低熱水泥混凝土配制技術解決大壩溫控防裂難題
2022年6月16日，“西電東送”國家重大工程——烏東德水電站最后一臺機組順利完成72小時試運行，成功并入南方電網，正式投產發電。至此，烏東德水電站12臺機組全部投產發電。
“項目前期要做堿-骨料試驗，上個世紀90年代，我們和工程地質勘察人員共同進場勘察料源位置，并選樣運回做試驗。”長江科學院材料與結構研究所高級工程師李鵬翔說。
在長江科學院材料與結構研究所堿-骨料反應長期養護室，38度恒溫條件下，一桶桶反應中的混凝土棱柱體試件碼放至房頂。
李鵬翔介紹，堿-骨料反應（骨料里的石英與水泥里的堿發生化學反應）導致混凝土應力不均勻產生裂縫，是混凝土工程毀壞的重要原因之一。
據了解，堿-骨料試驗是用骨料和水泥制成混凝土或砂漿試件，將其置于高溫環境中加速反應，觀測其膨脹率，預估未來若干年之后的混凝土堿-骨料反應，再根據試驗結果來確定骨料料源、水泥和粉煤灰等工程混凝土用原材料和混凝土配合比。
澆筑中的烏東德大壩。新華網發
烏東德水電站大壩是壩高270米、壩頂上游面弧長326.95米的混凝土雙曲拱壩，也是目前世界上最薄的300米級特高拱壩，厚高比僅0.19。
針對烏東德特高拱壩大體積混凝土溫控防裂技術難題，長江科學院開展了低熱硅酸鹽水泥混凝土性能與應用關鍵技術研究，研發了高性能低熱水泥大壩混凝土配制技術，并攻克了大體積混凝土溫控防裂關鍵技術。
“這兩項技術結束了水電大壩‘無壩不裂’的歷史。”長江科學院材料與結構研究所所長李家正說。
李家正介紹，針對三峽工程、南水北調中線工程、溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水利水電大國重器建設和服役安全，長江科學院研發了CW系列水工新材料及配套工藝，重點解決壩基不良地質體防滲補強、水工結構加固與耐久性防護、長距離輸水建筑物減糙增效等重難點問題，形成了新的技術標準。
千米鉆孔打破國內水電工程地應力測試紀錄
2022年7月7日，南水北調中線工程后續水源——引江補漢工程正式開工建設。引江補漢工程是全面推進南水北調后續工程高質量發展、加快構建國家水網主骨架和大動脈的重要標志性工程。
2019年12月，長江科學院第一批科研人員奔赴引江補漢工程出水口丹江口工區開展地應力測試工作。
“壩上、壩下有3條線路，每條線路長200多公里，埋深大、線路長、地質條件復雜，隧洞沿線的地應力測試難度非常大。”長江科學院巖基研究所地應力理論與測試技術學科主任董志宏說。
長江科學院科研團隊創新研發了“超深鉆孔水壓致裂法巖體破裂縫無時限定向技術”“繩索取芯鉆桿雙回路水壓致裂法地應力測試裝置及測試方法”及“水工隧洞繩索鉆桿雙回路水壓致裂法地應力測試技術”等多項專利技術，形成創新性成果“復雜水工巖體地應力測試關鍵技術與實踐”，獲得2017年中國巖石力學與工程學會科技進步一等獎，并應用到引江補漢工程深埋隧洞高應力測試與分析工作中，有效提高了工作效率和準確率。
引江補漢工程千米深孔地應力現場測試。新華網發
“在引江補漢工程中，我們完成了可研階段及初步設計階段大量巖體物理力學試驗、地應力測試工作，其中千米級地應力測試鉆孔5個，最大測深達1100米，創造了國內水利水電工程地應力測試深度的新紀錄。”長江科學院副院長丁秀麗說。
長江科學院水力學所工程師嚴偉介紹，引江補漢工程實施后，丹江口大壩下游減水區與匯流區的水流流態將變得復雜，同時河道整治后河床沖淤變化復雜，具有明顯的三維水流特征。
“首次采用船模技術、多船型船隊、大范圍的河道連續交叉監測，這是我們為引江補漢工程水力學研究工作量身定做的方案。”嚴偉說，各方案的優化及通航水力學和通航船模試驗為最終方案確定掃除了不確定性。
安全監測自動化實現大壩分鐘級安全“體檢”
在云南省巧家縣和四川省寧南縣交界的金沙江干流河段上，橫臥著目前世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程——白鶴灘水電站。
圖為白鶴灘水電站。新華網發
2022年12月，總裝機容量1600萬千瓦的白鶴灘水電站最后一臺機組完成72小時試運行，正式投產發電。至此，白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發電機組全部投產發電。
“借助安全監測自動化系統，白鶴灘水電站在運行過程中，通過接入的15000余支傳感器，每5分鐘將進行一次全身體檢。”長江科學院工程安全與災害防治研究所所長李端有說。
據介紹，白鶴灘水電站安全監測自動化系統使用長江科學院自主研發的CK系列安全監測智能采集單元及安全監測云服務系統軟件進行構建，實現了監測儀器的自動化接入，并開發了功能全面、集成度高的安全監測信息管理系統，形成了白鶴灘水電站安全狀態全面感知與監控預警體系。
圖為長江科學院研發的大壩安全監測系統。新華網發
李端有介紹說，針對水利水電工程施工期或運行期安全監測需求，長江科學院基于物聯網技術研制了安全監測自動化成套設備及智能傳感器，并開發了大壩安全監測數據管理及分析云服務系統，實現了大壩安全信息的智能感知、開放物聯和智慧應用。
長江科學院研發的安全監測自動化系統還應用于烏東德水電站、向家壩水電站、溪洛渡水電站和丹江口水利樞紐工程、大藤峽水利樞紐、珠江三角洲水資源配置工程、引江濟淮工程等20余項大型水利水電工程，為優化設計、指導施工和保障工程安全發揮了重要作用。
“以科技力量服務水利水電工程建設運行是長江科學院的一項重要使命。成立70多年來，長江科學院在三峽工程、南水北調、烏東德、白鶴灘、向家壩、溪洛渡、滇中引水、引江濟淮等水利水電工程建設與運行中，提供了多專業、高質量的科技服務，有力支撐了國家水利水電事業發展和經濟社會發展。”長江科學院院長盧金友說。
