葉巴灘水電站大壩混凝土施工纜機布置方案

李 鵬， 杜 長 劼， 李 心 睿， 蔣 林 魁

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13個梯級水電站的第7級。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，位于“V”形對稱峽谷中，大壩壩頂高程2 894.00 m，最大壩高217.00 m，拱冠頂厚11 m，底寬46.00 m，厚高比0.212。壩頂中心線弧長582.214 m，共分為27個壩段，橫縫平均間距約為22 m。在壩身2 804.00 m高程12～15#壩段布置有4孔泄洪深孔；在壩身2 877.00 m高程12～17#壩段布置有5孔泄洪表孔，采用騎縫布置。在壩身2 760.00 m高程12#和17#壩段布置2孔導流底孔。大壩混凝土總量約280萬m3，澆筑工期44個月，高峰月澆筑強度約11.5萬m3/m。

壩址區河道順直，兩岸山體雄厚，地形陡峭，左、右岸地形坡度分別約45°～55°、40°～45°；河谷狹窄，呈對稱深切“V”型峽谷，峽谷系數約2.0。主要結構面橫河向發育，呈似橫向谷特征。

2 大壩混凝土澆筑方案選擇

從國內外已建和在建的工程實例來看，適用于混凝土壩澆筑的主要施工設備包括門機、塔機、塔(頂)帶機、纜機及其他輔助澆筑設備。門機、塔機是一種較傳統的混凝土澆筑設備，適用于河谷較寬、混凝土工程量較大的工程。纜機作為一種高空運輸設備，不受水流條件的影響，不需要布置入倉通道，特別適用于河谷窄陡的混凝土壩工程。

纜機運行作業干擾小，供料線路集中，運輸強度高，不需占用大壩施工場地，澆筑強度及工期保證性高，還能兼顧金屬結構及設備物資的吊運。國內外高拱壩混凝土均采用纜機作為主要入倉方式，因此，葉巴灘拱壩選擇纜機作為大壩混凝土澆筑的主要入倉方式。

根據大壩混凝土澆筑計算機模擬分析，采用3臺和4臺額定起重量30t的纜機均可滿足壩體混凝土澆筑及金屬結構和施工機械吊運等輔助作業要求，采用3臺纜機工期比4臺纜機工期長約1個月。考慮到葉巴灘電站地處高寒高海拔地區，大壩系施工關鍵項目，為提高施工的保證性，推薦采用4臺額定起重量30 t的纜機。

3 纜機布置方案擬定

根據葉巴灘樞紐建筑物布置和兩岸地形條件，平移式和輻射式方案均能滿足大壩澆筑的覆蓋范圍要求，因此，擬定了平移式和輻射式(左輻射式、右輻射式)2種類型、3個方案進行技術經濟比較。

3.1 平移式纜機方案

3.1.1 纜機平臺布置

本工程壩址兩岸地形基本對稱，右岸地形等高線順直，且幾乎平行于河床縱軸線。左岸拱肩壩頂高程附近發育一山谷，地形等高線稍顯零亂、彎曲，向下游經過壩頂后，轉向山里，但壩肩位置地形等高線總體走勢仍基本平行于河床縱軸線，從地形條件上分析，兩岸均具備布置平移式纜機的基本地形條件。

由于本工程大壩混凝土系統布置在左岸，為方便上料，纜機供料平臺也布置在左岸，結合壩肩開挖形成；因左岸上游發育一山脊，左岸開挖邊坡規模相對較大，為盡量減小左岸邊坡開挖高度，將寬度較小的纜機副塔平臺布置在左岸，纜機主塔平臺布置在右岸。

3.1.1.1 平臺的長度

纜機平臺在上下游方向應控制住整個大壩混凝土澆筑范圍及孔口金屬結構吊運，并應預留出纜機在上下游兩端停靠時車擋安全距離，同時考慮左岸下游地勢較低因素，左右岸纜機平臺長度約180 m。

3.1.1.2 平臺的寬度

根據類似工程經驗，采取30t平移式纜機的主車平臺寬15 m、副車平臺寬12 m可以滿足纜機安裝、運行及檢修要求。主車布置于右岸，副車布置于左岸。

3.1.1.3 平臺的高程及纜機的跨度

左右岸壩肩拱間槽距離514 m，纜機的非正常工作區取跨度的1/10，分析得出葉巴灘最短纜機跨度645 m左右，相應的纜機承載索垂度在35 m左右，30 t纜機主索至吊罐底部的高度約17～20 m，同時考慮壩頂以上留有安全高度約7 m，則纜機平臺布置高程應在2 953.00 m高程以上。結合壩頂供料平臺、壩肩邊坡馬道平面布置，以及考慮纜機非工作區影響、左岸右地形條件等因素，經布置比較，左右岸纜機平臺高程布置在3 000.00 m高程較為合適，既能滿足纜機運行要求，對壩肩邊坡的影響也相對較小，纜機平臺本身的結構工程量也較小。

在平臺高程3 000.00 m確定后，為保證纜機平臺出露在巖石面，且盡量減少邊坡開挖工程量，確定纜機跨度為675 m。纜機布置參數見表1。

表1 平移式方案纜機布置參數表

3.1.2 供料線布置

3.1.2.1 左岸主供料線

主供料線為大壩混凝土供料線，是大壩混凝土從水平運輸卸料到垂直運輸的交接場地。本工程料場及砂石加工系統均在大壩下游左岸，大壩混凝土系統宜布置在大壩左岸下游。因此，混凝土供料線按大壩混凝土系統布置在左岸壩肩下游設計。

根據類似工程經驗，大壩混凝土供料線一般布置在壩頂高程，即混凝土供料線布置于壩肩2 894.00 m高程，長度約200 m。供料線采用循環線的布置方式，混凝土運輸車從左岸下游混凝土系統→502#隧洞→左岸壩肩2 894.00 m高程馬道(即供料平臺)卸料→卸料后經501#隧洞公路→503#公路隧洞→下游混凝土系統，形成循環供料線。

供料線平臺結合左岸壩肩2 894.00 m高程馬道布置，馬道開挖寬度5～15 m，在馬道外側搭設5～15 m寬的棧橋形成20 m寬供料平臺，可以滿足一輛混凝土自卸汽車卸料、2輛自卸汽車并行。供料線外側搭設5 m寬的棧橋形成料罐卸料平臺。

3.1.2.2 右岸輔助供料線

為滿足大壩混凝土澆筑期間鋼筋、模板及設備運輸的需要，右岸2 894.00 m高程壩肩開挖馬道向山內擴寬10 m，再向外側搭設5 m寬的鋼棧橋形成15 m寬物料供應平臺。平臺長度約185 m。

平移式纜機布置方案見圖1。

圖1 平移式纜機布置圖

3.2 輻射式纜機方案

3.2.1 左輻射式纜機方案

根據壩址地形特征，對左輻射方案的纜機平臺及供料線進行了初步布置分析。右岸固定端平臺高程3 080.00 m；左岸輻射端平臺高程3 000.00 m，平臺寬度12 m，長度330 m，纜機跨度830 m。左岸拱間槽上游發育一山脊，地形凌亂，總體呈中間高、上下游低的態勢，地形高差達150 m，左岸上游需搭設棧橋高度達50 m，施工難度大；左右岸纜索出線高差達80 m，視線坡角大，技術上很難實現；因纜機布置高程高，導致吊深增大，最大吊深超過300 m；同時，料場及砂石加工系統均在大壩下游左岸，不利于供料。

綜上所述，左岸輻射式纜機布置方案技術難度極大、供料不暢，可不予采用。左岸輻射式纜機布置方案見圖2。

圖2 左輻射式纜機布置圖

3.2.2 右輻射式纜機方案

3.2.2.1 纜機平臺布置

根據地形特征，左岸拱間槽上下游側均發育一山脊，拱間槽布置于山谷處，右岸地形較順直。右岸輻射式方案在覆蓋全壩段澆筑范圍的條件下，充分利用地形條件，將固定端布置于左岸拱間槽上方山谷處，出線高程3 025.00 m；右岸輻射平臺上游地勢較低，需搭設棧橋，纜機平臺高程越高，需搭設棧橋高度越高，難度越大，綜合考慮后右岸輻射端平臺高程取3 000.00 m，棧橋高度約50 m；平臺寬度12 m，長度316 m，纜機跨度758 m。右輻射式纜機布置參數見表2。

表 右輻射式方案纜機布置參數表

3.2.2.2 供料線布置

與平移式纜機布置一致，右輻射式纜機布置也采用2 894.00 m高程左岸供料線方案。壩肩開挖區域段供料線與2 894.00 m高程馬道相結合，開挖寬度15 m，在2 894.00 m高程由供料平臺向外側搭設5 m寬的棧橋形成20 m寬供料線平臺，可以滿足1輛自卸汽車卸料及2輛混凝土運輸車同時并列運行，供料線外側搭設5 m寬的棧橋形成料罐卸料平臺。

為滿足大壩澆筑鋼筋、模板、鋼結構及設備運輸的需要，右岸2 894.00 m高程壩肩開挖馬道向內擴寬為10.0 m，向外側搭設5 m寬的棧橋形成15 m寬物料供應平臺。左岸主供料線長度約70 m，右岸輔助供料平臺受進水口部分占壓，長度約260 m。

右岸輻射式纜機布置方案見圖3。

4 纜機布置技術經濟比選

4.1 技術比較

4.1.1 施工布置

主供料線長度將影響大壩混凝土的施工強度，較長的主供料線，更能便利的進行施工組織，提高混凝土澆筑效率；供料線太短，勢必在混凝土卸料過程中相互干擾，不利于多臺纜機同倉澆筑，也不利于纜機抬吊，在運行上有較大限制，影響大壩澆筑強度。

平移式纜機主供料線長約200 m，右輻射式纜機主供料長度約70 m。從供料線布置來看，平移式纜機布置方案更優。

4.1.2 邊坡開挖高度及工程量

由于地面開關站布置于右岸3 000.00 m高程纜機平臺后側，兩方案右岸纜機平臺以上邊坡開挖受地面開關站影響，高度均為130 m，無差別。

對于平移式纜機方案，左岸纜機平臺以上邊坡規模主要由大壩邊坡控制，布置纜機前后，邊坡開挖高度均約120 m左右，僅開挖深度及邊坡支護工程量略有增加。右輻射式纜機方案左岸固定端開挖邊坡高度89 m，比平移式方案低，但與壩肩邊坡開挖相互獨立，整個邊坡開挖及支護均屬于布置纜機后增加的工程量。

圖3 右輻射式纜機布置圖

總體而言，右輻射式纜機方案對邊坡影響略大，支護工程量也略大。從該因素分析，平移式纜機布置方案優。

4.1.3 纜機平臺布置

鑒于左岸地形靠近下游側地形線轉向溝內，地勢較低，平移式纜機方案左岸纜機平臺需設置棧橋，棧橋最大垂直高度25 m左右，難度較小。而輻射式方案由于右岸輻射平臺上游地勢低，需搭設棧橋高度55 m左右，施工難度較大。

從纜機平臺布置方面，平移式纜機方案更優。

4.1.4 纜機運行

根據運行經驗，平移式纜機運行及管理簡單，效率較高，而輻射式纜機運行及管理相對復雜，特別是在多臺纜機合作、聯合抬吊等方面要求嚴格。但從國內已建和在建工程來看，兩種方案在設備運行方面沒有本質的差別，均已有成熟的管理經驗。

對葉巴灘工程來說，從布置條件上分析，兩種方案在運行方面沒有特別的限制條件，但平移式纜機運行及管理相對簡單，保障性較高。此外，富裕起升高度越小，纜機運行時吊鉤的搖擺幅度越小，纜機運行穩定性也越好。平移式方案、右輻射方案的富裕起升高度相差不大，分別為45.12 m、50.5 m。平移式方案比輻射式方案的纜機運行穩定性略好。

4.2 經濟比較

經測算，平移式纜機方案土建總投資約43 589.97萬元，右輻射式纜機方案土建總投資約47 421.93萬元。從兩個數據不難看出，平移式纜機方案投資更為節省。

4.3 推薦纜機布置方案

根據上述分析，平移式纜機方案和右輻射式纜機方案主要優缺點對比見表3。

表3 平移式及右輻射式纜機方案比較匯總表

綜上所述，經技術及經濟比較，平移式纜機方案運行簡單，保障率高；對壩肩邊坡影響小；纜機土建及邊坡工程量相對較小；土建投資較右輻射式方案略優。因此，綜合考慮，選擇平移式纜機方案作為葉巴灘拱壩混凝土施工的推薦方案。

5 結 語

結合葉巴灘水電站壩址狹窄陡峭河谷的地形地質條件，對平移式和輻射式(左輻射式、右輻射式)2種類型、3個方案進行了技術經濟比選。通過比選得出平移式纜機方案在技術上更優，在經濟上更省，因此，選擇了運行效率高、投資較省、適應性更好的平移式纜機方案作為葉巴灘大壩混凝土澆筑方案。