大型水电站岩石力学与工程 专题 推荐

我国西南地区青藏高原向云贵高原及四川盆地过渡的地带地形落差巨大，水能资源丰富，位居全国水电基地之首，尤其是金沙江流域，目前世界前12大水电站，位于金沙江下游的有4座——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站（图1）。该区域新构造活动强烈，河谷狭窄深切、变化多样，因此，西南地区的水电站普遍具有高坝、高陡边坡、高地震烈度、高速水流，大泄量、大单机容量、大型洞室群，地质灾害多，生态环保严等“四高三大一多一严”的特点和挑战。

图1 世界前12大水电站装机比较

2019年4月，《清华大学学报(自然科学版)》针对金沙江流域大型水电站建设一线的关键岩石力学与工程研究组织专题，各位工程建设者和科研工作者投稿踊跃，但限于学报严要求和篇幅，很多工程类文章无法一一刊登，实乃遗憾！不过，本期刊登5篇文章，从全面系统的综述、到智能建造的边坡施工全周期信息模型，最后聚焦复杂坝基固结灌浆抬动控制新模型、盖重和无盖重新工艺、智能灌浆新技术等问题。读者从有限的篇幅，可了解这些大国重器工程建设背后的创新和科技的力量。

长期以来，我国成千上万的水电开发建设者、科研人员及咨询专家以现场工程问题为导向专注解决向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等大型电站的关键岩石力学与工程问题，《金沙江下游大型水电站岩石力学与工程综述》（樊启祥，2020），基于他们研究成果的成功应用实践，系统总结了水工枢纽工程布置、坝基勘察分析及处理、巨型地下洞室群时空变形协调控制、高边坡长期稳定及精细爆破控制等成套方法、技术方面的研究进展。作者全面论述了在实践中形成行之有效的“认识岩体、利用岩体、保护岩体、监测反馈”的岩石力学工作指导思想与“开挖一层、分析一层、预测一层、验收一层”的工作程序，对大型水电站成功建成蓄水发电（图2）具有重要的指导意义。该文也基于现代传感、通信、数据、建造技术的水电工程岩石工程智能建造；高海拔地区水电工程建设与运行面临着新的“五高”（高海拔、高边坡、高应力、高地震烈度、高水头），“四大”（大埋深、大落差、大保护、大温差），“三长”（长冬歇、长隧洞、长周期）等建设运行特点而带来的长隧洞和洞群建设面临难题和挑战进行了展望。

图2 溪洛渡大坝建成蓄水泄洪

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白鹤滩、乌东德工程在溪洛渡大坝成功实现智能化建设的基础上，全面开展了大型水电工程智能建造深入研究和关键智能建造技术的升级应用，《水电工程边坡施工全过程信息模型研究与应用》（谭尧升，2020）一文，将现代信息技术与工程建设深度融合，针对目前水电工程边坡施工期信息管理及可视化分析存在工程模型及信息动态属性描述片面、信息表达不全面等问题,以感知、分析、控制的智能建造闭环控制理论为基础,结合白鹤滩工程的应用实践,提出水电工程边坡施工全过程信息模型的建立方法和实现过程,构建了在线分析、动态跟踪、反馈预警的施工综合管控体系，和集进度、质量、安全于一体的全过程信息模型管理平台,实现了边坡设计、施工过程与成果的全面数字化管理,有利于控制施工进度、降低安全风险、提升边坡施工质量（图3）。

图3 白鹤滩坝基边坡安全优质高效开挖

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国内外100m、200m级大坝建成破损、破坏失事的惨痛教训表明，坝基开挖与加固质量是大坝建设与长期稳定运行的首要问题。近20年来，世界级高坝设计和建设主要集中在中国，其技术创新方向也引领了世界坝基开挖和加固的方向。3篇坝基灌浆文章结合白鹤滩、乌东德坝基开挖与处理的成功应用实践，针对复杂地质条件坝基灌浆抬动开裂风险大，混凝土盖重灌浆与混凝土施工工序干扰，无盖重灌浆技术存在表层岩体灌浆效果难以保证等难题，开展了系统深入研究，研究成果对同类工程灌浆质量控制具有参考价值，值得广大建设者和科研工作者学习借鉴。

《白鹤滩特高拱坝坝基灌浆时机与抬动控制》（魏鹏程，2020），在溪洛渡坝基灌浆抬动控制的研究基础上，结合白鹤滩坝基复杂地质条件,提出了分区等效灌浆压力向量及模型，建立了灌浆压力的反演分析优化函数，通过控制拱坝的抬动及拉应力，在工程实践中通过调整分区等效灌浆压力模型参数，得到最优分区等效灌浆压力向量，可以较好地控制灌浆压力并选择合适的灌浆时机。《复杂河床坝基岩体盖重固结灌浆关键技术》（罗贯军，2020），通过预留岩体盖重、控制灌浆压力与浓度、采用分孔分序灌浆方法及材料等，提出“预留岩体盖重＋低压浓浆封闭＋盖重固结灌浆”的灌浆新技术,不仅解决了常规固结灌浆技术存在的问题，还有效保护了白鹤滩坝基薄层角砾熔岩，解决了柱状节理玄武岩因固结灌浆裸露而进一步卸荷松弛的难题（图4）。

文章来源：《工程力学》 网址: http://www.gclxzz.cn/zonghexinwen/2020/1012/356.html