中国水电科学技术发展成就

   日期:2018-11-23     浏览:3    评论:0    
核心提示:科学技术是第一生产力,工程是直接生产力。我国水电坚持科技研究面向生产建设、生产建设依靠科技发展的政策,以科学技术为引领,工程创新为灵魂,不断推进水电科学能力、技术能力和工程能力的提升。“大型水电站的技术开发”在“六五”期间就列入国家科技攻关计划。以国家发展规划的重点工程为依托,水电水利规划设计总院组

科学技术是第一生产力,工程是直接生产力。我国水电坚持科技研究面向生产建设、生产建设依靠科技发展的政策,以科学技术为引领,工程创新为灵魂,不断推进水电科学能力、技术能力和工程能力的提升。“大型水电站的技术开发”在“六五”期间就列入国家科技攻关计划。以国家发展规划的重点工程为依托,水电水利规划设计总院组织行业力量持续四十年的科技攻关,解决行业发展中的一系列重大科学技术问题。水电坝工技术、泄洪消能、地下工程、高边坡治理及大坝抗震和施工技术水平全面跻身世界前列。

一、坝工技术取得重大突破

“高坝筑坝技术”立足世界前沿,通过国家“六五”至“十一五”四十年的科技攻关,300米级特高拱坝技术,200米级特高碾压混凝土重力坝、混凝土面板坝堆石坝技术和心墙堆石坝技术,100米级碾压混凝土拱坝筑坝技术全面突破。筑坝技术创新成为我国工程创新的主战场。进入21世纪以来,我国建成了一批高水平大坝工程。锦屏一级(305米)、小湾(294.5米)、溪洛渡(285.5米)等三座拱坝的高度和技术难度名列世界前三。

在土石坝方面,建成了有国际影响力的水布垭(坝高233米,国际最高)、三板溪和洪家渡等面板坝以及小浪底、瀑布沟、糯扎渡等心墙堆石坝。在碾压混凝土坝方面,已建成超过100米的,既有重力坝又有拱坝。碾压混凝土重力坝有当时最高的光照(坝高200.5米;现在埃塞俄比亚的扎巴Ⅲ坝高246米)、龙滩(已建坝高192米,远景坝高216.5米)、黄登(坝高203米)等坝。碾压混凝土拱坝有万家口子(坝高167.5米,国际最高)、沙牌、大花水等坝。

全球已建超过200米高坝63座,中国有13座;250米以上高坝15座,中国有5座。我国坝工建设水平,无论数量与规模,还是技术难度和工程创新等方面,都已进入世界坝工的先进或领先行列。

二、泄洪消能技术处于国际领先

我国西南水电开发地处深山峡谷,水头高、流速大,泄洪消能问题十分突出。如二滩、锦屏一级、小湾和溪洛渡等工程的泄流水头超过150米,流速超过30米/秒,有的超过50米/秒。国外高坝设计泄量超过10000米3/秒的工程不多。我国高坝设计泄流量普遍超过10000米3/秒,二滩工程已超过20000米3/秒,溪洛渡工程超过40000米3/秒。单宽流量多数已突破200米3/(秒?米),少数300米3/(秒?米),个别达到600米3/(秒?米);下泄功率大多数达千万千瓦级,甚至上亿千瓦级,溪洛渡工程下泄功率达9800万千瓦。我国坝工技术指标远超过国外同类坝水平。我国成功解决了“高水头、大流量、窄河谷”的泄洪消能关键技术问题,而且水流激振对建筑物的影响降到最小。各种新型消能工技术成功应用,极大地拓宽了水电行业高水头、大单宽流量泄洪消能的设计思路。

溪洛渡坝身最大可能泄量达到30000米3/秒量级,为技术上的一项重大突破。拉西瓦工程首先提出采用了反拱型底板水垫塘,可使入池水流扩散更充分,冲击荷载更分散,还可减少对河床两岸坡脚的开挖,结构稳定性也有提高。

我国率先提出并成功实践了纵向分散和掺气的宽尾墩设计技术,形成了宽尾墩与挑流、底流、戽流、台阶式等相结合的联合消能工。五强溪、岩滩、大朝山和百色等采用宽尾墩+台阶式坝面+消力池综合消能,其中百色最大单宽流量达200米3/(秒?米),为目前国内外最高水平。向家坝工程采用了淹没跌坎式底流消能,最大泄量48680米3/秒,入池单宽流量225米3/(秒?米)。

我国还创新提出了环境友好型旋流消能式泄洪洞。沙牌水电站旋流竖井式泄洪洞消能率达73%;溪洛渡水电站旋流竖井式泄洪洞的水头达200米、流量1000米3/秒;公伯峡水电站单洞泄量1060米3/秒,消能率达85%以上。旋流消能式泄洪洞由于布置方便、消能率高,且利用导流洞改建对减少投资和缩短工期都具有很大意义,已在国内外工程界普遍推广使用。

三、地下工程技术日趋成熟

我国已建成各类水工隧洞总长接近1000千米,地下厂房100多座。工程实践有力促进了地下工程设计理论和方法不断发展,施工水平不断提升;而卸荷岩体力学、岩体与水耦合等基础理论与方法体系的不断完善,也极大地推动了地下工程技术水平的提升。在工程实践中,提出了适用高地应力、高外水压条件下的锦屏围岩分类JPF体系,弥补了国内外同类研究中对高地应力和高外水压力考虑的不足。这些成果已应用于锦屏二级、江边水电站引水隧洞围岩分类。在岩体试验方面,大型三轴刚性伺服实验机已应用于岩石材料在全应力路径下的参数测定,电镜扫描、CT技术应用于岩体材料的微观与细观的结构观测研究;各种地应力测量技术,如应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、X射线法、重力法等广泛应用于地下工程的现场测试。溪洛渡地下厂房,采用了离散化多主应力面三维加载系统、步进机械臂和微型掘进机技术、微型高精度位移量测技术、声波测试技术、光纤测量技术以及内窥摄影技术,解决了地下洞室群地质力学模型试验中的复杂三维地应力仿真,开辟了大型洞室试验研究的新途径。

目前我国建设的地下厂房跨度已超过33米,高度达到70多米,长度可达300米,引水洞更是长达17千米,而其最大埋深达2500米,且为高地应力、大突涌水的岩溶地层。我国建成了世界最大开挖跨度最大(33.4米)、最大开挖高度最高(88.2米)的向家坝地下厂房,综合规模和难度最大的锦屏二级水电站地下洞室群。

四、高边坡治理技术不断进步

高边坡稳定在水电开发中是一个非常突出的问题。我国西南、西北地区的河谷自然边坡有的高达千米乃至千米以上,高达数百米的人工边坡已屡见不鲜。小湾工程开挖边坡高达600~700米,锦屏一级为500~600米。通过多年科技攻关与工程实践,在高边坡稳定分析方法、安全控制标准及处理措施等方面取得很大进步,群锚机理认识不断深化,各项测试技术、监测反馈技术和快速施工技术水平不断提高,对数百米级的岩质高边坡处理形成了行之有效的成套技术。

在高边坡理论研究中,提出了力学闭合解的计算公式,数值分析收敛性能超越了国外现有的方法。在安全控制指标取值方面,提出了边坡不同工况下安全系数的取值范围、边坡处理设计原则和边坡稳定风险度的方法。

在高边坡治理实施中,创造性地将信息化动态治理理念贯穿于工程实践中,即根据开挖揭示的地质条件及边坡变形情况,建立严格的监控体系,及时对监测信息进行分析,一方面反馈优化治理方案;另一方面分期、分区合理选择安全控制指标和分步骤实施,较好地解决了安全、经济和工期之间的突出矛盾。这些研究成果成功应用于李家峡、龙滩、龙羊峡、三峡、洪家渡、小湾、锦屏一级等许多水电站工程的高边坡治理。

五、大坝抗震技术保持科学发展前沿

我国的大坝抗震研究跟踪科学发展前沿,开拓思路,敢于突破,独立自主创新了抗震设计理论和方法,形成了一套工作方法和评价标准。“5?12”汶川特大地震灾区的大、中型水电工程,在遭受远超其设计烈度的地震作用,虽有不同程度的震损现象,但没有发生溃坝,也未出现威胁下游安全的险情,均经受住了严峻的考验。我国水电工程大坝抗震设计标准、设计理论和方法符合西南地震特点,抗震措施有效。我国在坝址地震动输入研究、大坝体系地震响应分析、大坝混凝土动态强度标准值、三维细观力学非线性动力分析方法及CT扫描和高采样频率声发射等新的测试技术、地震模拟振动试验和现场测振试验研究方面,取得很多原创性技术成果。大坝震害预警与决策系统,成功应用于小湾、三峡、二滩、潘家口等水电大坝工程的强震安全监测。

六、水电施工技术发展成就巨大

我国水电各项施工技术也不断提高。导截流技术与规模均得到很大提升,白鹤滩、乌东德、溪洛渡、糯扎渡等工程的导流隧洞开挖跨度均大于20米,围堰高度超过75米。防渗墙、帷幕灌浆和高喷灌浆技术均取得了较大进展。大渡河泸定电站坝基防渗墙最深达110米,正在建设的西藏旁多水利枢纽工程防渗墙最深成墙深度达158.47米,创造了防渗墙施工深度的世界之最。地下工程施工动态仿真、高地应力岩爆防治、TBM开挖等关键技术取得重大突破。溪洛渡地下厂房月平均开挖强度达到2.88万米3,锦屏二级水电站在高强岩爆和大突涌水条件下,3台TBM月最高进尺达到753.3米。三峡工程创造的月最高混凝土浇筑强度55.4万米3,年最高强度548万米3新世界纪录,至今无坝能够突破。大坝施工全过程仿真技术快速发展。糯扎渡工程还采用大坝填筑质量GPS监控系统,发挥了实时、自动、连续、全过程、高精度填筑质量监控功效,有效提高了大坝填筑质量与质量控制管理水平。


 
 
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