黄登工程位于云南省怒江州兰坪县境内，为澜沧江上游河段规划中的第六个梯级，工程以发电为主，是兼有防洪、灌溉、供水、水土保持和旅游等综合效益的大型水利水电工程。电站水库正常蓄水位为1619.00m，相应库容为15.49亿立方米，。装机容量1900MW，多年平均发电量85.78亿kW•h，工程为一等大（1）型工程。

主体工程由碾压混凝土重力坝、坝身3个溢流表孔、2个泄洪放空底孔、左岸地下引水发电系统、坝后水垫塘等组成。混凝土重力坝最大坝高为203m，是国内已建最高碾压混凝土重力坝，坝顶高程1625m，建基面最低高程1422m，最大坝高203m。坝顶轴线长度464m，共分20个坝段。溢流表孔孔口尺寸15m×21m，堰顶高程1598m，泄洪放空底孔孔口尺寸5m×8m，进口底槛高程1540m，均采用挑流消能方式。坝后水垫塘采用护岸不护底形式，底板高程1435m，底部宽度78.3m。

1、黄登水电站工程是高山峡谷区高碾压混凝土重力坝代表性工程，挡水大坝最大坝高为203m，是国内已建最高碾压混凝土重力坝，其主要的设计重、难点如下：

（1）坝肩高边坡稳定分析及工程措施研究

两岸表部岩体卸荷强烈，左岸开挖边坡最大高度达443m（包括缆机平台以上边坡；开口线以上自然山坡主要在缆机平台以上分布有倾倒蠕变岩体。右岸开挖边坡最大高度达408m（包括揽机平台以上边坡），其中坝顶高程以上永久开挖边坡高度为206m。根据工程地形地质条件和枢纽布置，针对枢纽区高边坡关键技术问题将借鉴我院在其他工程设计中的成功经验，整个枢纽布置上均考虑尽量采用地下交通线路，避免明挖。结合枢纽布置和工程实际地质条件尽可能降低边坡高度，开展相关科研研究、认真设计和复核两岸边坡稳定和加固处理工程措施。

（2）坝基深化及优化研究

坝址区为横向谷，坝址区两岸岩体分布有层状的凝灰岩夹层，其物理力学性能各向异性，相对火山角砾岩较软，对混凝土坝坝体的应力和稳定有不利影响，在开展现场地质力学试验、对凝灰岩试验成果综合分析研究的基础上，进行专题研究分析凝灰岩各项力学参数，计算分析其对坝体稳定和应力的影响。根据重力坝各坝段对坝基的要求，坝基部位地层岩性、风化程度、卸荷岩体性状、结构面发育规律和坝基岩体质量分级标准，确定坝基建基面岩体利用原则。大坝建基面根据开挖过程中实际揭露的地质条件进行优化。

（3）泄洪消能及雾化防护

由于工程处于峡谷区，泄洪消能建筑物布置受到一定限制，校核洪水工况枢纽调洪最大下泄流量约13854 m³/s（洪峰流量为14800 m³/s），上下游水位差约126m，总泄洪功率17500MW，最大单宽流量250m³/s。将对枢纽泄洪建筑物布置体型、泄洪雾化影响范围和工程防护措施等进行深入研究，使枢纽泄洪建筑物的布置、结构设计和雾化防护工程措施达到安全、经济、合理的目的。

（4）峡谷区混凝土坝快速施工

工程处于高山峡谷区，石料场距坝址约30km，大坝混凝土浇筑量大，材料运距远，合理的生产系统布置和运输方式选择是本工程的一个关键技术问题。根据工程特点，结合工程枢纽布置和建筑物设计，进行大坝施工合理布置、碾压混凝土原材料选择、混凝土配合比优化和混凝土温控设计等相关设计研究，提出峡谷区碾压混凝土坝快速施工设计方案。

（5）混凝土性能试验及温控措施研究

鉴于本工程重要性以及温度控制的难度较大采用三维有限元分析方法，模拟碾压混凝土碾压过程中的各种影响因素，进行坝体混凝土温度场、温度应力和结构应力仿真计算，对各种温控措施的效果进行计算分析。考虑坝体碾压混凝土碾压过程中的各种影响因素和需采取的温控措施，模拟碾压混凝土碾压过程，进行数值仿真计算分析，得出合理有效的碾压混凝土温控措施，满足设计和施工的需要。计算不同的浇筑时段、浇筑层厚、间歇期、浇筑温度，温控方式对混凝土最高温度和基础温差应力的影响，得出合理温控方案，为设计和施工提供科学依据。

2、工程先进性

工程设计中取得一系列创新成果，其主要先进性包括以下方面：

（1）基于BIM的高碾压混凝土重力坝设计和施工技术研究

1）HydroBIM-GeoBIM三维地质模型开发与运用

开发了三维地质建模软件，通过地质数据集成管理、累积更新方法及围合面技术首次实现三维地质建模技术在水电工程全阶段的运用；通过点拟合成面和曲面网格化技术实现了地质模型与建筑物模型的无缝衔接。通过面建模方法创建坝基开挖面模型，首次实现坝基地质信息三维精细化收资、评价及展示，直观、准确呈现坝基工程地质条件。为坝基的抗滑稳定性计算及帷幕灌浆检查孔的布置提供准确依据。

2）复杂地质条件坝肩倾倒变形边坡治理及坝基处理关键技术

根据400m级倾倒变形边坡的宏观结构及变形特征，通过自主研发的野外层状岩质边坡岩体弯折破坏试验仪与室内模拟层状岩质边坡卸荷变形的装置，获得了倾倒变形发育全生命周期模型，首次提出了倾倒折断发生的控制应力特征和破坏规律，建立了倾倒变形岩体的质量评价标准，查明了软弱岩性及片理构造是物质基础，重力作用及构造牵引是主要原因的倾倒机理，提出了倾倒变形岩体在开挖释放荷载作用下的“倾倒-蠕变”破坏模式。准确评价了边坡稳定性，针对性的制定了工程处理措施。综合地形地质信息、施工进度信息、监测信息、数值仿真信息及安全评价信息等大量信息，研发了边坡安全评价和预警决策系统，实现了数字化、可视化仿真应用，实现了边坡动态设计与施工。

3）材料特性及温度控制关键技术

以提高碾压混凝土抗裂性和耐久性为核心，对碾压混凝土原材料和配合比性能以及层间结合特性进行全面深化研究，掌握大坝混凝土的实际特性，提出了性能优于规范要求的原材料品质指标，提高了大坝混凝土的抗裂性和耐久性。

进行了碾压混凝土层间结合性能的影响因素进行了全要素试验研究，全面掌握了层间间隔时间、层面处理方式、龄期、以及降雨和气温等对碾压混凝土性能的影响，提出了黄登大坝碾压混凝土施工质量控制的标准体系。现场施工中碾压混凝土层面热缝、温缝和冷缝判定方法为：高温季节碾压混凝土层面热缝控制在不超过4小时、温缝不超过6小时、大于6小时应按冷缝处理；低温季节碾压混凝土层面热缝控制在不超过6小时、温缝不超过8小时、大于8小时应按冷缝处理。

提出了“基础温差适当放宽，内外温差从严控制”的高碾压混凝土重力坝温控设计准则。出机口温度：控制在12℃至17 ℃。浇筑温度：控制在17℃至22 ℃。最高温度：控制在28℃至33 ℃，温差控制：新老碾压混凝土温差小于13℃，内外温差小于17℃。首次实现特高碾压混凝土坝全坝全过程智能温度控制，开创混凝土坝温度控制新模式。

在工程实施过程中，基于大坝混凝土智能温控及大坝安全监测的相关数据信息，综合运用大体积混凝土温度场及温度应力三维有限元分析程序、神经网络和遗传算法等技术，实现大坝混凝土实施浇筑过程中的材料参数和边界条件的反演及全坝温度场和温度应力的仿真分析和预测，通过反演仿真分析实现对黄登大坝混凝土内部温度和应力在空间和时间上的分布变化规律的动态跟踪，分析混凝土开裂风险，评估大坝工作性态及安全性，实现黄登水电站碾压混凝土坝施工期全过程温度控制跟踪及实时优化调整。

首次实现200m级高碾压混凝土坝全坝全过程智能温度控制，开创混凝土坝温度控制新模式。基于海量监测数据源深度挖掘处理、万有引力算法的温度实时预测开发了一套完整的大坝混凝土智能温控监控系统，提出了高碾压混凝土坝全过程防裂智能温控方法，实现了大坝温控要素的自动化采集、智能化的通水冷却、温控防裂的全过程全坝段实时监控、温控方案的反馈仿真分析以及温控措施的动态优化调整，开创了混凝土坝温度控制新模式。

4）研发了基于BIM全生命周期生长模型的特高碾压混凝土重力坝集成平台

创建了轻量化地形与高精度模型的HydroBIM+WebGIS集成方法。借助无人机图像采集、OpenCV图像识别与GDAL渲染算法建立瓦片式三维地形模型，实现整个工程建设区域GIS信息的低负载与高精度展示。

依托BIMServer引擎与WebService技术，将BIM信息融入GIS平台，最终创建出了融合轻量化地形与高精度模型的HydroBIM+WebGIS集成方法。建立了基于碾压混凝土坝的全生命周期BIM生长模式与阶段优化方案，实现了黄登水利枢纽全生命周期数据可视化，提供了保证坝体的全方位、精细化、高质量建设的有效方案。

构建了耦合多源监测检测数据的大坝安全分析与智能评价系统，为黄登大坝提供了全方位的安全监测和预警服务，有效提高了黄登大坝的安全性。

（2）燕尾型挑坎与护坡不护底水垫塘组合消能技术研究及应用

1）燕尾型挑坎布置及特点

首次在碾压混凝土重力坝溢流表孔中采用新型燕尾型挑坎，燕尾型挑坎在挑坎的中部开口，使下泄水流沿程逐渐释放压力并漏入开口中（不与混凝土壁面接触），形成与窄缝式挑坎类似的纵向扩散水舌。燕尾坎不是依靠收缩流道压缩水流，两侧边墙不额外受力，同等来流条件下所需边墙高度也远低于窄缝等挑坎出口边墙高度，并具有起挑流量小的特点。

通过模型试验对反弧半径15m、20m、30m、40m的燕尾型挑坎体型进行了对比分析。试验观测表明，反弧半径40m的燕尾坎能形成纵向拉伸的稳定水舌，水舌入水位置上移，入水角相对较大，水流流量沿入水范围分配较均匀。比选后选用反弧半径40m的燕尾坎燕尾坎体型，其消能防冲工况下水舌形态下图。

2）护坡不护底水垫塘研究及运用

结合天然水垫较厚、基岩抗冲流速较大的特点，通过对数值模型结果自动参数化优选，采用物理模型试验研究验证，黄登水电站在大型水电工程中首次采用了护坡不护底形式，节约投资7000余万元。水垫塘通过扩挖河床形成，水垫厚度为40m~60m，采用“护岸不护底”的结构形式，转弯前中心线长约220m，下游直接与原河床相接。为防止水流对两岸坡脚的淘刷破坏，在水垫塘底板两侧设置底宽4.0m，深3.5m的齿槽。

（3）采用G300型FUKO管进行接触灌浆，实现了可重复接触灌浆设计，有效解决了重力坝接触灌浆时机难以把握的难题。

（4）设计中积极采用三维设计手段和BIM技术，通过地质数据集成管理、累积更新方法及围合面技术首次实现三维地质建模技术在水电工程全阶段的运用；过面建模方法创建坝基开挖面模型，实现坝基地质信息三维精细化收资、评价及展示，直观、准确呈现坝基工程地质条件。为坝基的抗滑稳定性计算及帷幕灌浆检查孔的布置提供准确依据。 实现基于坝基声波检测孔钻孔电视成果，通过面建模方法创建了地下缓倾角结构面的三维模型，准确揭示了坝基缓倾角结构面的空间分布情况及其连续性。为客观评价缓倾角结构面坝基抗滑稳定性提供支撑。研发了基于HydroBIM全生命周期生长模型的特高碾压混凝土重力坝集成平台。实现了囊括设计、施工、运行三大阶段的一体化管理平台，提高了黄登水利枢纽工程建设的管理水平。