碾压混凝土重力坝施工进度优化分析

姜佳保,钟伟斌

(1.华电西藏能源有限公司，拉萨 850000；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310014)

0 前 言

某工程为Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物包括拦河大坝和发电厂房，拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程3 451.00 m，最大坝高118.00 m，坝顶宽度11.00 m，坝顶总长389.0 m，共分17个坝段，沿坝轴线从左至右：1～5号为左岸挡水坝段，6～9号为溢流坝段，10号为泄洪冲沙底孔坝段，11～14号坝段为厂房引水坝段，15～17号坝段为右岸挡水坝段；厂房为坝后式，厂房内共安装4台165 MW的发电机组，总装机容量为660 MW。该工程施工导流采用全年围堰隧洞导流的导流方式。导流程序可分为2个阶段：初期导流阶段(由围堰挡水、导流隧洞泄流)；中后期导流阶段(由坝体临时断面挡水度汛，导流隧洞+冲砂底孔联合泄流)。

近年来数字化大坝填筑监控信息系统(简称：数字化大坝)在糯扎渡、向家坝等水电工程管理中取得了良好的成效。该系统能够按设定的参数对大坝的施工进度和质量进行全天候监控，可实现主要功能为： ① 建立模块化仿真程序；② 数据库管理和维护功能；③ 三维动态可视化仿真功能；④ 任意时刻结束和开始仿真功能；⑤ 设备选择及配置、设备配套优选功能；⑥ 施工程序和工艺合理性分析功能；⑦ 方案优化功能；⑧ 三维动态演示功能；⑨ 进度分析功能；⑩ 数据统计与图表输出功能。

本文结合某工程自然环境、结构形式、施工工艺和组织方式等诸多因素，建立可视化仿真模型，实现碾压混凝土坝施工全过程仿真及三维动态可视化管理，可快速、准确、可靠地提供不同方案下大坝混凝土浇筑的阶段性形象面貌、施工工期、施工强度及机械设备利用率等。进度计划管理为该系统中功能之一，通过仿真模拟，为施工方案优选全过程量化计算提供技术支持, 确定合理的施工进度计划, 并可对工程施工进展进行查询和实时动态管理。

1 三维动态可视化仿真系统的应用

1.1 枢纽三维模型建立

根据设计体型及混凝土坝材料分区，建立枢纽三维模型，三维模型见图1所示，各个坝段混凝土工程量见表1。经三维模型计算，考虑设计阶段系数后，枢纽混凝土总量为161.78×104m3。

图1 碾压混凝土坝三维模型图

坝段号体积/m3坝段号体积/m312953．7010240809．628829．7011159524．4318684．1012138832．1437416．4013120704．3563413．0014115611．96142141．101541853．77104331．101610377．28119319．40173440．19175751．20合计1503993

1.2 有效施工天数

根据气象资料，混凝土施工有效天数见表2，日有效工作时间按照20 h考虑。该工程考虑高温季节混凝土施工，为保障混凝土浇筑质量，可采取降低混凝土出机口温度、减少运输浇筑过程中温度回升、通水冷却、加强混凝土养护等措施对浇筑质量进行控制。

表2 混凝土有效施工天数统计表 /d

注：为确保施工质量，中雨天气及日平均气温0 ℃以下按停工考虑。

1.3 方案拟定

方案1碾压混凝土冬季停工，第3年没有常态混凝土施工部位、第4年12月至次年2月常态混凝土停工，第5年12月至次年2月进行常态混凝土浇筑；其它方案以方案1为基础，具体变化条件见比较方案(表3)。

表3 比较方案表

1.4 浇筑机械布置与入仓方案

本工程碾压混凝土坝主要入仓手段为自卸汽车、左右岸满管溜槽；常态混凝土采用门机(溢流和厂房坝段各2座)和30 t固定式缆机1台。对于碾压混凝土入仓，低高程(3 395.00 m以下)采用自卸汽车直接入仓，高高程(3 395.00 m以上)厂房坝段、溢流坝段及左右挡水坝段主要采用满管溜槽转自卸汽车入仓。

1.5 碾压混凝土分仓规划

根据该工程入仓手段和碾压混凝土浇筑分层厚度、混凝土分区，碾压混凝土浇筑单仓仓面面积控制在7 000 m2以下，高高程部位考虑仓面上下游宽度变窄，单仓浇筑面积适当降低。坝体碾压混凝土浇筑分仓见表4。

1.6 混凝土施工参数

坝体常态混凝土层覆盖时间按照3～4 h控制，浇筑层厚约束区取1.5 m,脱离约束区取3 m,约束间歇期取5 d，脱离约束区取7 d,允许最短拆模时间3 d。碾压混凝土层覆盖时间方案1按照4～6 h控制，方案2～5按照6～8 h控制。筑层厚约束区取1.5 m，脱离约束区取3 m,约束间歇期取5 d，脱离约束区取7 d,允许最短拆模时间2 d。

(1) 泄洪冲砂底孔坝段：钢衬安装时间按照50 d控制，浇筑至顶板高程考虑钢筋架立等因素，混凝土浇筑停歇15 d；孔身段混凝土浇筑按照3 m层厚，每层间歇10 d。

(2) 电站进水口坝段：高程3 389.00 m考虑反倾模板施工时间13 d，高程3 389.00～3 403.00 m上游反倾段，混凝土浇筑按照3 m层厚浇筑，每层间歇10 d;高程3 406.00 m进行钢管安装，混凝土浇筑停歇75 d，钢管顶部高程3 418.00 m混凝土浇筑停歇20 d，高程3 424.00 m做叠梁门混凝土浇筑停歇20 d。

(3) 溢流坝段：闸墩层混凝土浇筑间歇时间按照10 d控制，闸墩大梁首层混凝土浇筑按照间歇20 d控制，边墙按照3 m层厚，每层间歇15 d。

表4 碾压混凝土分仓规划表

2 计算成果

2.1 结果分析

针对拟定5种方案进行了分析计算， 计算成果如下:

(1) 坝体混凝土月浇筑强度

方案1的坝体月浇筑强度见表5，其强度见柱状图(图2)。方案2～5的坝体浇筑月强度见柱状图3～6。

(2) 坝体浇筑进度

各方案坝体浇筑进度见表6。

(3) 浇筑机械强度与利用率

各方案的浇筑机械最大强度和利用率见表7。

表5 方案1坝体月浇筑强度表 /m3

图2 方案1坝体月浇筑强度图

图3 方案2坝体月浇筑强度图

图4 方案3坝体月浇筑强度图

图5 方案4坝体月浇筑强度图

图6 方案5坝体月浇筑强度图

表6 各方案坝体浇筑进度表

表7 各方案的浇筑机械最大强度和利用率表

2.2 结果分析

从模拟计算结果来看：

(1) 方案1～3碾压混凝土冬季不施工，3个方案混凝土月最高浇筑强度均为10.63万m3/月，方案1与方案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碾压混凝土和常态混凝土冬季正常施工，2个方案混凝土月最高浇筑强度均为10.47万m3/月，方案4比方案5工期提前11 d。

(3) 方案3碾压混凝土冬季不施工，方案4碾压混凝土和常态混凝土冬季正常施工，2个方案混凝土月最高浇筑强度相差不大，方案4比方案3工期提前62 d。

综合比较，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工期分别提前62 d和51 d。同时考虑到碾压混凝土冬季施工成本温控较高、施工质量不宜保证，推荐方案3，即碾压混凝土冬季停工，常态混凝土冬季正常施工方案。

3 结 语

数字模拟技术的应用为前期的施工方案优选、全过程量化计算和后期的建设管理提供技术支持平台，某工程经过碾压混凝土重力坝施工进度三维动态可视化仿真计算，结论如下：

(1) 碾压混凝土重力坝施工，除了泄洪底孔钢衬施工和坝体钢管及进水口以上施工是制约其坝体浇筑进度的主要因素外，冬季施工与否对于坝体浇筑进度也有重要的影响；

(2) 建议该工程采用方案3，碾压混凝土冬季停工，常态混凝土冬季正常施工方案。

(3) 采用常态混凝土冬季正常施工方案，混凝土分层浇筑、泄洪底孔钢衬施工和坝体钢管及进水口以上施工均存在较长时间的间歇期，需加强长间歇期混凝土温度控制。因此还应加强冬季混凝土温度控制。

参考文献:

[1] 翁永红.混凝土施工实时动态仿真[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2] 龚毅.乌东德水电站大坝三维仿真计算机模拟研究[J].四川水力发电，2014, 33(6): 16-20.

[3] 王家成,陈星,陈飞,等.碾压混凝土重力坝浇筑进度计划仿真[J].人民黄河，2010, 32(5): 90-91.

[4] 韩建东,张琛,肖闯.糯扎渡水电站数字大坝技术应用研究[J].西北水电,2012,(2): 96-100.