□本报记者 贾茜

　　丹江口大坝加高工程，相当于为一座已运行数十年的老坝“穿衣戴帽”。施工过程中，新老混凝土结合面能否有效传力、老坝体能否抵御新增荷载、大坝能否在初期工程正常运行条件下完成加高——每一项问题都需要开展技术攻关。专家们从中国传统木作工艺中汲取灵感，凭借“后帮有限结合”理论攻克设计难关，依靠榫卯式“限位传力键槽”、倒挂金钩式自锁锚杆、“会拐弯的软锯子”绳锯切割等思路破解施工难题；如今又通过数字孪生系统实时推演新老坝体结合部位的安全状况。这条自主创新之路，也让丹江口大坝加高工程荣获2026年中国土木工程詹天佑奖。

　　老坝加高，难在哪

　　丹江口工程于1958年开建，是新中国成立后由我国自行勘测、设计、施工的汉江治理与保护领域首座大型水利枢纽。2005年，为实现南水北调中线工程全程自流调水，丹江口大坝加高工程正式开工，主要建设内容为下游斜坡面培厚与坝顶加高，人们形象地称其为给大坝“穿衣戴帽”。

　　工程规模之大、技术之难、施工之艰国内空前，建设难度在大坝加高史上极为罕见。

　　“传统理论认为，新老混凝土结合面必须达到100%的结合比例才能保证工程安全。但大量现场试验显示，丹江口大坝新老坝体结合面开裂难以避免，100%的结合比例无法实现。”水利部长江水利委员会南水北调中线水源有限责任公司工程管理部副主任胡雨新说，“如果不能从丹江口大坝加高现场条件出发，从根本上破解新老混凝土结合比例理论关，大坝加高工程无从谈起。”

　　基于新老坝体结合面开裂难以避免的客观现实，建设者通过大量技术试验，创新提出“后帮有限结合”加高设计新理论，提出新老坝体结合面20%的安全结合比例标准，突破传统重力坝加高结合面完全固结原则，闯过理论创新关。

　　传统木作里的破题智慧

　　理论关闯过，施工关接踵而至。在下游斜坡面培厚新混凝土，如何防止新混凝土因重力作用下滑？技术人员从传统木工榫卯结构中获得启发，在大坝下游斜坡面全面设置“限位传力键槽”。

　　榫卯结构，凸出部分为榫头，凹入部分为卯眼，通过凹凸咬合连接木构件。建设者在老坝混凝土面横向开凿凹面为“槽”，再向凹面浇筑形成凸起的“键”，让新老混凝土如同榫头和卯眼般自然咬合，好似两块“搓衣板”错落扣在一起，再辅以钢筋锚杆等设施，确保新老混凝土充分结合。

　　大坝溢流坝段闸墩处，加高后蓄水量增加、坝顶新增混凝土，给老闸墩带来更大压力。技术人员创新提出薄壁闸墩空间均衡整体加固技术，给闸墩纵向加装全新“筋骨”。这“筋骨”同样蕴含传统智慧：传统土木工艺中有一种倒挂金钩构造，将部分构件设计成倒挂形态，与主体结构形成“自锁”，提升稳定性与承载能力。施工中，技术人员给闸墩纵向加装倒锥形多层自锁锚杆，利用“倒挂金钩”形态的锚杆锚头与闸墩钻孔孔壁的机械咬合力形成“自锁”效应，再通过对锚杆锚固段分级灌浆提升锚固力，破解了老坝闸墩的核心安全难题。

　　右岸转弯联接坝段的难题更为特殊。初期工程建设阶段，施工单位曾对转弯联接坝段间的横缝进行灌浆处理，使各转弯坝段连为整体，形成反拱坝段不利拱效应。加高后蓄水量增加，为确保大坝整体安全，必须恢复各坝段独立变形能力，将横缝重新切开，把“死缝”变为“活缝”。然而，转弯联接坝段弧度不一，传统切割锯无法“转弯”作业。技术人员再次从传统智慧中获得启发：传统土木施工中有一种俗称“软锯子”的切割工具，绳锯外观如同柔韧的绳索，依靠绳上的金刚石刀头与自身柔韧性，可灵活适配各类弧度的切割需求。针对右岸转弯联接坝段的不利拱效应，技术人员首创绳锯切割横缝技术，用“会拐弯的软锯子”适配转弯联接坝段的不同弧度，同时发明“大分区小作业，绳锯水平切割”重力坝横缝切割专利技术，成功消除了右岸反拱坝段的不利拱效应。

　　“后帮有限结合”理论闯过设计关，榫卯式键槽让新老混凝土错落咬合，倒挂金钩式锚杆破解闸墩核心安全问题，绳锯切缝消除右岸反拱不利效应——丹江口大坝加高工程通过设计理论突破性创新、老坝缺陷微创系统修复、施工技术系统革新，高质量完成加高任务。

　　数字孪生“接棒”

　　加高后的丹江口大坝，新老坝体结合部位的安全状况始终是运行管理的重点。乘着数字技术发展的东风，数字孪生丹江口工程在智慧水利领域持续探索。作为国内首个运用基于有限元的机理模型实现大坝性态在线跟踪映射的数字孪生系统，数字孪生丹江口工程通过构建精细化有限元结构仿真分析模型，在线模拟大坝温度场、渗流场、应力场、变形场等关键物理场，精准掌握和预判大坝在实际服役条件下各部位的安全性态，其中新老坝体结合部位的安全状况及预判结果是核心关注内容。“针对加高坝体的特殊性，我们在构建数字孪生丹江口工程时，全面借助数字技术实时推演新老坝体结合部位的安全状况，在自主研发大坝性态多物理场耦合仿真及动态反馈修正技术、形成仿真—监测互馈修正的数字孪生驱动新模式方面实现了重要技术突破。”长江委南水北调中线水源有限责任公司技术发展部工作人员杨星玥介绍。

　　打开数字孪生丹江口工程系统，新老混凝土结合面实时接触面积比例、接触状态空间分布等体现工程特色的模型计算结果与监测结果对比一目了然；坝顶位移、坝踵与坝趾应力、大坝抗滑稳定等安全运维信息一应俱全。技术人员轻点鼠标，便可对气温、水温、水位、风速、日照等环境因素，以及材料、施工、结构因素影响下大坝温度、变形、应力的时空分布进行动态模拟预演，为工程日常运行管理、防汛、高水位蓄水提供技术支撑。

　　在2023年秋汛、2025年“最密集秋汛”、洪水资源化统筹调度及丹江口水库满蓄过程中，数字孪生丹江口工程有效实现大坝性态同步跟踪与动态推演，以科技之力保障南水北调中线水源工程安全稳定运行。借传统智慧破局，乘时代东风前行，丹江口大坝加高工程从历史中走来，在时代浪潮中发展，向着新征程迈进。长江委南水北调中线水源有限责任公司总经理李飞表示，未来公司将进一步加强统筹调度，围绕丹江口水库“安全大坝、生态大坝、智能大坝”试点建设目标，聚力攻坚重点任务，全面提升自主创新能力，力争形成高质量试点成果，为确保“一泓清水永续北上”持续贡献力量。

　　来源：中国水利报 2026年10月22日