乌东德水电站大坝建设进度及缆机规模研究

2012-07-12覃春安

四川水力发电 2012年2期

关键词：供料大坝高程

覃春安

(中国葛洲坝集团股份有限公司市场开发部，湖北宜昌 443002)

1 概述

(1)项目概况。乌东德水电站是金沙江下游河段四座水电站(乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝)中最上游的梯级电站，以发电为主，兼顾防洪、航运和其他综合利用;装机容量为10 200 MW。

大坝为混凝土双曲拱坝，河床最低建基面高程723 m，坝顶高程为988 m，最大坝高265 m。大坝分为15个坝段，其中河床中部5#～10#坝段为溢流坝段(设6个中孔、5个表孔)，左岸1#～4#坝段、右岸11#～15#坝段为非溢流坝段。

电站建设总工期为106个月，其中第一批机组投产工期90个月，采用全年挡水围堰、两岸导流隧洞泄流的导流方案。施工上总体具有规模大、工期紧、投资多、技术复杂等特点。

大坝混凝土量为245.9万m3，水垫塘消能建筑物混凝土量为26.34万m3。

(2)研究内容及目的。乌东德水电站大坝建设在即，提前研究大坝建设进度并合理设置缆机系统规模，将有利于工程建设的顺利推进。通过对大坝进度进行研究分析，确定缆机系统规模及规划布置方案。

(3)现场条件。坝址两岸地形陡峻，形成狭窄的“V”型河谷。高程1 150～1 200 m以下河谷狭窄，岸坡陡峻，坡角一般为60°～75°。尤其是高程900 m以下更为陡峻，呈绝壁状，岸坡坡角达82°。

坝址处枯水期水面高程约815 m，相应水面宽100～150 m，河床高程800 m左右。覆盖层厚52.4～65.5 m，基岩面最低高程 733.3 m。正常蓄水位高程975 m处河谷宽229 m，相应的河谷宽高比为0.95。

(4)工期要求。根据乌东德水电站总体规划，控制工期的总关键线路为:四通一平→导流隧洞及截流、围堰施工→大坝基坑开挖→大坝混凝土浇筑→水库蓄水→机组有水调试→机组发电→竣工。

2 研究思路

缆机规模的确定主要受进度因素的制约。通过对小湾、锦屏一级、溪洛渡、大岗山等水电站缆机使用情况进行调研并综合分析后得知，锦屏一级水电站大坝与本工程的可比性最好，其余电站在缆机布置、缆机选型、大坝进度、缆机效率等方面分别具有可借鉴的经验。

确定研究以类似工程现有平均先进水平为基础，分析相关条件的不确定性，分别对按原进度计划(第五年2月开始混凝土浇筑)和提前到第四年10月开始大坝混凝土浇筑的强度进行深入分析，按混凝土月强度、最大仓面平仓浇筑的覆盖强度，参照类似工程现状分析缆机系统配置规模;进一步研究供料平台的设置、缆机布置方案;最后总结研究结论并提出建议。

3 缆机布置与设备选型

缆机主要应满足大坝并兼顾水垫塘消能建筑物的吊运施工。

3.1 缆机系统规模分析

(1)按全混凝土强度分析。缆机系统规模满足大坝及相应兼顾水垫塘施工吊运要求，其中最主要的是必须混凝土吊运要求。混凝土浇筑强度分析如下:

如果大坝混凝土第五年2月开始浇筑，第八年6月完成，工期41个月，平均月强度6万m3。按全混凝土强度分析方法估算高峰期强度:13.8～7.8万m3。如果第八年2月大坝最低坝段上升至高程970 m，坝体接缝灌浆至高程945 m，混凝土工程量233万m3，平均月强度6.3万m3，估算高峰月强度:14.5～8.2万m3。两种时段的平均高峰月强度约为11万m3。

水垫塘混凝土总方量为26.34万m3，且大部分方量位于下游的二道坝，其混凝土浇筑必须考虑其它浇筑手段，缆机配置仅作为补充手段辅助施工，施工强度上可以不考虑。

最大仓面为左岸非溢流4#坝段，混凝土浇筑最大仓位高程785 m，面积1 220.35 m2。覆盖单仓最大强度约为175 m2/h。

(2)按第四年10月～第八年6月完成大坝混凝土分析。经分析得知:可以通过采取措施加快坝肩开挖进度，在措施到位后，有可能在第四年8月底完成基坑开挖，第四年10月具备浇筑大坝混凝土的施工条件。相应在第七年11月底大坝浇筑至高程950 m，坝体接缝灌浆至高程920 m，具备导流洞封堵条件;第八年2月底大坝浇筑至高程970 m，坝体接缝灌浆至高程945 m，具备下闸蓄水条件;第八年6月底到坝顶。根据小湾和锦屏大坝的施工经验，深孔钢衬按照一期施工，占直线工期40 d;表孔牛腿开始施工前，泄洪深孔弧门、启闭机房大件吊装已完毕。典型坝段施工进度安排见表2。

经细化进度安排，混凝土月浇筑强度最高出现在第六年5月，为7.75万m3。考虑施工偏差系数约1.15，则最高强度为8.9万 m3/月。

表2 典型坝段施工进度表

(3)按第四年10月～第八年2月完成大坝混凝土分析。按第四年10月～第八年2月完成大坝混凝土施工，相对工期为41个月，计划浇筑混凝土最高强度为8.64万m3。考虑施工偏差系数约为1.15，则最高强度为9.94万 m3/月，出现时间为第六年4月。

按3台缆机计算，高峰月单台缆机平均月强度约3.32万m3/月，但月强度大于6万m3/月的约23个月。显然，布置3台缆机处于目前国内施工水平的上边缘，设备能力的富余度不大。

(4)类似工程缆机配置规模。锦屏工程:26个坝段，坝高305 m，坝体分为左右岸标，混凝土方量共583.4万m3，现布置5台30 t缆机，两标平均月强度13.89万m3，平均台月强度2.778万m3/月·台，最新实际月生产率单台达到4万m3以上，平均达到3.54万m3。

小湾工程:44个坝段，最大坝高292.5 m，坝体混凝土总量860万m3，采用“双层双平”，共设6台30 t平移式中高速缆机。

布置3台缆机，单台缆机平均承担约2.97万m3混凝土的吊运任务，按缆机循环时间计算，用于辅助吊运的时间不少于35%，因此，如果第四年10月开始大坝混凝土浇筑，3台缆机可以满足大坝结构施工的需要。

(5)工程缆机配置规模。缆机配置规模参考类似工程考虑月浇筑不均匀系数为1.4。若大坝按照第五年2月开始施工，月高峰混凝土强度为12.1万m3;若大坝按照第四年10月开始施工，月高峰浇筑强度为10.86万m3。30 t缆机挂9 m3吊罐浇筑，单台缆机平均月浇筑强度为2.5～4.5万m3(平均可取3.54万m3/月)，3台30 t缆机挂9 m3吊罐可以满足11万m3混凝土浇筑强度及辅助吊运的要求。混凝土月强度如果达到12.1万m3，则需要4台30 t缆机。

最大仓面面积1 220.35 m2，覆盖单仓最大强度为153～175 m3/h，采用缆机配9 m3罐浇筑需吊运17～20罐，单台缆机平均循环时间为5～7 min，2台缆机可满足要求。

综上分析可知:配置4台缆机，其中1台缆机使用效率较低;配置3台缆机，如果出现开挖工期延误，则难以满足发电节点的要求。

3.2 缆机布置

(1)缆机类型选择。

经对不同方案进行比较，根据本工程地形特点及坝体结构特征，选用平移式缆机比较合理，其主要有以下优点:

地形地势结构适合，可覆盖整个拱坝，从而简化了施工方案。

相对于辐射式更加容易布置，更加经济合理。

最多4台缆机布置，更适于单层布置缆机，更有利于运行管理与安全。

平移缆机便于实施超重件或大件的抬吊运行。

由于坝顶上部两岸边坡陡峭，结合岸坡开挖，可以将缆机布置在满足吊运净空的相应高度，主副塔均为无塔架布置。

(2)缆机布置。

缆机平台:大坝混凝土取自右岸。根据无塔架缆机结构特性及以往工程经验，右岸缆机平台(主塔)宽14 m，左岸缆机平台(副塔)宽8.5 m。

缆机平台高程及跨度:考虑吊重罐距坝顶间距、吊罐与吊钩及行走小车间距等因素，结合地质条件，依重下轻上的原则，按照左岸/右岸缆机平台高程/跨度:1053/1064/390 m或 1068/1072/397 m两种方案布置缆机，缆机挂9 m3重罐距坝顶间距分别为30.66/43 m，高程1 053/1 064 m方案工作区域偏小，开挖工程量较高程1 068/1 072 m方案大，高程1 068/1 072 m方案跨度满足要求，同时考虑坝顶门机的起吊净空及设备费用相当，建议采用高程1 068/1 072 m方案(图1)。

(3)4台缆机布置。

按照41个月的大坝混凝土施工工期，采用3台缆机可以满足施工强度要求。但鉴于水电工程的复杂性以及工程施工不确定风险可能产生的工期变化，同时，鉴于锦屏、小湾工程都由于地质处理、开挖滞后等原因致使开挖工期挤占混凝土施工期，后期都补充了1台缆机的经验教训，有必要考虑采用4台缆机方案(图1)。875 m高程以上区域混凝土为持续高峰强度期，沿缆机移动方向有101 m的可浇筑范围，2台缆机共同浇筑1个仓，缆机行车距离11 m，4台缆机占据44 m运行区间，尚余56 m的空间调配。通过合理安排仓位以及缆机浇筑运行方向与顺序，具备4台缆机分2台一组各浇筑一个仓位的空间位置。

3.3 供料平台的规划布置

(1)供料平台布置。

本工程缆机供料平台由布置于右岸坝肩988 m高程平台上扩挖形成。根据小湾、锦屏大坝混凝土运输方式经验，侧卸式料罐车存在以下问题:

①易侧翻。侧卸式料罐车卸料时，由于整个料罐车靠取料平台边沿放置，向料罐卸料时，用力过猛时容易侧翻。

②卸料不干净。侧卸式料罐车卸料时，由于害怕用力过猛侧翻，一般不能像后卸式自卸车利用液压支撑杆抖动车厢，故料罐不易卸干净，易留料。

③侧卸式料罐车价格相对后卸式自卸汽车购买价格相对较高，日常维护费用也较高。

④侧卸式料罐车主要用于运输混凝土料，不如后卸式自卸车用途广泛。

在采用3台缆机同时浇筑混凝土时，设置三个取料点向缆机供料，三个取料点间距一般在11～13 m之间。按照一般9 m3侧卸车尺寸9.13 m×3.06 m×3.28 m计算，三台侧卸式料罐车同时向取料点供料时，每两台车间距不到1.9～4 m，侧卸车卸完料时，无法直接转弯回车，来料车也无法及时就位卸料。

综上所述，建议乌东德水电站拱坝施工混凝土运输采用无轨式30 t后卸式自卸汽车。

(2)供料平台尺寸。

图1 缆机布置图

供料平台宽度:按照每台缆机高峰浇筑强度约为10～12罐/h，为保证后卸式30 t自卸车正常通行，实际施工中需要考虑自卸式料罐车转弯回车，来料及时就位以及其它材料运输通道等因素。国内9 m3吊罐相配的30 t后卸式自卸车代表车型尺寸为7.95 m ×3.64 m ×3.4 m(长 × 宽 ×高)，考虑卸料车、待料车以及转弯半径(约9 m)一般占道宽度约17 m，另外考虑其它材料运输的来回交通车道宽度为8 m，则供料平台最小宽度为17 m+8 m=25 m。