【四局筑坝】铁臂传薪织地脉 智能为梭绣山河——水电四局基础处理工程的传承与突破 |
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在古希腊神话中,巨人安泰只要与大地接触便能汲取无穷的力量。如果我们把水电大坝比作安泰,那么让它力大无比、稳如泰山的重要工序便是基础处理工程了。 走进灌浆施工现场,随着TTB/100型灌浆泵连绵不断的轰鸣声,搅拌均匀的水泥浆液被源源不断地输送到大坝深处。它们在黑暗的缝隙中游走,填满了岩石自然裂隙,如同强大的封印,让大坝稳稳扎根于大地,抵御岁月与流水的侵蚀…… 发轫于我国自行勘测设计、制造安装、调试管理的第一座百万千瓦级大型水电站建设,经过了“万里黄河第一坝”——龙羊峡水电站、举世瞩目的长江三峡水利枢纽建设,小湾、向家坝、溪洛渡、黄登……水电四局的基础处理业务伴随着中国水电从“跟跑”到“领跑”的征程日臻成熟,也发挥着更为积极的作用。 坚守与淬炼 “过去,我们用的是手风钻钻孔,压力控制凭工人手感,质量靠老师傅观察控制,30人的班组进行人工钻孔,耗时2小时/米,日均进度只有15米”“廊道一进去就是一天,根本不分白天黑夜,廊道底部的积水有时候已接近膝盖,胶鞋踩过之处都能泛起细密的气泡,那个时候的条件确实艰苦,但在那样艰苦的环境下,也未曾放弃过”一名长期从事灌浆施工的老师傅这样对笔者说。 坚守,是一份情怀,更是几代人的传承与超越。 2016年6月,世界水电建设的“珠穆朗玛峰”——白鹤滩水电站左岸坝基固结灌浆正式启动。在4年多的建设历程中,他们创下了固结灌浆施工日完成量1560米、月完成量4.2万米的国内外类似工程高产纪录,完成固结灌浆39.6万米、帷幕灌浆19.9万米、接缝灌浆0.9万平方米、回填灌浆3.7万平方米、接触灌浆1.3万平方米、排水孔10.7万米,为白鹤滩大坝构筑起了牢固稳定的基座和防渗长城。截止2016年12月,大坝坝基河床坝段固结灌浆施工全部按期完成,实际完成工程量达到8.7万米,为最初设计工程量的1.25倍之多,并为2017年3月实现左岸大坝首仓混凝土如期浇筑目标打下坚实基础。 今天,我们走进东庄大坝基础廊道,灯光星星点点,勾勒出廊道蜿蜒的轮廓。钻机整齐排列,施工人员有序地忙碌着,廊道顶部和两侧的岩壁上一排排钻孔整齐排列,大坝帷幕灌浆正在紧张进行着…… 这一串串数字,映射出了时代的发展,充分展示了水电四局基础处理业务守正创新的不懈努力,充分诠释了“自强不息、勇于超越”的企业精神。这种精神随同浆液灌注进了一座座大坝,培高加固了一座座水电丰碑,更是凝结成了宝贵的精神财富,浸润着一代代建设者的心灵。 隐蔽工程更是阳光工程 基础处理工程是隐蔽工程,业内也称作良心工程,因工程本身的特点,其施工质量控制历来是基础处理施工的重中之重。 钻孔-洗孔-灌浆-钻孔-洗孔……灌浆不是简单地浆液流入裂缝,为保障灌浆质量尤为重要,他们的每一步都尽显匠心。 在水电工程中,岩石基础的固结灌浆质量直接关系到大坝的稳定性。常规的固结灌浆方法为有盖重固结灌浆,与基础混凝土浇筑相伴,影响混凝土浇筑,占用工程直线工期,但无盖重固结灌浆和引管+有盖重固结灌浆方法很好地解决了混凝土浇筑与固结灌浆相互干扰的矛盾,加快施工进度,但由于灌浆压力较低,致使岩体中细小裂隙因压力不足,浆液进不去,没有得到较好的灌注,灌浆过程建基面易发生冒浆、串浆,建基面表层灌浆效果较差,因此需要采取有效的固结灌浆施工方法,解决固结灌浆与混凝土浇筑的矛盾。 为保证灌浆质量,水电四局灌浆技术团队经过不断探索,发明了《一种岩石盖重固结灌浆施工方法》,解决了现有坝基固结灌浆施工与混凝土浇筑互相影响、互相干扰的矛盾和建基面表层灌浆效果差的问题,使固结灌浆与混凝土浇筑工序完全脱离。创新性地通过“分级盖重加载”与“动态压力调控”技术,实现了对岩石缝隙的精准填充,该方法如同为岩石穿上“定制铠甲”,通过预制混凝土盖重体与灌浆压力的协同作用,使浆液均匀渗透至细微裂隙,将传统工艺中20%的渗漏点返工率降至5%以下。 这项技术在白鹤滩水电站左岸坝基处理中发挥关键作用。面对坝基花岗岩体的复杂裂隙网络,施工团队采用该方法完成了近8.7万米固结灌浆,较原设计工程量超出25%,且创下日完成1560米、月完成4.2万米的行业高产纪录。其技术突破不仅提升了灌浆效率,更通过“盖重-灌浆”的闭环控制,将坝基岩体的整体性和承载力提高30%以上,为大坝抵御百年一遇洪水奠定了坚实基础。该技术于2018年被授予水力发电科学技术三等奖,于2018年被评为省级工法,于2021年荣获“电力科技成果金苹果奖”,成为水电行业处理硬岩地基的标杆。 经过多年的积累,在灌浆方面,分局获得专利25项,科技进步奖、工法、质量奖30余项,其中《一种灌浆调压系统》《一种智能化灌浆装置》《一种深孔帷幕灌浆钻孔引排装置》等实用新型在施工中应用效果明显,《智能化灌浆施工工法》《水泥化学复合灌浆施工工法》获得水利水电工程建设工法。 数字与灌浆的碰撞 数字化、智能化浪潮席卷全球,智能化灌浆让基础处理工程在科技赋能下实现跨越式发展,为基础处理工程添加了最耀眼的时代注脚。 2018年6月白鹤滩水电站基础廊道施工时就开始探索使用智能灌浆系统。白鹤滩水电站固结灌浆和帷幕灌浆施工范围广,灌浆长度长,仅左岸及左坝肩就有帷幕灌浆21.7万米,相当于白鹤滩到昆明的距离。同时由于白鹤滩水电站大坝地质基础为柱状节理玄武岩,大坝左肩基础由于长期风化和水流侵蚀已经变成了网络裂隙结构和脉状结构,地质条件极其复杂,灌浆实际工作量难以估计。 “白鹤滩一个帷幕灌浆孔最深钻到了128米,一个孔又分为几十段,由于这边的岩层比较破碎,从打孔到灌浆再到最后收尾一套下来花上半个月也是常有的事”灌浆工人老宋讲道。 在浆液密度、灌浆压力控制和其他异常情况排查方面它更是一把好手。浆液升温、压力波动、返浆、漏浆等情况,它都能在第一时间根据设定好的规范要求进行自动调节或发出警报并且直接瞄准“病灶”,现场工作人员立刻就能进行问题纠正。 灌浆过程中爆管、裂管、化学添加剂等这些都存在一定的安全隐患。智能灌浆系统通过自动检测、自动警报、远程操控等可以有效规避这些风险,减少了灌浆现场安全风险。项目部将“安全第一、预防为主、综合治理”的思想与智能灌浆系统结合起来,建立了一套完整的安全检查监督机制指导施工安全,针对性地制定安全操作规程并进行教育培训,充分适应和利用灌浆系统的安全智能化。 灌浆工程的浆液配比根据灌浆类型、地质条件等情况的不同有不同的规范。以往采用人工配比,水灰添加控制、配浆往往很难完全达到参数要求,要不断地进行检测,费时费力,还存在灌浆平洞内泥浆满地流,杂物到处飘的现象。运用智能灌浆系统实时进行密度监测和流量监测,质量控制更加严格,灌浆效果自然、质量高,人为干预少,质量管理模式由现场盯梢,争吵扯皮转变为数据说话,大大提升施工效率和工程质量。 “智能化灌浆施工技术研究与应用”将智能技术融入施工,推动从经验驱动迈向创新驱动,引领灌浆技术不断向前发展。 “智能化灌浆施工技术”在白鹤滩等国家重大水电工程中实现规模化应用,通过智能灌浆单元(iGC)与云管理平台(iGM)的协同运作,以“一键启动”完成洗孔、压水、灌浆全流程闭环控制,实时联动压力、流量、密度等五参数精准调控,成功应对复杂地质下涌水、抬动等异常工况。该技术使灌浆合格率达100%,高压控制误差小于5%。以iGCM、P-Q-C-t控制方法及正常灌浆与特殊情况灌浆一体化、常态化控制算法为基础,水电四局使用在线智能水泥灌浆信息采集、分析、控制的成套设备,实现了水泥灌浆工艺一键式闭环智能控制和灌浆设计、灌浆质量、计量结算、物资核销的协同管理,形成了正常灌浆和特殊情况灌浆一体化的智能灌浆工艺控制流程,达到水泥灌浆“四工序、六过程、五类地层”的全工艺过程智能控制,该技术获得水利水电工程建设工法及青海省工法、青海省质量创新项目成果二等奖认证,推动行业从经验驱动向创新驱动跨越,为水电工程数字化、绿色化建设提供核心技术支撑。 在东庄超深孔帷幕灌浆项目中,智能灌浆系统更是大显身手。作为黄河流域防洪规划的关键骨干工程,东庄水利枢纽工程大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高230米,坝顶高程804米,坝基高程574米,具有最深钻孔、最难灌浆、最严标准、最紧工期等特点。 挑战地下“深度极限”。针对东庄水利枢纽帷幕灌浆最大孔深达到224米,施工中面临钻孔位置精度要求高,地下地质条件复杂,面对未知的岩石夹层、裂隙等“地质迷宫”的多重挑战,项目技术团队和攻坚小组身先士卒、深入一线,制定《超深孔帷幕灌浆专项施工方案》,通过对孔斜、孔位等不断进行实时监测和动态调整,控制孔位偏差。为了保质保量按期完成帷幕灌浆工程,项目团队对超深孔帷幕灌浆从钻机的选型、孔斜控制、超深孔帷幕灌浆钻孔自动纠偏装置等相继开展研究。 面对超深孔深度达二百余米、地层裂隙发育不均等挑战,系统借助先进物探技术精准探测地层结构,实时监测灌浆过程,动态调整参数,确保每一个钻孔都成为精准的“地下坐标”,克服深孔灌浆压力控制难、浆液扩散不均匀等难题,确保灌浆效果。 优化施工方案,技术人员采用2-3-5-5米的段长次序、“分段灌浆法”精准施工,结合孔隙孔深要求,对透水率小于1吕容段次创新采取与下一段合并灌浆,优化施工参数,有效加快了施工进度,实现单日最高强度657.2米,月最高强度1.9万米,提前15天完成“地下长城”,创造了灌浆施工新纪录。 面对钻孔精度“毫米级”的严苛要求,在钻孔过程中实时捕捉岩层细微变化,根据地质反馈动态调整参数。同时,为了确保孔斜偏差率满足设计及规范要求,技术团队利用“开孔定位装置”“钻孔导向装置”和“新型钻机固定装置”黄金三角工具,对钻孔施工过程中的孔斜进行了精确控制。通过持续的实时监测和动态调整孔斜、孔位等参数,控制孔深偏差,目前最大孔斜偏距为1.95米,最小孔斜偏距为0.47米。 创新装置赋能文明施工新图景 传统钻孔施工产生的无序污水排放导致泥浆满地、杂物漂浮,迫使施工频繁暂停进行清理,既耗费额外人力物力造成损失,也严重影响进度。 随着国家对施工标准化要求的日益提高,现场文明施工被赋予了更高标准。2019年,项目部在白鹤滩水电站基础廊道帷幕灌浆打造了文化长廊,标准化集中制浆站、标准化灌浆站等标准化样板面,为项目部健康安定发展提供了安全保障。同年11月20日,国家可再生能源发电工程质量监督站检查大坝帷幕灌浆廊道,现场参观了灌浆文化长廊,对白鹤滩的灌浆工程质量给予了高度评价。 如今,在具有“最深钻孔、最难灌浆、最严标准、最紧工期”特点的标杆工程——东庄水利枢纽工程现场,四局的建设者践行“均衡生产、文明施工、科学管理”的目标,积极研发并申报成功一项实用新型专利——“一种深孔帷幕灌浆钻孔引排装置”。该装置巧妙地将钻孔污水集中收集,通过管路有序引排至排水沟,其便于移动安装、适应转序需求的特点,有效减少了为清理无序污水所投入的额外资源,显著改善了工作面的文明形象,并大大节约了新开工作面按高标准布置污水排放系统的时间和成本,从源头上杜绝了污染,确保了施工面的整洁。 这项创新连同严格的管理措施,将“高起点、高标准、严要求”的文明施工标准落到实处,正如曾在白鹤滩打造灌浆文化长廊与标准化制浆站一样,塑造着基础处理工程隐蔽却阳光、高效且文明的全新行业形象。 “如今,走进灌浆廊道,眼前的景象焕然一新,处处彰显着文明施工的规范与有序。廊道内的空间被合理规划,材料和设备按照施工进度和使用需求,整齐地摆放在指定区域,这确实和以前的环境截然不同”项目部安全总监谈道。 从白鹤滩的灌浆文化长廊到东庄的智能引排装置,变的是不断迭代的技术创新,不变的是建设者对文明施工的执着追求。当钻孔污水顺着定制管路潺潺流入排水沟,当标准化管理让每个工作面都成为流动的文明标尺,四局人用行动证明,隐蔽工程也能折射出绿色施工的光芒,传统工艺亦能在创新驱动下焕发新生。这项凝结着智慧的专利装置,不仅是一件“美颜神器”,更是行业文明施工的又一突破。 以匠心为针,水电四局的建设者绣出了山河永固的时代答卷。当灌浆泵的轰鸣声与智能系统的数据流在峡谷间共鸣,当老一辈灌浆工人手上的老茧与新一代工程师电脑里的数据在地下深处相遇,水电四局基础处理团队编织着传承与创新的经纬。从刘家峡的手风钻凿入每一米坚固的岩层,到东庄水利枢纽的智能灌浆设备穿透224米的“地质迷宫”,他们正在以理想为帆、科技作翼,守护着大坝安全。 |
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