大型水電站岩石力學與工程 專題 推薦
我國西南地區青藏高原向雲貴高原及四川盆地過渡的地帶地形落差巨大，水能資源豐富，位居全國水電基地之首，尤其是金沙江流域，目前世界前12大水電站，位於金沙江下游的有4座——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站（圖1）。該區域新構造活動強烈，河谷狹窄深切、變化多樣，因此，西南地區的水電站普遍具有高壩、高陡邊坡、高地震烈度、高速水流，大泄量、大單機容量、大型洞室羣，地質災害多，生態環保嚴等“四高三大一多一嚴”的特點和挑戰。
2019年4月，《清華大學學報(自然科學版)》針對金沙江流域大型水電站建設一線的關鍵岩石力學與工程研究組織專題，各位工程建設者和科研工作者投稿踴躍，但限於學報嚴要求和篇幅，很多工程類文章無法一一刊登，實乃遺憾！不過，本期刊登5篇文章，從全面系統的綜述、到智能建造的邊坡施工全週期信息模型，最後聚焦複雜壩基固結灌漿抬動控制新模型、蓋重和無蓋重新工藝、智能灌漿新技術等問題。讀者從有限的篇幅，可瞭解這些大國重器工程建設背後的創新和科技的力量。
長期以來，我國成千上萬的水電開發建設者、科研人員及諮詢專家以現場工程問題為導向專注解決向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德等大型電站的關鍵岩石力學與工程問題，《金沙江下游大型水電站岩石力學與工程綜述》（樊啓祥，2020），基於他們研究成果的成功應用實踐，系統總結了水工樞紐工程佈置、壩基勘察分析及處理、巨型地下洞室羣時空變形協調控制、高邊坡長期穩定及精細爆破控制等成套方法、技術方面的研究進展。作者全面論述了在實踐中形成行之有效的“認識巖體、利用巖體、保護巖體、監測反饋”的岩石力學工作指導思想與“開挖一層、分析一層、預測一層、驗收一層”的工作程序，對大型水電站成功建成蓄水發電（圖2）具有重要的指導意義。該文也基於現代傳感、通信、數據、建造技術的水電工程岩石工程智能建造；高海拔地區水電工程建設與運行面臨着新的“五高”（高海拔、高邊坡、高應力、高地震烈度、高水頭），“四大”（大埋深、大落差、大保護、大温差），“三長”（長冬歇、長隧洞、長週期）等建設運行特點而帶來的長隧洞和洞羣建設面臨難題和挑戰進行了展望。
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白鶴灘、烏東德工程在溪洛渡大壩成功實現智能化建設的基礎上，全面開展了大型水電工程智能建造深入研究和關鍵智能建造技術的升級應用，《水電工程邊坡施工全過程信息模型研究與應用》（譚堯升，2020）一文，將現代信息技術與工程建設深度融合，針對目前水電工程邊坡施工期信息管理及可視化分析存在工程模型及信息動態屬性描述片面、信息表達不全面等問題,以感知、分析、控制的智能建造閉環控制理論為基礎,結合白鶴灘工程的應用實踐,提出水電工程邊坡施工全過程信息模型的建立方法和實現過程,構建了在線分析、動態跟蹤、反饋預警的施工綜合管控體系，和集進度、質量、安全於一體的全過程信息模型管理平台,實現了邊坡設計、施工過程與成果的全面數字化管理,有利於控制施工進度、降低安全風險、提升邊坡施工質量（圖3）。
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國內外100m、200m級大壩建成破損、破壞失事的慘痛教訓表明，壩基開挖與加固質量是大壩建設與長期穩定運行的首要問題。近20年來，世界級高壩設計和建設主要集中在中國，其技術創新方向也引領了世界壩基開挖和加固的方向。3篇壩基灌漿文章結合白鶴灘、烏東德壩基開挖與處理的成功應用實踐，針對複雜地質條件壩基灌漿抬動開裂風險大，混凝土蓋重灌漿與混凝土施工工序干擾，無蓋重灌漿技術存在表層巖體灌漿效果難以保證等難題，開展了系統深入研究，研究成果對同類工程灌漿質量控制具有參考價值，值得廣大建設者和科研工作者學習借鑑。
《白鶴灘特高拱壩壩基灌漿時機與抬動控制》（魏鵬程，2020），在溪洛渡壩基灌漿抬動控制的研究基礎上，結合白鶴灘壩基複雜地質條件,提出了分區等效灌漿壓力向量及模型，建立了灌漿壓力的反演分析優化函數，通過控制拱壩的抬動及拉應力，在工程實踐中通過調整分區等效灌漿壓力模型參數，得到最優分區等效灌漿壓力向量，可以較好地控制灌漿壓力並選擇合適的灌漿時機。《複雜河牀壩基岩體蓋重固結灌漿關鍵技術》（羅貫軍，2020），通過預留巖體蓋重、控制灌漿壓力與濃度、採用分孔分序灌漿方法及材料等，提出“預留巖體蓋重＋低壓濃漿封閉＋蓋重固結灌漿”的灌漿新技術,不僅解決了常規固結灌漿技術存在的問題，還有效保護了白鶴灘壩基薄層角礫熔岩，解決了柱狀節理玄武岩因固結灌漿裸露而進一步卸荷鬆弛的難題（圖4）。
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（文中照片來源三峽集團溪洛渡、烏東德、白鶴灘建設部，特此致謝！）
推薦人
林鵬，清華大學水利水電工程系教授，現任中國岩石力學與工程學會常務理事、中國大壩工程學會智能建設與管理專業委員會副秘長，主要從事岩石力學與工程、智能建造教學科研工作。