含金量十足，充足的科研資本投入和多年來扎實的科研試驗成果為工程建設(shè)保駕護航，因而，兩河口水電站工程有了無與倫比的“魅”與“力”，在甘孜藏區(qū)腹地的雅礱江畔閃耀著現(xiàn)代水電建設(shè)的科技之光。
