两河口水电站推动高土石坝填筑进入“无人驾驶”时代

  12月24日上午，随着最后一方堆石料倒入仓面，并完成碾压，雅砻江两河口水电站大坝填筑至2875米高程，已建成的我国第一高、世界第二高土石坝全线日上午，随着最后一方堆石料倒入仓面，并完成碾压，雅砻江两河口水电站大坝填筑至2875米高程，已建成的我国第一高、世界第二高土石坝全线填筑到顶。两河口大坝填筑量大、筑坝周期长、填筑环节多，施工区平均海拔达到3000米，高寒高海拔环境下人员和机械降效达20%，这给大坝填筑带来了巨大挑战。在两河口之前，国内外均无成熟、可借鉴经验。

  面对一系列世界级难题，雅砻江公司一方面深入开展自主创新，努力突破和掌握更多关键技术；另一方面充分借力国内智力资源，与国家自然科学基金会设立雅砻江联合基金，成立以院士、大师和国内知名专家为主的特别咨询团、与国内权威机构和高校建立战略合作伙伴关系，探索出了一条业主主导，集成优势科研资源，联合创新的新路子。

  雅砻江公司联合天津大学、中国电建集团等单位，面向世界科学技术前沿和国家重大需求，将智能化技术应用于两河口大坝。通过数据挖掘、人工智能、大数据和云计算等智能技术方法，成功构建两河口水电站智能大坝系统，实现大坝施工全套工艺流程智能感知、分析、反馈控制和智能无人驾驶碾压机群协同作业。通过智能大坝系统，可以在一定程度上完成大坝土石料开采、运输、掺拌、摊铺、碾压等全部施工环节的智能化监控，形成施工全过程、全天候、全环节、全要素、全覆盖的运行体系。

  同时，智能无人碾压技术在两河口大坝建设中得到充分应用，并推动我们国家高土石坝填筑进入“无人驾驶”时代。雅砻江公司通过研发具有自主知识产权的智能控制管理系统，实现大坝碾压机“运作时的状态与障碍物智能感知”“作业轨迹厘米级定位”“机群百米级遥控互联”等多重安全运行保障，碾压作业精准性和施工效率均超过人工操作，填筑质量全部达标。雅砻江公司主导研发的两河口原生集成式无人碾压机，是国内首批真正的无人驾驶碾压机，促进我国坝工技术进步和重大装备升级。

  新冠肺炎疫情期间，两河口大坝填筑克服了现场实施工程人员缺乏、工作难以开展等不利影响，一批智能无人驾驶碾压机率先投入现场开展作业，保证大坝工程顺利复工复产和电站按期投产发电，有效带动了地方产业经济复苏。

  两河口智能大坝建设取得了一系列重要开创性成果，智能无人碾压累计填筑352万立方米，在国内外高坝施工中首次实现了大规模智能化、无人化作业，确保了填筑质量，提高了施工效率，降低了实施工程的成本，全面革新了土石坝施工作业、生产模式，还推动大坝提前一年填筑到顶。

  中国工程院院士钟登华表示，两河口水电站是国内第一座用“施工全过程智能化技术”修建的300米级超高土石坝工程，填补了高寒地区超高土石坝的建设空白，实现了大坝建设由数字化向智能化的跨越，开创并引领了水利水电工程建设智能化的新方向，具备极其重大的科学意义和工程价值。

  两河口水电站位于青藏高原东部边缘地带，属于季节冻土区。每年冬季11月中旬至次年2月中旬，有近3个月的时间大坝心墙土料会出现冻结现象。心墙是大坝挡水防渗最重要的结构，冬季大坝心墙土料冻结成为影响大坝质量和进度的关键制约因素之一。

  为破解高寒地区心墙土料冬季施工难题，雅砻江公司联合中科院西北生态环境资源研究院、中国电建集团等多家单位，通过系统全面的室内外试验、多学科交叉研究，围绕心墙土料冻融基础理论、关键技术和成套施工工艺等开展科技攻关，研发了冬季土料开采、运输、掺拌、摊铺、碾压成套技术体系，发明了保温材料收放设备，将原来人工揭盖“被子”约4小时缩减到1~2个小时，明显提高了冬季施工土料冻融防控技术水平和施工效率，实现了冬季大温差和高寒低温度的环境下心墙全天候全仓面快速连续施工。

  两河口大坝心墙冬季施工历经6个冬季，填筑量达到 130万方，冬季填筑量约占心墙总体积的30%。冬季大规模连续施工保障了大坝工程整体有序推进，为电站按期投产发电、发挥梯级补偿效益发挥了重要作用。

  在中国科学院院士、中科院西北生态环境资源研究院院长赖远明看来，两河口大坝的顺利建设，为高海拔地区建设特大型水电工程积累了宝贵经验，创新了国内外高海拔地区防渗土料冻融防控理论、技术标准和施工成套技术，开创了高原季节性冻土区冬季土心墙大规模连续施工的先例，是高海拔高原高寒地区和少数民族地区建设大型水电工程的典范，是水电建设的又一里程碑。

  两河口大坝总填筑方量超过4300万立方米，相当于6个“鸟巢”的体积，准确、及时掌握两河口大坝的工作性态，是确保大坝施工期和运行期安全稳定的基础。

  雅砻江公司联合国内知名高校、科研院所和设计、实施工程单位，深入研究复杂工程环境下安全监测技术，开发“管道机器人”“智能柔性位移计”“超宽带雷达”等多项新型监测设备，通过开展“监测设计、施工、安装一体化”和精益化管理，创造了全坝高（295米）、全坝长（400米）监测的新纪录，填补了上游坝体蓄水后连续监测的空白。

  为实时监测大坝运作时的状态，两河口大坝内部埋设1350支、32种大小不一、长相各异的各类监测仪器，它们就像遍布大坝全身的“神经末梢”，将感知到的环境气温、湿度、风速、坝内温度等多种信息反馈给“神经中枢”—两河口大坝智能监测系统平台。

  “神经中枢”能够将收集到的海量数据来进行智能分析判断，实时感知大坝的身体健康，并将分析结果实时推送给现场管理人员，管理人能随时掌握大坝运作时的状态，并采取针对性的处理措施。

  中国工程院院士张宗亮认为，两河口大坝建设开发了实时监测和智能预警系统，实现了特高心墙堆石坝全方位、全过程变形监测，提出了长期变形智能预测方法，为大坝全生命周期安全评价提供了技术平台，创造了国内300米级高心墙堆石坝全方位、全过程安全监测新纪录。

  中国工程院院士马洪琪认为，两河口水电站坚持技术创新和科学管理“两轮驱动”，实现了工程“又好又快”建设，大坝填筑检测和安全监测成果表明，工程项目施工质量优良，运作时的状态良好。颗粒破碎与缩尺效应、湿化流变特性和反演分析方法等土石坝基础理论研究取得新进展；以原生集成智能无人碾压机群协同作业为主的大坝智能化建设迈上新台阶；研发并成功应用了高海拔高寒地区冬季施工成套技术，开发了管道机器人、智能柔性位移计等多项新型监测设备，系列创新成果提升了300米级特高土石坝建设水平，推动了我国高土石坝技术迈上新台阶。

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