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定日镜增温技术应用,世界第一高坝冬季高寒“回温术”

2022.04.14 来自:中国水利水电第七工程局有限公司

四月的川西高原,依旧春寒料峭。在世界第一高坝——双江口水电站大坝基坑施工现场,机械设备轰鸣齐响,有序行进。在2500米高程处,随着镜面旋转,太阳光线精准反射到大坝心墙填筑区,这就是世界第一高坝的高寒冬季回温术——定日镜。经过半年多的反复论证和试验,针对双江口水电站高寒地区300米级砾石土心墙堆石坝太阳能增温提效技术应用正式“服役”。


定日镜


据了解,作为大渡河上游龙头水库电站,双江口水电站位于四川省阿坝州马尔康市境内,大坝坝型为砾石土心墙堆石坝,最大坝高315米,是目前世界第一高坝,具有“高海拔、高坝、高地应力、高流速、高边坡、高寒”等“六高”特点。


水电七局三分局自进场以来,便克服种种困难。2020年4月26日大坝心墙启动填筑,但之后的填筑过程困难重重。高原地区天气多变,夏日雨季绵长、冬季气候严寒,极端气温低至零下20℃,有效施工期短,不考虑其他因素,单是应对天气就需要耗费极大功夫。


依据现场降雨、气温统计资料反映,心墙全年填筑有效时间仅为6个月,远低于招标阶段大坝全年有效填筑时间8个月,其中冬季(12月~2月)在气候条件很好的情况下有效填筑时间最长才1个月。


冻住的不止是坝面,还有珍贵的时间和迫切的工期。为了缓解“冬冻”问题,有效提高项目施工率,项目部组建了以项目总经理为组长的专门研究小组,同时聘请、咨询相关行业专家,开始进行“保温”研究。


2021年10月16日,中国水利水电建设工程咨询有限公司受双江口公司委托,在双江口水电站工程现场组织召开了双江口水电站大坝冬雨季施工措施技术咨询会议,会议形成《四川大渡河双江口水电站大坝冬雨季施工措施与抗冲耐磨混凝土配合比试验成果》,“建议研究利用堆存场地和气膜技术,构建全封闭大规模堆存和掺拌场地,并在其中实现上坝土体蓄热或加热的可行性”。因此,为提升大坝冬季有效填筑时间,有必要在双江口水电站开展实施大坝心墙定日镜增温试验工作。


为解决双江口水电站大坝心墙填筑冬季施工期间全天无日照、气温较低、气温及土温均达不到设计要求的问题,根据研究建议,提出一种采用定日镜反射太阳光为大坝心墙填筑面增温的技术方法。结合2020年冬季心墙填筑施工经验及现场实际情况,确定采用在左岸增设定日镜的方式将太阳光精准反射至砾石土堆石坝心墙区,对心墙填筑面进行增温,间接形成日照条件,实现高寒地区背光施工界面快速除冻增温,同时聚焦增加热量,延长冬季有效施工时间,保证大坝填筑施工进度,降低施工成本。


首先理论分析定日镜增温土料目标任务的可行性,再现场验证定日镜增温效果,同时收集相关参数,最后综合因素确定定日镜数量及位置,并进行现场应用。经过一系列测算,最终试验部位选取了大坝左岸观景台至开关站一线、25号公路出口、23号公路端头等部位布置定日镜,对心墙填筑面进行照射。


【据CSPPLAZA此前报道,该定日镜增温项目采用了20台成都博昱新能源有限公司H-67型定日镜。由成都博昱与业主以技术开发(委托)合同的形式进行合作完成。】


从2021年12月7日开始施工到2022年2月23日安装调试完成,前后70余天,均是高原峡谷最寒冷的时期,完成了20套定日镜,合计面积1340平方米,同时采用专业分析软件对光线进行追迹分析形成实时动态光照数据。根据现场实际天气情况及太阳照射情况,定日镜从安装到完成,共计对比测温15天。


双江口大坝定日镜排布


“我们通过对15天的数据分析,发现定日镜照射面比非照射面平均气温高6℃左右;填筑面表面温度平均高6℃左右;填筑面以下5厘米处温度平均高1℃左右。”项目工程部负责人介绍道。


“综合数据说明,在气温较低时段,定日镜于上午9点启动,定日镜照射部位砾石土表面温度基本能在上午9:30~10c00左右恢复至正温,时长大概为0.5小时至1小时。未照射部位基本在下午13:00~13:30左右才恢复至正温。这就意味着可提前3.5小时进行填筑施工。”且经现场初步量测,每平米定日镜反射的太阳光基本能照射其两倍面积。


“定日镜每天可为我们在有太阳的低气温时段至少能争取3个半小时的宝贵施工时间,这对项目来说,是个重大的好消息。有机会从天气不可抗力因素的桎梏中暂时跳脱,太好了。”作为项目总经理,华正超对于定日镜增温效果非常满意,激动不已。这证明双江口的冬季施工得到了一定程度上的保障。


自2022年2月24日验收通过后,定日镜正式开始进入服役期,这是光热技术和水电建设的一次完美结合,也是水电建设者不断突破桎梏,积极采用新技术新工艺为解决实际施工难题的不断尝试。


“不容易啊,咱们双江口心墙填筑冬季施工关键技术总算是取得了实质性的进展。”四川大渡河双江口水电开发有限公司负责人对定日镜的成功应用给予了肯定,也对水电七局科技创新竖起了大拇指。


来源:中国水利水电第七工程局有限公司,原文有删减。




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