“智能建造”貫穿整個(gè)工程的全生命建設(shè)周期
隨著白鶴灘水電站首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，單機(jī)容量世界第一、裝機(jī)規(guī)模全球第二大水電站迎來歷史性時(shí)刻。作為世界在建規(guī)模大，同時(shí)也是技術(shù)難度高的水電站，白鶴灘水電站攻克了一批世界級(jí)技術(shù)難題，自主研發(fā)應(yīng)用一大批科技創(chuàng)新成果。
白鶴灘除設(shè)計(jì)安裝16臺(tái)單機(jī)容量為100萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組外，還攻克了300米級(jí)特高拱壩溫控防裂世界級(jí)難題。大壩自開澆以來沒有產(chǎn)生一條溫度裂縫，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)掌握了大體積混凝土溫控防裂的關(guān)鍵技術(shù)。白鶴灘特高拱壩全壩采用低熱水泥，同時(shí)基于光纖傳感技術(shù)，應(yīng)用“智能建造”技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，將“智能建造”貫穿整個(gè)工程的全生命建設(shè)周期，其深度和廣度都有提升，白鶴灘將更‘聰明’。
大壩是水電站樞紐工程的核心建筑物，承擔(dān)著擋水、雨、泄洪的重要任務(wù)。白鶴灘水電站攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)面臨干熱河谷等復(fù)雜施工環(huán)境，溫控防裂面臨諸多難題。大體積混凝土的溫控防裂一直是工程界的難題，“無壩不裂”，曾是縈繞在世界水利人心中的“魔咒”。壩體混凝土一旦產(chǎn)生裂縫，將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性等帶來不利影響，而且裂縫的二次處理直接影響工程施工進(jìn)度，增加工程投資。
白鶴灘水電站大壩在建設(shè)的過程當(dāng)中，研發(fā)了一套用于感知周邊及內(nèi)部環(huán)境，分析大壩工作狀態(tài)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，因此白鶴灘水電站大壩被稱作世界上最聰明的大壩。
白鶴灘水電站大壩規(guī)模巨大，壩基地質(zhì)條件復(fù)雜，壩體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，再加上持續(xù)的干熱大風(fēng)天氣，混凝土溫控防裂難度極大，因此控制溫度成為保障混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。白鶴灘水電站大壩中埋設(shè)近6000支溫度計(jì)，80000米的測(cè)溫光纖以及數(shù)千支大壩變形、滲流、滲壓等監(jiān)測(cè)儀器，它們就像遍布大壩全身的“神經(jīng)末梢”，用于感知混凝土溫度、環(huán)境溫度等信息，監(jiān)控大壩內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、滲流等情況，并將關(guān)鍵信息反饋給大壩的神經(jīng)中樞智能建造信息管理平臺(tái)，平臺(tái)及時(shí)將收集到的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，并將分析結(jié)果實(shí)施推送給現(xiàn)場(chǎng)管理人員，幫助管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，采取適當(dāng)措施，保證任何細(xì)小的異常情況能在第一時(shí)間得到妥善處理。
在白鶴灘項(xiàng)目施工過程中，三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在7#、11#、17#、19#和27#5個(gè)典型壩段埋設(shè)分布式光纖，形成了2.5萬個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行混凝土溫度變化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以此為基礎(chǔ)，開展混凝土溫度預(yù)測(cè)預(yù)警、大壩三維溫度場(chǎng)重構(gòu)、溫控方案動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)等研究。
這套光纖傳感系統(tǒng)的應(yīng)用提升了大壩混凝土施工薄弱環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控水平；提出了特高拱壩施工期海量溫控大數(shù)據(jù)分析方法，為混凝土溫控方案擬定和質(zhì)量控制提供了新的技術(shù)手段。
在白鶴灘大壩混凝土澆筑過程中采用的分布式光纖傳感器是由歐美大地提供的Smartac公司的DiTemp分布式拉曼散射光纖溫度傳感系統(tǒng)，主要用于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的大尺度范圍溫度進(jìn)行精確、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。
這類傳感器使用光纖的固有特性來測(cè)量長(zhǎng)達(dá)幾十公里的光纖每米的局部平均溫度。這使得能夠沿單根光纜測(cè)量數(shù)千個(gè)溫度。該技術(shù)特別適合于探測(cè)和定位與泄漏或其他缺陷相關(guān)的熱點(diǎn)或冷點(diǎn)，并且根據(jù)溫度分布識(shí)別和定位工程結(jié)構(gòu)中潛在的隱患與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。
在分布式溫度傳感光纖的布設(shè)操作過程中，主要有以下6種形式：
分布式光纖布設(shè)示意圖及溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
DiTemp分布式溫度傳感器光纜既有不銹鋼鎧裝護(hù)套，又有塑料護(hù)套。它們提供出色的機(jī)械保護(hù)，免受外部壓力、擠壓和嚙齒動(dòng)物的傷害，同時(shí)由于小截面和導(dǎo)熱材料的使用，能夠?qū)囟茸兓龀隹焖俜磻?yīng)。不同的電纜設(shè)計(jì)使之能夠在標(biāo)準(zhǔn)或擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
DiTemp分布式自加熱溫度傳感器光纜適用于地面和被測(cè)流體溫度差異很小的情況下探測(cè)泄漏和滲漏。光纖包含測(cè)量溫度的光纖和利用電流加熱光纖的銅線. 這使得能夠確定周圍的土壤是干的還是濕的，或者水是否在它周圍流動(dòng)。
分布式測(cè)溫光纖信號(hào)解調(diào)儀
DiTemp輕便型讀數(shù)儀是一款入門級(jí)的拉曼光時(shí)域反射（ODTR）解調(diào)儀，是為距離長(zhǎng)達(dá)4公里的分布式溫度測(cè)量而設(shè)計(jì)，空間分辨率為2米，測(cè)量時(shí)間為10秒。具有內(nèi)置4通道多路復(fù)用器，此機(jī)架安裝式單元可與繼電器模塊和ATTS自檢系統(tǒng)(SIL2級(jí))配套使用。它是分布式溫度傳感具有成本效益的解決方案。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于需要分布式溫度傳感的應(yīng)用領(lǐng)域，例如大型結(jié)構(gòu)（大壩等）中混凝土的溫度監(jiān)測(cè)，管道的泄漏檢測(cè)等。
DiTemp Harsh+讀數(shù)儀是一套適合在惡劣環(huán)境下使用的高精度長(zhǎng)距離分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)，它是一款適合現(xiàn)場(chǎng)使用，可靠和高性能的拉曼 ODTR解調(diào)儀。它是為長(zhǎng)達(dá)30公里的分布式溫度測(cè)量而設(shè)計(jì)，空間分辨率為1米，測(cè)量時(shí)間為10秒。配備嵌入式PC，用于遠(yuǎn)程配置和數(shù)據(jù)記錄，具有內(nèi)置4通道多路復(fù)用器，此機(jī)架安裝式讀數(shù)儀可與繼電器模塊和ATTS自檢系統(tǒng)(SIL安全完整性等級(jí)2級(jí))配套使用。
DiTemp讀數(shù)儀是一套高精度長(zhǎng)距離分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)，它是一款可靠和高性能的拉曼ODTR解調(diào)儀。它是為長(zhǎng)達(dá)60公里的分布式溫度測(cè)量而設(shè)計(jì)，空間分辨率為1米，測(cè)量時(shí)間為10秒。它有多模和單模兩種版本。該機(jī)架安裝讀數(shù)儀可以與外部多路復(fù)用器(4，8，16通道)，繼電器模塊和ATTS自檢系統(tǒng) (SIL2級(jí)) 配套使用。
信息來源：新聞直播間、光明網(wǎng)、四川在線、澎湃新聞、三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院
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