碾壓混凝土重力壩施工進度優化分析

姜佳保,鐘偉斌

(1.華電西藏能源有限公司，拉薩 850000；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 310014)

0 前 言

某工程為Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物包括攔河大壩和發電廠房，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3 451.00 m，最大壩高118.00 m，壩頂寬度11.00 m，壩頂總長389.0 m，共分17個壩段，沿壩軸線從左至右：1～5號為左岸擋水壩段，6～9號為溢流壩段，10號為泄洪沖沙底孔壩段，11～14號壩段為廠房引水壩段，15～17號壩段為右岸擋水壩段；廠房為壩后式，廠房內共安裝4臺165 MW的發電機組，總裝機容量為660 MW。該工程施工導流采用全年圍堰隧洞導流的導流方式。導流程序可分為2個階段：初期導流階段(由圍堰擋水、導流隧洞泄流)；中后期導流階段(由壩體臨時斷面擋水度汛，導流隧洞+沖砂底孔聯合泄流)。

近年來數字化大壩填筑監控信息系統(簡稱：數字化大壩)在糯扎渡、向家壩等水電工程管理中取得了良好的成效。該系統能夠按設定的參數對大壩的施工進度和質量進行全天候監控，可實現主要功能為： ① 建立模塊化仿真程序；② 數據庫管理和維護功能；③ 三維動態可視化仿真功能；④ 任意時刻結束和開始仿真功能；⑤ 設備選擇及配置、設備配套優選功能；⑥ 施工程序和工藝合理性分析功能；⑦ 方案優化功能；⑧ 三維動態演示功能；⑨ 進度分析功能；⑩ 數據統計與圖表輸出功能。

本文結合某工程自然環境、結構形式、施工工藝和組織方式等諸多因素，建立可視化仿真模型，實現碾壓混凝土壩施工全過程仿真及三維動態可視化管理，可快速、準確、可靠地提供不同方案下大壩混凝土澆筑的階段性形象面貌、施工工期、施工強度及機械設備利用率等。進度計劃管理為該系統中功能之一，通過仿真模擬，為施工方案優選全過程量化計算提供技術支持, 確定合理的施工進度計劃, 并可對工程施工進展進行查詢和實時動態管理。

1 三維動態可視化仿真系統的應用

1.1 樞紐三維模型建立

根據設計體型及混凝土壩材料分區，建立樞紐三維模型，三維模型見圖1所示，各個壩段混凝土工程量見表1。經三維模型計算，考慮設計階段系數后，樞紐混凝土總量為161.78×104m3。

圖1 碾壓混凝土壩三維模型圖

壩段號體積/m3壩段號體積/m312953．7010240809．628829．7011159524．4318684．1012138832．1437416．4013120704．3563413．0014115611．96142141．101541853．77104331．101610377．28119319．40173440．19175751．20合計1503993

1.2 有效施工天數

根據氣象資料，混凝土施工有效天數見表2，日有效工作時間按照20 h考慮。該工程考慮高溫季節混凝土施工，為保障混凝土澆筑質量，可采取降低混凝土出機口溫度、減少運輸澆筑過程中溫度回升、通水冷卻、加強混凝土養護等措施對澆筑質量進行控制。

表2 混凝土有效施工天數統計表 /d

注：為確保施工質量，中雨天氣及日平均氣溫0 ℃以下按停工考慮。

1.3 方案擬定

方案1碾壓混凝土冬季停工，第3年沒有常態混凝土施工部位、第4年12月至次年2月常態混凝土停工，第5年12月至次年2月進行常態混凝土澆筑；其它方案以方案1為基礎，具體變化條件見比較方案(表3)。

表3 比較方案表

1.4 澆筑機械布置與入倉方案

本工程碾壓混凝土壩主要入倉手段為自卸汽車、左右岸滿管溜槽；常態混凝土采用門機(溢流和廠房壩段各2座)和30 t固定式纜機1臺。對于碾壓混凝土入倉，低高程(3 395.00 m以下)采用自卸汽車直接入倉，高高程(3 395.00 m以上)廠房壩段、溢流壩段及左右擋水壩段主要采用滿管溜槽轉自卸汽車入倉。

1.5 碾壓混凝土分倉規劃

根據該工程入倉手段和碾壓混凝土澆筑分層厚度、混凝土分區，碾壓混凝土澆筑單倉倉面面積控制在7 000 m2以下，高高程部位考慮倉面上下游寬度變窄，單倉澆筑面積適當降低。壩體碾壓混凝土澆筑分倉見表4。

1.6 混凝土施工參數

壩體常態混凝土層覆蓋時間按照3～4 h控制，澆筑層厚約束區取1.5 m,脫離約束區取3 m,約束間歇期取5 d，脫離約束區取7 d,允許最短拆模時間3 d。碾壓混凝土層覆蓋時間方案1按照4～6 h控制，方案2～5按照6～8 h控制。筑層厚約束區取1.5 m，脫離約束區取3 m,約束間歇期取5 d，脫離約束區取7 d,允許最短拆模時間2 d。

(1) 泄洪沖砂底孔壩段：鋼襯安裝時間按照50 d控制，澆筑至頂板高程考慮鋼筋架立等因素，混凝土澆筑停歇15 d；孔身段混凝土澆筑按照3 m層厚，每層間歇10 d。

(2) 電站進水口壩段：高程3 389.00 m考慮反傾模板施工時間13 d，高程3 389.00～3 403.00 m上游反傾段，混凝土澆筑按照3 m層厚澆筑，每層間歇10 d;高程3 406.00 m進行鋼管安裝，混凝土澆筑停歇75 d，鋼管頂部高程3 418.00 m混凝土澆筑停歇20 d，高程3 424.00 m做疊梁門混凝土澆筑停歇20 d。

(3) 溢流壩段：閘墩層混凝土澆筑間歇時間按照10 d控制，閘墩大梁首層混凝土澆筑按照間歇20 d控制，邊墻按照3 m層厚，每層間歇15 d。

表4 碾壓混凝土分倉規劃表

2 計算成果

2.1 結果分析

針對擬定5種方案進行了分析計算， 計算成果如下:

(1) 壩體混凝土月澆筑強度

方案1的壩體月澆筑強度見表5，其強度見柱狀圖(圖2)。方案2～5的壩體澆筑月強度見柱狀圖3～6。

(2) 壩體澆筑進度

各方案壩體澆筑進度見表6。

(3) 澆筑機械強度與利用率

各方案的澆筑機械最大強度和利用率見表7。

表5 方案1壩體月澆筑強度表 /m3

圖2 方案1壩體月澆筑強度圖

圖3 方案2壩體月澆筑強度圖

圖4 方案3壩體月澆筑強度圖

圖5 方案4壩體月澆筑強度圖

圖6 方案5壩體月澆筑強度圖

表6 各方案壩體澆筑進度表

表7 各方案的澆筑機械最大強度和利用率表

2.2 結果分析

從模擬計算結果來看：

(1) 方案1～3碾壓混凝土冬季不施工，3個方案混凝土月最高澆筑強度均為10.63萬m3/月，方案1與方案2工期相同；方案3比方案1工期提前89 d。

(2) 方案4和方案5碾壓混凝土和常態混凝土冬季正常施工，2個方案混凝土月最高澆筑強度均為10.47萬m3/月，方案4比方案5工期提前11 d。

(3) 方案3碾壓混凝土冬季不施工，方案4碾壓混凝土和常態混凝土冬季正常施工，2個方案混凝土月最高澆筑強度相差不大，方案4比方案3工期提前62 d。

綜合比較，方案3比方案1和方案2工期提前89 d，方案4和方案5比方案3工期分別提前62 d和51 d。同時考慮到碾壓混凝土冬季施工成本溫控較高、施工質量不宜保證，推薦方案3，即碾壓混凝土冬季停工，常態混凝土冬季正常施工方案。

3 結 語

數字模擬技術的應用為前期的施工方案優選、全過程量化計算和后期的建設管理提供技術支持平臺，某工程經過碾壓混凝土重力壩施工進度三維動態可視化仿真計算，結論如下：

(1) 碾壓混凝土重力壩施工，除了泄洪底孔鋼襯施工和壩體鋼管及進水口以上施工是制約其壩體澆筑進度的主要因素外，冬季施工與否對于壩體澆筑進度也有重要的影響；

(2) 建議該工程采用方案3，碾壓混凝土冬季停工，常態混凝土冬季正常施工方案。

(3) 采用常態混凝土冬季正常施工方案，混凝土分層澆筑、泄洪底孔鋼襯施工和壩體鋼管及進水口以上施工均存在較長時間的間歇期，需加強長間歇期混凝土溫度控制。因此還應加強冬季混凝土溫度控制。

參考文獻:

[1] 翁永紅.混凝土施工實時動態仿真[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2] 龔毅.烏東德水電站大壩三維仿真計算機模擬研究[J].四川水力發電，2014, 33(6): 16-20.

[3] 王家成,陳星,陳飛,等.碾壓混凝土重力壩澆筑進度計劃仿真[J].人民黃河，2010, 32(5): 90-91.

[4] 韓建東,張琛,肖闖.糯扎渡水電站數字大壩技術應用研究[J].西北水電,2012,(2): 96-100.