“最薄”特高拱壩兼顧經(jīng)濟(jì)安全

烏東德水電站位于云南省昆明市祿勸縣和四川省涼山州會東縣交界，在陡峭的峽谷中，烏東德水電站工程大壩穩(wěn)穩(wěn)“鑲嵌”在兩岸峭壁之間。

三峽集團(tuán)烏東德工程建設(shè)部主任楊宗立介紹，烏東德水電站是金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩四座梯級電站的第一級，2015年12月全面開工建設(shè)，總投資約1200億元。該電站是“西電東送”的骨干電源和促進(jìn)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重大工程。

6月29日，烏東德水電站首批兩臺機(jī)組順利投產(chǎn)發(fā)電。7月11日和13日，烏東德水電站第三臺、第四臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。水電站全部12臺機(jī)組計(jì)劃于2021年7月前全部建成投產(chǎn)。

據(jù)介紹，烏東德大壩壩頂海拔高程為988米，最大壩高達(dá)270米，壩頂弧長326.95米，壩底厚度51.41米。拱壩的厚薄通常以壩底厚度和最大壩高之比，即厚高比來衡量。烏東德水電站大壩的厚高比為0.19，是目前世界上建成的最薄的300米級特高拱壩。

大壩擋水形成的水庫正常蓄水位為975米，對應(yīng)庫容58.63億立方米。薄薄的拱壩需要擋住庫水水體形成的809萬噸推力，這給設(shè)計(jì)和建設(shè)都帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。

拱壩通過向上游方向突出而呈拱形，將水的推力轉(zhuǎn)為對兩側(cè)河岸的壓力。烏東德大壩不但在水平方向上彎曲，垂直方向上也是彎曲的，這樣的壩型被稱為雙曲拱壩，可以大幅減少建材耗費(fèi)。為了應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，工程師們提出“靜力設(shè)計(jì)、動(dòng)力調(diào)整”的設(shè)計(jì)思想，在不考慮地震可能的靜力條件下選出基本體形，再根據(jù)地震動(dòng)力條件開展優(yōu)化。最終混凝土量僅增加3.1%，大壩設(shè)計(jì)地震最大拉應(yīng)力降低達(dá)32%，有效兼顧了經(jīng)濟(jì)和安全。

打破大體積混凝土“無壩不裂”魔咒

烏東德水電站大壩被譽(yù)為世界上最“聰明”的大壩。建造過程中使用了許多原創(chuàng)性的新技術(shù)，其中包括全生命周期應(yīng)用大壩智能建造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“在線采集、后臺處理、智能操作、預(yù)警控制”的智能生產(chǎn)管控，展示了中國筑壩技術(shù)智能建造的最高水準(zhǔn)。

對大壩建設(shè)而言，預(yù)防裂縫是重中之重。裂縫不但會破壞大壩結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時(shí)還可能會漏水甚至導(dǎo)致大壩潰決。越薄的大壩，裂縫潛在危害就越大。混凝土在澆筑硬化過程中，一般會產(chǎn)生大量的熱量。由于不同位置溫度不同，熱脹冷縮的程度不同，就很容易形成裂縫。加之烏東德水電站所在的干熱河谷大風(fēng)頻繁、日照強(qiáng)烈，混凝土溫控防裂更是難上加難。

為了解決混凝土溫控防裂這一世界級難題，烏東德大壩采用了低熱水泥。低熱水泥發(fā)熱量低，能顯著降低混凝土最高溫度，有效防止大壩溫度裂縫發(fā)生。這也是世界范圍內(nèi)第一次全壩采用低熱水泥混凝土來建設(shè)300米級特高拱壩。通過采用智能建造技術(shù)，全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)混凝土施工過程管控智能化，有效防止裂縫產(chǎn)生，確保大壩混凝土施工優(yōu)質(zhì)高效。

“烏東德水電站大壩建設(shè)代表著中國筑壩技術(shù)的先進(jìn)水平，全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土開創(chuàng)世界先河，智能通水、智能灌漿、智能噴霧等一批自主創(chuàng)新的智能化成果實(shí)施應(yīng)用，有效地促進(jìn)了特高拱壩優(yōu)質(zhì)高效均衡快速上升，實(shí)現(xiàn)了大壩工程安全優(yōu)質(zhì)高效建設(shè)和全生命期價(jià)值創(chuàng)造的目標(biāo)。”烏東德工程建設(shè)部技術(shù)部工程師劉科介紹。

自2017年3月16日開工澆筑，烏東德水電站大壩混凝土澆筑歷時(shí)3年零3個(gè)月，澆筑總量270余萬立方米，創(chuàng)下單個(gè)壩段年上升高度122米的行業(yè)最高紀(jì)錄，未出現(xiàn)一條裂縫，打破了過去大體積混凝土“無壩不裂”的魔咒。

近30層樓高主廠房破世界紀(jì)錄

為了容納水電站主要發(fā)電設(shè)備——水輪發(fā)電機(jī)組，施工人員在山體中開挖了長333米、寬32.5米、高89.8米的巨大主廠房。光是高度就相當(dāng)于近30層的高樓，這一高度打破了地下電站主廠房開挖高度的世界紀(jì)錄。

烏東德水電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼具防洪、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、改善航運(yùn)等綜合效益。作為“西電東送”戰(zhàn)略的骨干電源，水電站共安裝12臺單機(jī)容量85萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1020萬千瓦。

烏東德工程建設(shè)部介紹，水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到85萬千瓦，這是全球首例，僅次于正在建設(shè)中的白鶴灘水電站的100萬千瓦。理論上，如果滿負(fù)荷運(yùn)行，一臺機(jī)組就能滿足大約1000萬居民的生活用電所需。烏東德水電站平均年發(fā)電量預(yù)計(jì)為389.1億千瓦時(shí)，差不多相當(dāng)于北京全社會年用電量的三分之一。每年能夠節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1220萬噸，相當(dāng)于24.4個(gè)年產(chǎn)50萬噸的中型煤礦的產(chǎn)量;減少二氧化碳排放3050萬噸、二氧化硫排放量10.4萬噸，相當(dāng)于種植8.5萬公頃的闊葉林。

烏東德水電站12臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電后，將成為南方電網(wǎng)供電范圍內(nèi)調(diào)管的最大水電站，產(chǎn)生的巨大電流將源源不斷地輸送到粵港澳大灣區(qū)，為大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展提供綠色能源保障。