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，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……兩河口水電站建設項目面臨世界級的技術(shù)難題。就國內外類(lèi)似工程建設來(lái)看，兩河口300米級的礫石土心墻堆石壩目前沒(méi)有成熟可借鑒的經(jīng)驗，而在深山峽谷地區，兩河口水電站大壩大方量、高強度的填筑對施工場(chǎng)地、交通道路、機械設備配置和施工組織管理都提出了很高的要求，這種難度在國內外也是罕見(jiàn)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(jìn)兩河口，走進(jìn)這座世界級高難度的土石壩，近距離感受土石壩建設的“魅”與“力”。
■欣憶
信息化之魅引領(lǐng)智慧大壩
10月31日，兩河口數字大壩系統前方指揮中心，數名工作人員盯著(zhù)電腦屏幕上的監測數據，通過(guò)對講機傳遞著(zhù)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沒(méi)完成，請繼續”……大屏幕上，兩河口大壩的實(shí)時(shí)施工進(jìn)展面貌一覽無(wú)余，依托現代信息化技術(shù)，大壩工程的實(shí)施顯得尤為“智能化”。
這是兩河口水電站建設項目的一角，這一角卻是兩河口大壩建設的“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，指揮中心里占據一面墻壁大小的屏幕上，集合了包括灌漿監控與分析系統、心墻料摻和工藝監控系統、壩體堆石自動(dòng)加水監控系統、大壩填筑運輸與碾壓等11個(gè)子系統的信息體系，全過(guò)程實(shí)時(shí)監控著(zhù)大壩主體工程施工。
雅礱江公司兩河口建設管理局工程技術(shù)一部員工王愛(ài)國說(shuō)，這是雅礱江公司與天津大學(xué)合作研發(fā)的系統在兩河口工程的最新應用。利用這套系統，可實(shí)現對大壩建設的建基面灌漿環(huán)節、礫石土料摻拌環(huán)節、上壩料運輸環(huán)節、上壩料壩外加水環(huán)節與壩體填筑碾壓等各個(gè)環(huán)節進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測與反饋控制。像摻拌系統中連續對物料摻拌3次（俗稱(chēng)“抖三抖”）監控的工藝、攤鋪碾壓系統將物料由事后壓實(shí)厚度的控制變?yōu)槭虑皵備伜穸鹊目刂频裙に?，都是業(yè)內首次運用。
早在2012年，雅礱江公司就與天津大學(xué)展開(kāi)合作，研究開(kāi)發(fā)出了一種具有實(shí)時(shí)性、連續性、自動(dòng)化、高精度等特點(diǎn)的心墻堆石壩施工質(zhì)量監控系統。依靠這一信息系統，兩河口水電站大壩建設工程在壩料開(kāi)采、運輸、摻和、水量調節、攤鋪和碾壓全過(guò)程各環(huán)節均實(shí)現了實(shí)時(shí)監控，使得能夠對兩河口水電站大壩施工進(jìn)行遠程、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監控。
談起這套質(zhì)量監控系統，王愛(ài)國贊嘆不已，他說(shuō)這套系統依托地理信息系統、現代遙感及網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數據等信息技術(shù)手段，建立了動(dòng)態(tài)精細化的可感知、可分析、可控制的智能化大壩建設與管理體系。也正是依托于這樣一些現代信息化技術(shù)，“科技大壩”或者可以稱(chēng)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”
就土石壩建設而言，國內現行規范僅適用于200米以?xún)鹊拇髩?，目前國內已建成?50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）。從國內外水電行業(yè)來(lái)看，300米級別的，甚至250米以上的大壩都屈指可數。作為當地材料壩，每一座土石壩都有著(zhù)獨一無(wú)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(diǎn)也各不相同。“工程規模一旦變大之后，其建設難度就會(huì )由量變引起質(zhì)變，呈幾何級數方式增長(cháng)。”雅礱江公司兩河口建設管理局總工程師張貴科說(shuō)。
在初期的電站預可研報告和可研報告中，對兩河口水電站大壩建設的壩型選擇進(jìn)行了詳細論證，綜合考慮其運輸條件、地形地質(zhì)條件、當地建筑材料特性、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(shuō)，土石壩作為當地材料壩，相對于混凝土壩型來(lái)說(shuō)，其筑壩材料地方特色顯著(zhù)，如兩河口工程土料場(chǎng)分散，土料成因和物理力學(xué)性能差異大，因此土料、石料的計算參數尚有很大不確定性，現有的各種定量計算分析手段還不能準確反映土石壩應力、變形和滲透等復雜特性，很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還需要結合當地材料性質(zhì)通過(guò)大型的現場(chǎng)試驗來(lái)解決。大壩筑壩材料研究作為工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，在預可研、可研、招標和施工圖階段聯(lián)合國內主要知名科研院所、高校進(jìn)行了大量的專(zhuān)項科研試驗、現場(chǎng)專(zhuān)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(shuō)土石壩也“嬌”，是因為土石壩材料有著(zhù)嚴格的級配、分區、物理力學(xué)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，心墻土料須摻加礫石改善其物理力學(xué)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(jìn)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(jìn)度和質(zhì)量控制帶來(lái)極大挑戰。“作為大壩生命線(xiàn)的防滲心墻土料，若在冬雨季施工時(shí)應采取相應的防雨、防凍、調整含水率等措施，要‘跟照顧小孩似的’去進(jìn)行大壩心墻料的填筑施工。”從這個(gè)角度上講，土石壩顯得“嬌氣”。
科研之力保障工程穩步建設
雅礱江公司兩河口建設管理局工程技術(shù)一部施召云的一句話(huà)讓人印象深刻，“兩河口水電站作為國內目前在建最高土石壩工程之一，存在諸多超過(guò)現行規范的重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。”為了保證工程目標順利實(shí)現，解決掉這些重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，兩河口水電站建設工程在科研試驗上下的工夫可以說(shuō)是“頂級配置”。據雅礱江公司兩河口建設管理局工程技術(shù)一部譚海濤介紹，兩河口水電站核準概算中僅專(zhuān)項科研試驗費用就超過(guò)2億元，目前已投入的專(zhuān)項科研試驗費用已超過(guò)6000萬(wàn)元。
工程未開(kāi)始，科研已先行。中國電建集團成都勘測設計研究院兩河口項目常務(wù)副設計總工程師金偉介紹，為保障工程建設的穩步推行，雅礱江公司與主體設計方和各科研院所開(kāi)展了一系列技術(shù)問(wèn)題專(zhuān)題研究。其中包括了高土石壩筑壩材料深化研究、大壩結構分區和抗震研究、大型現場(chǎng)碾壓試驗研究、混凝土材料研究、300m級高土石過(guò)魚(yú)設施研究、超高土石壩安全監測關(guān)鍵技術(shù)研究、泄洪消能與霧化區水力學(xué)模型試驗研究等。這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究，為工程設計、施工奠定了扎實(shí)的基礎，在水電站建設開(kāi)始后，保障工程穩步推進(jìn)。
在兩河口工程建設中，科研帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng )新讓人耳目一新。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，“數字雅礱江”的系統得以構建。利用現代信息技術(shù)，在招標施工圖階段率先開(kāi)展了樞紐工程三維設計及其應用研究工作，實(shí)現了建設實(shí)體工程前先行建設了一個(gè)全壽命周期、全方位信息的虛擬工程模型。這為設計多專(zhuān)業(yè)協(xié)同、減小“錯漏碰缺”提供了平臺；通過(guò)三維虛擬漫游幫助參建各方直觀(guān)理解設計意圖；同時(shí),虛擬工程模型集成了工程規劃設計、施工建設、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類(lèi)似工程建設水電工程建設管理開(kāi)拓了思路，提供了借鑒。
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，數字兩河口工程技術(shù)實(shí)現了“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(lái)扎實(shí)的科研試驗成果為工程建設保駕護航，因而，兩河口水電站工程有了無(wú)與倫比的“魅”與“力”，在甘孜藏區腹地的雅礱江畔閃耀著(zhù)現代水電建設的科技之光。
