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随着国家“双碳”战略的深入推进，隧道工程、矿山支护等领域对绿色、高性能建材的需求日益迫切。无碱液体速凝剂以其无腐蚀、高早期强度、优异耐久性及环境友好等显著优势，正在加速替代传统高碱速凝剂。近年来，铁路工程已全面禁用碱性速凝剂，标志着无碱速凝剂已成为行业发展的主流方向。然而，该技术仍面临四大挑战：一是对水泥组分和环境温度适应性较差；二是高氟、高硫体系可能引发的长期耐久性问题；三是微观作用机理尚不明确，缺乏系统理论支撑；四是环保隐患，特别是氟化物对地下水的潜在污染。解决上述问题对推动行业技术升级与绿色发展具有重要意义。 针对以上技术瓶颈，项目组经过多年持续攻关，成功开发出一种绿色低碳型无碱液体速凝剂，并系统开展了其在储存稳定性、促凝早强性能、水泥适应性及工程应用效果等方面的综合评价。研究揭示了速凝剂在水泥水化过程中的促凝机制及其对水化产物微结构的影响，优化了关键制备工艺参数，验证了其对混凝土耐久性的提升作用，并评估了高氟/高硫体系的环境安全性，为无碱速凝剂的科学研发与规模化应用提供了重要的理论依据和技术支撑。主要创新点如下： 1.创新提出了无氟/低氟体系下的无热源制备新工艺，通过引入C-S-H凝胶纳米晶核与多环结构大分子，并利用其与温轮胶的协同耦合效应，所制备的无碱速凝剂使水泥基材料凝结时间缩短30%以上，早期强度提高25%，同时实现了180天的超长储存稳定期； 2.首次系统阐明了不同速凝剂体系(包括有碱、高氟、低氟及无氟体系)对混凝土耐久性的影响机制，在此基础上成功研制出新型无氟、无氯、无碱液体速凝剂，使混凝土抗冻等级达到F200，碳化深度降低40%，抗硫酸盐侵蚀性能提升30%； 3.创造性采用醇胺/酰胺改性技术，结合二水石膏水泥体系，有效解决了喷射混凝土滞水添加导致的速凝剂凝结延迟技术难题，实现水泥浆体初凝时间不超过3分钟，终凝时间不超过8分钟，完全满足高标准工程应用要求。 项目成果已获授权国家发明专利8项，发表学术论文34篇，其中SCI收录29篇；培养博士3人、硕士2人。所开发的无碱液体速凝剂产品自2021年起已在西十高铁、西康高铁、贵州抽水蓄能电站等一系列国家重点工程中成功实现规模化应用。近四年累计新增产量40116吨，新增产值6000多万元，新增利税约1000万元，经济社会效益显著。产品推广应用显著提升了建筑工程质量，延长了结构服役寿命，降低了维护成本，应用前景广阔，为解决现代喷射混凝土工作性能与长期耐久性难题提供了重要的科学技术支撑和工程实践途径。

土石坝是由土、石料等当地材料填筑而成的坝。中国已建土石坝数量约9.5万座，最大坝高超300m，中国土石坝在数量和规模上均居世界首位，如何保障大坝安全关乎国计民生。土石坝材料性态复杂、服役条件多变、多源风险耦合，由此引发渗漏、变形、失稳，甚至溃坝等突出工程安全问题。大坝一旦破坏，将造成不可预估的损失。国家陆续出台政策文件，加强水利工程安全风险防控。尤其是当前雅下水电开发和抽水蓄能电站大规模建设对土石坝安全评估和风险防控提出更高要求。开展土石坝安全评估和风险防控研究是国家重大科技需求。 中国大规模水利水电工程开发推动了土石坝安全分析和控制理论的技术进步。然而，长期以来土石坝安全风险防控主要依赖以经验方法为主的绝对安全控制手段。水利工程没有绝对的安全只有相对的风险。土石坝安全防控亟需从传统“安全控制”向“风险防控”转变，其中主要面临结构安全可靠性分析理论不完善、运行安全评估技术智能化程度低、溃坝风险防控技术落后等技术瓶颈。特别是当前流域梯级水库群开发和极端复杂服役条件使上述问题愈加突出。土石坝安全评估与风险防控关键技术亟待突破。 项目组以国家和企业项目为依托，结合积石峡、玛尔挡、镇安抽蓄等工程建设与运行，针对土石坝安全评估与风险防控面临的技术瓶颈，创新了考虑参数互馈和多场耦合的土石坝安全可靠性分析理论，解决了可靠性精准分析难题；建立了数据-物理驱动的安全智能评估方法，突破了运行安全准确评估技术瓶颈；开发了土石坝溃坝动态风险评估及处置技术，实现了溃坝动态风险防控，形成了“保可靠、准评估、防溃坝”安全评估与风险防控全链条关键技术体系，推动了安全防控从“安全控制”向“风险防控”转变。 该项目创新成果如下： (1)创新点1：创新了考虑参数互馈和多场耦合效应的土石坝安全可靠性分析理论。 (2)创新点2：建立了全覆盖监测数据-高精度仿真驱动的结构安全智能评估方法。 (3)创新点3：开发了基于溃坝仿真和风险损失的土石坝溃坝风险评估及处置技术。 依托项目组研究成果，制定行业标准8部；获发明专利26项，实用新型专利19项，软件著作权17项；出版专著3部，发表高水平论文155篇，其中SCI/EI收录105篇。成果直接应用于西安市水源地黑河金盆水库、陕西首座抽水蓄能电站(镇安)、黄河上游已建最高面板堆石坝(玛尔挡，211m)、国内已建最高沥青混凝土心墙堆石坝(去学，173.2m)等30余座工程并辐射到国外，为工程建设运行提供了可靠性分析、安全评估预警、溃坝风险防控全方位技术支持，极大地推动了土石坝防灾减灾领域技术进步。 应用情况： 以国家和企业项目为依托，项目组针对土石坝结构安全可靠性分析理论不足、动态安全监控技术水平低、溃坝风险防控技术落后等突出问题。结合镇安、玛尔挡、去学等高堆石坝工程的建设，形成了土石坝安全控制与风险防控关键技术体系，推动了中国土石坝防灾减灾技术的进步。成果直接应用于陕西首座抽水蓄能电站堆石坝(镇安)、黄河上游已建最高面板堆石坝(玛尔挡，211m)、国内已建最高沥青混凝土心墙堆石坝(去学，173.2m)等30余座典型工程并辐射到国外，产生了巨大的经济、社会和环境效益，为中国成为世界水利科技强国做出了重要贡献。

阳江抽水蓄能电站工程引水发电隧洞内最大静水压力达800m水头，动水压力达1108m，是国内核准建设的净水头最高的抽水蓄能电站。引水隧洞的水道竖井采用上下两段400m级超深竖井的设计；该工程高压岔管采用混凝土结构，且“一管三机”的卜型结构设计，结构复杂。超高的压力水头和特殊的结构设计，给隧洞施工带来了挑战，同时对开挖和衬砌施工质量控制提出了非常高的要求。针对上述问题，项目采用室内及现场试验相结合的方法，从超深竖井导孔精准定位工艺，提升系统设计与布置，竖井及岔管精细化开挖施工技术，衬砌混凝土配合比和施工装备及方法、质量控制方法等方面开展研究。 1、研制了定向钻进组合钻具装置，集成了随钻测斜系统，形成了适用于超深竖井的导孔磁导向轨迹分析及控制方法和实时定位纠偏钻进技术，实现了单井400m级竖井导井高精度贯通，导孔精度控制在1‰以内。 2、研制了全断面针梁式滑模台车，以针梁作为行走和支撑结构，上部2/3采用钢模台车，下部1/3采用环向导轨式滑模，实现了全断面混凝土衬砌一次连续浇筑成型，有效消除了仰拱部位气泡、麻面等质量顽疾，保证了衬砌混凝土的施工质量。 3、提出了上下平台岩锚梁桁架基础和独立免拆式钢桁架结构设计，形成了竖井独立操作双平台的提升系统，保证了提升系统安全可靠，实现了提升井架平台的通用性。 4、研究采用先主洞后岔洞、先中导洞后保护层、保护层双层光面爆破、支管反向扩挖等方法，形成了高压岔管精细开挖技术，有效控制了围岩损伤，提高了开挖成型质量。 项目获得发明专利2件，实用新型专利11件，受理发明专利1件，总结形成省部级工法9项。该成果研究经中国电力建设企业协会组织业内专家评审，结论为：该关键技术成果总体达到国际先进水平，其中全断面针梁式滑模台车达到国际领先水平。 上竖井导孔贯通后偏斜33cm，偏斜率控制在0.1%以内。下竖井导孔贯通后偏斜25cm，偏斜率控制在0.1%以内，完成引水上下竖井开挖支护；高压岔管半孔率96.5%，远高于规范85%的要求、平整度±7cm；引水上下竖井混凝土优良率95%，高压岔管混凝土优良率93.5%，引水下平洞混凝土优良率94.2%。 项目成果已在阳江抽水蓄能电站、梅州(五华)抽水蓄能电站、南宁抽水蓄能电站等工程中成功应用，应用效果良好，共计产生经济效益3219.2万元，经济社会效益显著。其中阳江抽水蓄能电站经水利部长江科学院工程质量检测中心检测，混凝土28d龄期的标准试件测定抗渗等级达到W8，防渗效果良好；电站引水隧洞充水一次成功，最大渗流量经测定为30m³/h；竖井提升平台历经开挖支护、衬砌、灌浆及抗侵蚀材料涂刷作业等工序，安全运行32个月，运行状态良好，得到了业主、监理的一致好评，为后续高压水道施工提供了指导性意见。通过竖井定向导孔施工技术的研究，填补了国内水电行业定向钻孔技术的空白，高压隧洞衬砌采用针梁滑模台车浇筑及竖井弯段(90°弯管)、高压岔管采用新型支撑系统全圆一次浇筑成型，填补国内行业施工先河，树立了企业新的技术标杆形象，能获得较好的社会效益。

为助力实现碳达峰碳中和目标，适应新型电力系统建设和大规模高比例新能源发展需要，国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》，抽水蓄能电站行业迎来快速发展时期。与常规水电站不同，抽水蓄能电站具有水库及输水系统防渗要求高、库水位升降频繁且涨落速度快、输水系统双向水流水力设计难、压力管道HD值大、水力过渡过程工况复杂、地下厂房洞室群施工工期长等特点，尤其严寒地区抽水蓄能电站年冻融循环次数较多，运行环境更加复杂，冰盖及冰的运动对机组发电效率、库区边坡稳定、库区混凝土结构表面、建筑物材料耐久性等造成不同程度的影响和破坏。因此，为保证严寒地区抽水蓄能电站运行安全，在系统掌握抽水蓄能电站水库冰情基础上，研究形成严寒地区抽水蓄能电站设计关键技术十分必要。2007年1月-2022年6月，中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司联合国网新源集团有限公司、中国水利水电科学研究院、水电水利规划设计总院、北京化工大学、天津大学等单位先后开展了西龙池、张河湾、呼蓄、敦化、丰宁、清原、芝瑞、浑源等项目的勘测设计工作，在严寒地区抽水蓄能电站领域积累了丰富的经验。项目团队通过对水库冰情、水库防渗及筑坝、输水发电系统、隧道掘进机(TBM)应用等关键技术进行系统研究，形成完整的冰情设计体系和冰情智能监测系统；构建严寒地区抽水蓄能电站水库防渗及筑坝技术体系；提出双向水流的输水发电系统设计关键技术；建立了优选导叶关闭规律、计算工况的选择以及调节保证设计值确定的原则，形成了抽水蓄能电站过渡过程计算标准；提出一套适用于抽水蓄能电站隧道掘进机应用的设计关键技术。最终形成一套严寒地区抽水蓄能电站理论与实践相结合的设计关键技术体系。项目研究成果涉及理论研究、试验研究、新方法、新材料、新结构、新设备及新平台等多个方面，具有系统性、普适性、创新突破等特点，提出的关键技术已在多个工程应用且取得较好效果，将为中国严寒地区抽水蓄能电站的建设提供重要技术支撑，对行业发展具有深远影响。 1.主要研究内容及成果：项目结合严寒地区抽水蓄能电站低温环境下的运行特点，相继开展了严寒地区库区冰情及防冰盖措施研究、水库防渗及筑坝关键技术研究、输水发电系统关键技术、TBM在抽水蓄能电站应用关键技术等研究工作。(1)项目建立了严寒地区抽水蓄能电站设计关键技术体系，在促进行业科技进步方面发挥了积极作用。(2)提出水库冰情设计体系，为严寒地区抽水蓄能电站设计提供完善的理论依据，为电站防冰运行提供决策支持，完善了行业规程规范，实现了严寒地区抽水蓄能电站水库冰情理论研究的突破。(3)构建了适应宽温域、料源多元化的水库防渗及筑坝技术体系，针对沥青混凝土面板防渗、钢筋混凝土面板防渗、软岩筑坝、砂砾石筑坝等关键技术，研究提出设计技术指标、计算边界确定原则、新结构、新材料等成果。(4)提出适应双向水流的输水发电系统设计关键技术，针对进/出水口水力学、埋藏式月牙肋钢岔管、调节保证设计等设计问题，提出新的安全控制原则、过渡过程计算标准等，为相关规范制定提供基础。(5)开展了隧道掘进机在抽水蓄能电站应用关键技术研究，提出了“短洞长打”“多洞连打”的设计理念，形成了应用隧道掘进机施工的抽蓄电站地下洞室群布置通用设计方案，规定了各类地下洞室应用隧道掘进机施工的标准断面、纵坡和转弯半径等关键设计参数，统一了不同抽蓄电站隧洞应用隧道掘进机的结构尺寸，保证了隧道掘进机在抽水蓄能电站中连续大规模应用。 2.主要技术创新：项目建立了水库冰情数学模型，揭示了严寒地区水库冰情生长消融演变规律，首创了考虑机组运行影响的最大冰厚和冰冻库容计算方法，提出了水库防冰害对策措施。建立了能够模拟上、下水库掺混作用的水-热-冰动力过程数学模型，该模型包括水力计算模块、温度扩散模块、冰盖热力消长模块和冰盖破裂模块；开发了基于冰盖压力和温度畸变的库区冰情智能监测系统，实现全天候的冰盖厚度数据监测；揭示了严寒地区水库冰情生长消融演变规律，受抽发运行影响，水库结冰起始日期不早于附近天然河道与常规水库，融冰结束日期不晚于附近天然河道与常规水库，正常运行情况下，进/出水口附近一般形成一定面积的水域，水库库周与库内冰盖之间往往形成一条动水带或冰水混合变动带，使库内冰盖可以随库水升降，几乎不影响电站运行；提出了考虑机组运行影响的最大冰厚和冰冻库容计算方法，其中最大冰厚计算方法以气温、水温、机组运行次数、机组运行时间和上下水库水位变幅等为自变量，冰冻库容计算采用二重积分方法；提出了包括水库防冰运行方式的防冰盖对策措施和智能防冰盖设备；研发了基于B/S架构的水库冰情模拟及防冰运行管控平台，该水库冰情数学模型平台可以模拟抽水蓄能电站和常规电站冬期冰情演变过程，具有输入气温过程和运行方式计算冰冻库容、复核电网下达的调度运行方案是否满足防冰要求、根据模拟结果找到结冰临界状态并据此制定防冰运行方式等功能。项目提出了以冻断温度、拉伸应变和弯曲应变为控制指标的沥青混凝土面板设计方法和设计标准，形成了宽温域沥青混凝土面板防渗设计体系；提出了气温低于-40℃严寒环境下面板防渗层水工改性沥青混凝土的技术指标和设计配合比。研发了可压缩型止水结构、低温高塑性有机硅密封填料及氟改性聚氨酯防冰拔材料，构建了适应严寒地区的钢筋混凝土面板防渗设计体系。研究应用面板接缝可压缩型止水结构，在常规止水结构的基础上，通过在塑性填料内部或表面增加可压缩棒，增大表层保护盖片复合胎基布的变形量，以适应面板接缝大变形的要求。采用有机硅树脂和功能助剂，通过多级捏合工艺，制备了超支化有机硅塑性填料和保护盖片材料，该材料具有优异的耐低温性能，在-40℃环境下的塑性变形能力、黏接性能和断裂伸长率等主要性能指标均满足设计要求。采用氟改性聚氨酯和功能助剂，通过配料、高速混合、研磨和精制工艺，制备了氟改性聚氨酯超疏水材料，该材料具有低冰黏附力、低吸水率、低温环境与混凝土黏接性能好、高耐老化、长使用寿命和满足宽冗余施工(潮湿界面施工)等性能。提出了适应于水库水位升降频繁、涨落速度快的沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构。项目提出了竖井式进/出水口纺锤形下弯段和“S”形下弯段体形设计标准(NB/T 10342-2019《水电站调节保证设计导则》)；系统研究了下弯段采用纺锤体型式的竖井式进/出水口的水力特性，总结出竖井式进/出水口各部分体形参数对竖井式进/出水口水力特性的影响规律，全面提出了采用纺锤体形式下弯度时，竖井式进/出水口各部分体形参数设计的基本原则；提出了充分发挥围岩承载能力的月牙肋钢岔管设计标准(NB/T 35110-2018《水电站地下埋藏式月牙肋钢岔管设计规范》)。对埋藏式月牙肋岔管围岩联合作用情况进行了分析，为岔管围岩分担率取值提供了开拓性的新认识，同时首创提出了不再限制岔管的围岩分担比，而采用“明管准则”的安全控制原则：在不考虑围岩联合作用条件下，钢岔管的局部膜应力+弯曲应力不大于钢材的屈服强度；提出了考虑S特性的过渡过程工况确定和调节规律优化方法，以及计入压力脉动修正的调节保证计算方法，形成了抽水蓄能电站输水系统过渡过程计算标准和调节保证设计标准。项目提出了适应隧道掘进机施工的抽水蓄能电站地下洞室群布置方案，制定了压力管道、交通洞、通风洞、排水廊道应用隧道掘进机施工的标准断面和纵坡、转弯半径等设计标准，为缩短抽水蓄能电站关键线路施工工期奠定了基础。基于抽水蓄能电站隧洞种类多、单洞长度短、转弯变坡频繁的布置特点，对抽蓄电站应用隧道掘进机的通用设计和施工组织设计进行了研究，提出了应用隧道掘进机的标准断面、纵坡、转弯半径等关键设计参数，具体包括：排水廊道螺旋形和环形布置方案将排水廊道、自流排水洞隧道掘进机开挖洞径统一为直径3.5m，最小转弯半径统一为30m；交通洞、通风洞连通布置等设计方案将交通洞、通风洞隧道掘进机开挖洞径统一为直径9.5m和直径8.8m，最小转弯半径统一为90m；高压管道单斜井布置方案将高压管道的设计管径进行了统一。形成了抽蓄电站应用隧道掘进机的标准化设计方案，为隧道掘进机在抽水蓄能电站成功应用并缩短关键线路工期奠定了基础，开创了隧道掘进机在抽蓄电站地下洞室群应用的先河。项目获授权中国发明专利29件(一种抽水蓄能电站冰情动态测量方法，ZL202310506241.2等)、实用新型专利16件(一种抽水蓄能电站出线竖井结构，ZL202322616295.2等)，登记软件著作权3件。 3.社会经济效益：项目紧密围绕严寒地区抽水蓄能电站建设的特点，解决了水库防渗要求高、输水系统双向过流难协调、水力过渡过程复杂、压力管道HD值大、地下厂房洞室群施工工期长等难题，在适应严寒地区抽水蓄能电站运行及极端环境、提升工程耐久性和安全性、促进生态环保、缩短工程建设周期等方面做出突出贡献，推进了中国严寒地区抽水蓄能电站建设，社会效益显著。研究成果在西龙池、张河湾、呼和浩特、敦化、清原、芝瑞等抽水蓄能电站运用，在解决工程技术难题、推动技术进步、促进行业发展的同时，给工程建设带来巨大的经济效益，初步计算，项目研究成果应用带来经济效益达5.85亿元。

该项目涉及的技术领域：水利水电、岩石力学与工程、云计算等科学技术领域。 白鹤滩水电站总装机容量1600万千瓦，单台装机100万千瓦，是全球在建总装机容量最大、单台装机容量最大、地下厂房洞室群规模最大的水电工程，被誉为新时代的大国重器。白鹤滩地下洞室群具有深埋高地应力、超大跨高边墙、硬脆玄武岩等工程特征，开挖施工技术难度极高，其主要痛点和难点是如何克服复杂地质条件和超大洞室群结构耦合影响下，开挖围岩施工质量与稳定控制以及复杂密闭洞群施工环境质量保障的难题。该项目围绕超大地下洞室群施工安全保障重大需求，历经近十年“产-学-研”联合攻关研究，取得了系统性研究成果： (1)建立了深埋硬脆玄武岩宏细观断裂损伤的时效变形破坏模型，提出了围岩变形调控的支护结构最佳实施时机确定方法，研发了全螺纹玻璃纤维增强等新式锚杆和大吨位分散式预应力锚索新型压浆材料，解决了深埋超大洞室群高效开挖支护与变形稳定控制的难题； (2)研发了深埋超大地下洞室群三维整体变形的非接触监测技术，提出了全局表观形变与局部内观响应的多源数据融合方法，构建了超大地下洞室群围岩多源信息协同反馈体系，实现了超大洞室群全局实时监测与开挖支护动态馈控； (3)提出了高地应力硬脆裂隙围岩的千吨级荷载岩锚梁微创开挖技术，研制了岩锚梁钢筋安装台车和单侧式混凝土浇筑钢模台车，构建了大吨位岩锚梁保护性开挖与混凝土台车浇筑的施工工法体系，实现了大跨度高边墙岩锚梁的优质高效机械化施工； (4)研发了复杂密闭洞室群通风散废施工仿真系统，提出了“分期布局、新污分流、送排结合、变频节能”全局通风与“喷淋隔断+雾化降尘”定点清浊相结合的绿色散废技术，改善了深埋超大洞室群施工环境，保障了施工人员生命健康。 研究成果获授权发明专利4项、实用新型专利11项、软件著作权2项及省部级施工工法2项，发表论文15篇，出版专著1部。专家评价项目成果“总体达到国际领先水平”，成果还得到了国内外知名专家的肯定和好评。 研究成果成功应用于白鹤滩水电站地下洞室群的施工建设，有力支撑了大国重器白鹤滩水电站的安全准点投产发电，新闻联播、人民日报等国家级媒体竞相报道。 项目成果还推广应用于杨房沟等十余个水电工程超大地下洞室群的开挖建设，有效解决了金沙江、雅砻江、大渡河等流域水电开发以及东中部地区抽水蓄能电站建设过程中的重大工程技术难题，取得了显著的社会经济效益，有力推动了中国水电工程地下洞室群建设的技术进步，具有广阔的推广应用前景。

大力开发可再生能源是中国能源发展的重要战略举措。中国《电力发展“十三五”规划》中明确提出“大力发展新能源，推动多能互补、协同优化的新能源电力综合开发”。然而，由于新能源波动大、间歇性强，系统调节能力不足，中国可再生能源的“弃水弃光弃风”问题十分突出，2016年“三弃”总电量近1100亿千瓦时，超过当年四川全省用电量的一半。梯级水电、光伏与抽蓄互补是解决大规模新能源并网消纳和安全送出的重要手段，关键难点是全功率变速抽蓄装备和水光蓄互补运行。长期以来，变速抽蓄被国外垄断，国内外无梯级水光蓄互补系统投运，在全功率变速抽蓄设计与控制、多电源容量优化配置与接入、互补系统多时间尺度协调调控等方面还存在系列难题，亟待攻克。 依托国家重点研发计划、国家基金、四川省科技计划以及国网公司等科技项目，围绕变速抽蓄装备，梯级水光蓄优化配置、调控运行、集成应用四个方面，超前谋划，产学研用协同攻关，取得如下原创性成果： ①突破全功率变速抽蓄技术壁垒。揭示变速抽蓄水-机-电耦合稳定机理，从无到有形成变速水泵水轮机、发电电动机、变流器、调速器及其协同控制方法等完整技术，研制成套装备，填补国内空白，0-50%非额定工况较定速抽蓄发电效率提升12.8%以上。②提出互补系统容量与接入优化配置方法。解析水光蓄荷多维不确定性规划场景，提出兼顾规划与运行、稳/暂态约束的梯级水光蓄容量与接入优化配置方法，③攻克互补系统多时间尺度协调调控难题。发明了基于伊藤随机过程的互补系统安全运行区间定量分析方法，建立了考虑梯级水流滞时的非连续多可行域优化调度模型，提出基于光伏波动自适应高低频分解的多元异构电源协调控制策略，互补系统调节精度提升27%。④突破梯级水光蓄互补系统集成技术。建成国内首座全功率变速抽蓄电站，发电功率调节范围拓宽20%、抽水功率调节范围拓宽10%；投运世界首个梯级水光蓄互补系统，最大功率波动降低83.98%。 授权发明专利60项，其中全功率抽蓄协同控制技术系列专利入选能源行业高价值专利；登记软著15项；发表论文75篇(SCI/EI 62篇)；出版专著3部；发布行/团标5项。郭剑波、许唯临、王成山院士等专家鉴定为：打破了国外技术垄断，整体达到国际领先水平。成果入选联合国《世界小水电发展报告2022》和四川十大科技新闻。 成果已在四川整体应用。水光蓄互补技术支撑雅砻江两河口等44个水光互补工程规划建设，并推广至西藏、贵州等省份。变速抽蓄技术推广至四川绵竹300MW级全功率变速抽蓄，支撑山东泰安等国产大型变速抽蓄机组研制。立项国际标准1项，推广至印尼、刚果(金)等“一带一路”国家。近三年，直接经济效益51.27亿元，每年节约标准煤120.5万吨、减少二氧化碳排放约297.3万吨。对于推动中国抽水蓄能和多能互补产业升级，发展新质生产力，提升国家能源本质安全具有重大意义。

近年来随着新能源大规模接入，系统波动性和随机性加大，对AGC的响应速度及调节幅度提出了更高要求。轴流转桨式水轮机所特有的调节灵活性、调节频度和深度优势高度契合新型电力系统需求，其主要承担系统调峰调频和事故备用任务，在国内外诸多水电站应用广泛。然而其不能完全适应大型化、宽调节的发展需求，存在需要解决的技术难题： 1.缺乏初生空化客观判断依据。水轮机的空化性能是机组稳定运行的重要指标，轴流转桨式水轮机空化与空蚀现象在众多电站中频发，甚至会引发异常振动和效率下降以及设备疲劳破坏等故障。初生空化是指空化气泡首次出现的现象，是模型实验时判断水轮机空化性能的依据。行业内判断初生空化采用人工识别法，制约提升空化性能的技术方法。 2.缺乏水轮机叶片间隙动态数值模拟方法。轴流转桨式水轮机转轮叶片间隙处压力梯度变化剧烈，具有流动状态复杂且计算域相对尺寸较小的特点，传统水力设计不考虑间隙尺寸和形状，间隙流动计算结果与试验结果偏差大，叶片空化性能难以优化。 3.轴流转桨式水轮机传动机构由活塞杆、操作架、耳柄等组成，机械安全裕度偏小。随着机组运行范围拓宽和调节次数增加，负荷变化过程中传动机构承受局部应力接近常见传动机构联接结构的屈服极限，制约水轮机调节能力。 针对上述问题，依托水口电站增容工程，项目组开发出世界上单机容量最大的235MW轴流转桨式水轮机，效率达95.6%，空化余量提升至1.33，操作架与活塞杆联结结构疲劳安全系数提高至5.2，达到国际领先水平，设备国产化率100%。 主要创新点如下： 1.提出以翼型空化作为初生空化的判断依据，并提出叶片双向挠曲骨线和超高叶栅稠密度设计方法。在传统叶片骨线设计中加入拐点，采用超常规大叶栅稠密度设计，提高转轮叶片空化阈值，抑制了各工况的翼型空化，解决了轴流转桨式水轮机翼型空蚀问题。 2.建立轴流转桨式水轮机动态间隙流动数值计算的预测方法。开发基于压力梯度急剧变化的小计算域高精度动态模拟方法，随工况变化相应动态模拟叶片间隙的变化情况，并在小于0.2mm的极小叶片间隙内划分多达五层的动态网格，精准地模拟了该区域的流动状态，模拟计算结果与模型试验结果吻合。进而改进了叶片轮缘、轮毂间隙处设计，消除了间隙流动带来的空蚀破坏。 3.首创传动机构操作架与活塞杆矩阵式螺栓联结结构。行业通用操作架与活塞杆联结结构为大螺纹把合形式或卡环形式，但存在机械安全裕度小问题。该项目首创矩阵式螺栓联结结构，强度极限提升至1000MPa，屈服极限达896MPa，疲劳安全系数为5.2，AGC响应时间缩短到8秒。 项目获得授权专利19项、国家标准1项，发表论文6篇，由中国工程院张勇传院士领衔的技术鉴定专家组认为：“项目成果总体达到国际领先水平”。项目成果已在福建等多个省份常规水电站、抽水蓄能电站及国外2座水电站转轮设计及制造中推广应用。近三年累计经济效益1.3224亿元。

受服役时间和复杂环境因素的双重影响，众多混凝土结构未达到设计使用年限便遭遇了显著的耐久性问题，其中水工建筑物及桥梁隧道工程问题尤为严峻。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确指出“建设韧性城市”的必要性，钢筋混凝土材料耐久性提升是全面建设韧性城市的基础条件。然而，现有结构混凝土多存在钢筋涂层易老化、混凝土主体易侵蚀、混凝土表层易脱落、开裂修复造价高等“四难”问题，特别是高寒、强侵蚀等恶劣条件下，上述问题愈加突出。因此，开展钢筋混凝土材料耐久性能提升关键技术研究，具有重大实际工程意义和广阔应用前景。 项目组以国家和企业项目为依托，历经10余年科技攻关，结合旬阳水电站、眉太高速公路、西村港跨海大桥等大型基础设施工程建设，围绕混凝土结构施工与服役期间面临的钢筋防腐、混凝土抗侵蚀、混凝土表层修复和开裂加固等钢筋混凝土材料耐久性能提升关键技术问题，研发了高强耐腐蚀绿色涂层材料，攻克了钢筋涂层易失效的技术难题；构建了混凝土多层面抗侵蚀技术体系，提高了混凝土结构的工程性能；首创了无机聚合物抗冲耐磨高强修复砂浆，实现了无界面剂湿作业施工；开发了高流态高强度地聚合物注浆材料，突破了大体积混凝土结构裂缝修补可注性低、固结效果差的技术瓶颈。形成了具有完全自主知识产权的钢筋混凝土材料耐久性能提升关键技术体系，实现了结构钢筋耐侵蚀、混凝土主体提强度、表层脱落易修复、开裂加固降造价的技术突破。 项目主要创新成果包括： (1)研发了高强耐候耐腐蚀绿色涂层材料。 针对混凝土中钢筋锈蚀引发的结构安全问题，发明了富硅铝前驱体地聚物绿色涂层材料，建立了地聚物涂层钢筋混凝土粘结-滑移本构模型，研发了涂层钢筋除锈、加工设备及振捣防护技术，解决了常用钢筋涂层易老化、粘结性能差及施工过程易破损的问题。 (2)构建了混凝土多层面抗侵蚀技术手段。 针对混凝土表面泛碱、侵蚀和开裂等一系列外观质量问题，研发了降泛碱占比、降水泥用量、升封闭孔占比的“两降一升”的抑碱剂，发明了混凝土表面抗裂养护剂，形成了低渗透高密实化混凝土施工标准，建立了完善的清水混凝土外观质量综合评价系统，提升了混凝土结构工程性能。 (3)首创了无机聚合物抗冲耐磨高强修复砂浆。 针对钢筋混凝土结构工作面修复问题，研发了无机聚合物抗冲耐磨修复砂浆材料，揭示了硅铝比对介质运移和相变、孔隙结构变化、材料结构变化和材料性能变化的内部演化机制，提出了预缩砂浆修补水工建筑物施工工法，修复砂浆粘结强度提升到了75%～195%。 (4)开发了高流态高强度地聚合物注浆材料。 针对现役大体积混凝土结构裂缝病害日益突出的难题，研发了高流态高强度地聚合物注浆材料，提出了混凝土重力坝横缝渗漏处理、混凝土裂缝贴嘴法化学灌浆及三浆液注浆堵水防漏施工工法，解决了大体积混凝土结构裂缝修补可注性低、固结效果差的问题。 项目组主参编国家标准2部，行业标准1部，团体标准2部；授权发明专利10项，实用新型16项，软件著作权4项；获得省部级工法5项；发表高水平学术论文42篇，其中SCI/EI收录32篇。培养博士、硕士30余名，混凝土结构的可持续发展、水利行业的进步和水利科技人才的培养做出了重要贡献。 项目提出的钢筋混凝土材料耐久性能提升关键技术已成功应用于玛尔挡水电站、羊曲水电站、旬阳水电站、同德抽水蓄能电站等水利水电工程，焦平高速焦作至荣阳段、周口-南阳高速公路、息县至邢集高速等公路工程等公路工程，眉太高速公路太白山隧道、重庆轨道交通10号线、北海市西村港跨海大桥等桥隧等工程，取得显著社会效益和经济效益。 应用情况： 该项目属于技术研发和应用，围绕钢筋防腐、混凝土抗侵蚀、混凝土表层修复和开裂加固等混凝土全生命周期的耐久性能提升关键问题展开研究。利用研究成果，解决了涂层材料防腐性能与粘结性能难兼顾的技术难题，避免了涂层钢筋在加工和浇筑过程中的破损问题，填补了混凝土外观质量定量评价的技术空白，杜绝了修复砂浆与混凝土界面粘结性能差、韧性差，脆性大，易开裂的技术难题，攻克了复杂裂隙填补效果差的问题。研究成果提出的钢筋混凝土韧性提升关键技术已成功在玛尔挡水电站、羊曲水电站、旬阳水电站、同德抽水蓄能电站等水利水电工程，焦平高速焦作至荣阳段、周口-南阳高速公路、息县至邢集高速等公路工程，眉太高速公路太白山隧道、重庆轨道交通10号线、北海市西村港跨海大桥等桥隧工程。 该项目产生的经济效益主要体现在：研发的高强耐候耐腐蚀的绿色地聚物涂层材料及涂层钢筋全流程保护技术，杜绝了因钢筋锈蚀产生的高额维护成本。建立的混凝土抗侵蚀多层面防护体系，提高材料强度的同时，多方面增强了混凝土结构的抗侵蚀能力，可节约材料成本，大幅降低混凝土结构维护成本。发明的高强抗冲耐磨砂浆无需涂刷界面剂即可工作，无视潮湿环境，简化了施工流程，提高了施工效率，施工成本仅为环氧砂浆的30%。开发的高强高流态注浆材料及配套施工技术，大幅降低浆液用量，有效降低施工成本，提高灌浆施工效率。成果在国内外30余项工程中得到了推广应用。

中国水库大坝在坝高和库容方面均位居世界前列，筑坝技术已达到国际领先水平，形成了中国经验。堆石混凝土坝由清华大学于2003年发明，具有工艺简单、施工快速、质量可靠、节约成本、环境友好等特点，曾获2017年国家技术发明二等奖。自此以后，堆石混凝土技术得到了高速发展，截至堆石混凝土已累计建造大坝217座，完成浇筑1005.61万方，减少碳排放271.52万吨，进入了由中小工程向重大工程、由中低坝向百米高坝、由国内向海外发展的新阶段。重大工程及百米高坝给堆石混凝土浇筑密实性、真实性能指标、现场性能感知和数智化施工管控都带来了更高的要求，为满足大坝建造的高质量和高效施工要求，并实现堆石混凝土坝数智化建造和百米高坝的目标，该项目开展了堆石混凝土坝建造技术的科技攻关。 获得的主要创新成果如下： (1)创建了浇注密实性评价模型，提出了大块石/骨料粒径比作为浇筑堵塞核心控制参数，建立了堆石混凝土浇筑密实性理论，为堆石混凝土坝设计规范在堆石粒径方面的突破奠定了理论基础。 (2)首次提出了全尺寸堆石混凝土力学性能室内试验方法，建立了堆石骨架孪生数字模型重构方法与堆石混凝土三相细观数值模型，发展了堆石混凝土材料真实性能指标体系，支撑了堆石混凝土坝设计规范升级堆石表面含泥量等指标的控制标准。 (3)开发了堆石粒径AI识别系统，研发了自密实混凝土全量检测仪和混凝土填充密实性智能检测传感器，建立了堆石混凝土坝全方位温度监测体系，创新了堆石混凝土坝工地现场性能感知关键技术，实现了堆石混凝土坝施工期各性能的全面动态感知。 (4)提出了堆石质量等级和自密实混凝土质量等级智能综合评价方法，研发了堆石混凝土施工管控数智化系统CIM4R，全面应用于东庄堆石混凝土二道坝建设，实现了对东庄二道坝施工全过程的精准管控，保障了东庄二道坝施工质量达优目标。 该项目授权发明专利22项，发布标准8部，出版专著2部，获批软著43项，发表论文112篇。成果全面应用于东庄堆石混凝土二道坝建造，保障了该工程施工质量达优目标，并推广应用于叶巴滩二道坝、永丰拱坝、平坦原抽蓄、沙千拱坝等堆石混凝土工程建设，经济、社会与环境效益显著。随着“国家水网”“长江经济带发展”“黄河流域生态保护和高质量发展”“抽水蓄能发展”和“一带一路”国际水利合作等国家战略的实施，应用前景广阔。 应用情况： 项目实施期2017年1月1日至今，共建171座堆石混凝土重力坝和11座堆石混凝土拱坝，其中49座堆石混凝土重力坝和1座堆石混凝土拱坝在建，实际浇筑堆石混凝土超过1327万方。该项目成果成功应用于东庄水利枢纽二道坝工程、平坦原抽蓄下库主坝工程、永丰水库、叶巴滩水电站二道坝工程、沙千水库、新疆哈密抽水蓄能电站下水库拦沙坝工程、马跳水库拦河坝工程和石沟水库等100余座堆石混凝土坝工程。

水库大坝在保障国家水安全、能源安全及河湖生态等方面发挥着不可替代的作用。随着“30·60双碳目标”、“国家水网建设”等国家战略的推进，需要建设一批库容大、调节能力强的高坝大库工程。混凝土面板堆石坝因其适应性强、就地取材、节能环保等优点，是高寒、高海拔、高地震烈度、地形地质条件复杂的西部地区水利水电建设的主力坝型，大坝建设正面临由坝高200m以下向300m级特高坝建设突破的重大需求和技术挑战。 随着坝高的增加，作用在坝体及地基上的水荷载急剧增加，300m级大坝水荷载分别是100m级大坝的9倍、200m级大坝的2.3倍，特高混凝土面板坝建设面临三大难题：大坝表面长大薄壁混凝土防渗面板结构安全控制难题、高坝大库难以完放空带来的大坝可检修性难题、复杂条件特高坝建设技术突破及长效安全保障难题。 项目团队长期以来依托国家重大工程建设需求，结合《300m级特高土石坝建设与安全保障技术》等国家重大研发计划、《多因素耦合作用下混凝土面板堆石坝面板性能演化研究》等5项国家自然科学基金及10余项省部级科技项目，围绕“面板坝由200m级坝高向300m级建设突破、保障大坝长效服役安全”目标，聚焦高面板堆石坝新型坝体结构设计创新及实践，近20年产学研用协同攻关，在高面板堆石坝新型复式结构设计、结构安全计算及分析理论、大坝安全保障技术体系及施工成套技术等方面取得了创新性突破。系列创新成果支撑了重大工程建设实践，为300m级特高面板堆石坝建设提供了理论基础与技术保障。 (1)创建了高面板堆石坝刚柔并济的新型复式结构，显著提升了防渗系统的可靠性，解决了大坝低底部位可检修性难题。 研发了在大坝上游设置高混凝土结构代替传统河床趾板的高面板堆石坝刚柔并济的新型复式结构体型，改善了长大薄壁混凝土防渗面板应力变形及地基渗透安全。提出了在混凝土结构内分层布设检修监测廊道，建立了河床地基-复式结构-坝面防渗面板及止水结构与水库放空设施协同的大坝检修维修体系，突破了高坝大库检修放空能力瓶颈。创新了复式结构高面板坝上下游分段布设监测设备、弯曲监测断面追踪关键部位等监测技术，解决超长距离精准监测的可靠性问题。破解了高面板堆石坝下部防渗结构“安全性及可维修性差”难题，为特高面板坝发展提供了新途径。 (2)创新了复式结构高面板堆石坝设计计算理论，攻克了新型结构设计计算方法难题。 研制了大中小型系列高精度接触面静动力试验装置，提出大型复杂结构与土体接触面“真三维、非连续、大变形”精准模拟测评技术，构筑了接触面三维弹塑性本构模型，建立了结构-土体一体化设计新理论。揭示了“库水-重力式结构-堆石体-基础”复杂相互作用机制，探明了重力式结构墙后堆石土压力作用形式和分布规律，首次推导提出施工期、蓄水期、运行期等不同运行工况重力式结构“墙面/堆石面双倾”有限位移土压力解析式，创新了堆石土压力计算理论与计算方法。提出了混凝土结构与堆石散粒体材料变形模量渐进过渡原则，研发了具有散粒体特性的局部胶结筑坝材料模量提升技术，建立了局部胶结高模量散粒体筑坝料“低围压初始高模量”与“高围压胶结渐进破坏软化”相统一的弹塑性本构模型，创新了复式结构高面板堆石坝设计方法。 (3)构建了复式结构高面板堆石坝安全保障技术体系及施工成套技术，为300m级特高面板堆石坝设计、建造、运维提供了技术保障。 自主研发了超大型多功能土石料原级配-多料层渗透试验技术与成套装备，揭示了300m级特高土石坝高水头高应力条件下渗透破坏机理，研发了百米级超深竖井原位勘察试验技术，提出了应力-渗流-温度多场耦合的砂砾石料渗透理论及高面板坝反滤设计准则。建立了土石坝变形总量与变形协调“双控”设计理论，构建了土石坝变形协调控制集成技术体系，提出了适应当地不同材料特性的坝体结构精细化分区方法，提出强震区复式结构高面板堆石坝适宜性抗震措施，结合大型振动台+离心机模型试验，研究提出复式高面板堆石坝极限抗震能力和评价指标。构建了“料源识别→坝料运输→仓面补水→无人智能碾压→质量检测控制”一体化智能建造平台体系，开发了寒旱区混凝土面板施工、坝体协调变形施工控制、复式结构混凝土浇筑与堆石料填筑碾压同步上升、土石方时空动态平衡控制等成套施工技术。 项目获国家发明专利27项、实用新型专利24项，主编行业标准7部，取得省部级工法7项，登记软件著作权20项，出版学术专著7部，发表学术论文113篇(SCI/EI51篇)。经院士专家鉴定认为“研究成果总体达到国际领先水平”。支撑了西北院勘察设计的世界最高的复式结构(混凝土结构高60m)黄河羊曲水电站、世界最高的大石峡面板砂砾石坝(坝高247m)、西北首座陕西镇安抽水蓄能电站等国家重大工程建设，并推广应用于陕西山阳抽水蓄能电站、马来西亚巴莱水电站、黄河茨哈峡水电站等国内外20余座水利水电工程，部分研究成果已纳入主编的行业标准，为300m级特高面板堆石坝建设提供了理论基础与技术保障，引领中国筑坝技术走向世界，推广应用前景广阔。仅开具的证明，近三年直接经济效益14.515亿元，经济社会环境效益巨大。