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(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(fā)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(gè)壩段，沿壩軸線從左至右：1～5號(hào)為左岸擋水壩段，6～9號(hào)為溢流壩段，10號(hào)為泄洪沖沙底孔壩段，11～14號(hào)壩段為廠房引水壩段，15～17號(hào)壩段為右岸擋水壩段；廠房為壩后式，廠房內(nèi)共安裝4臺(tái)165 MW的發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為660 MW。該工程施工導(dǎo)流采用全年圍堰隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流程序可分為2個(gè)階段：初期導(dǎo)流階段(由圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞泄流)；中后期導(dǎo)流階段(由壩體臨時(shí)斷面擋水度汛，導(dǎo)流隧洞+沖砂底孔聯(lián)合泄流)。

近年來數(shù)字化大壩填筑監(jiān)控信息系統(tǒng)(簡稱：數(shù)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(tǒng)能夠按設(shè)定的參數(shù)對(duì)大壩的施工進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行全天候監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)主要功能為： ① 建立模塊化仿真程序；② 數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)功能；③ 三維動(dòng)態(tài)可視化仿真功能；④ 任意時(shí)刻結(jié)束和開始仿真功能；⑤ 設(shè)備選擇及配置、設(shè)備配套優(yōu)選功能；⑥ 施工程序和工藝合理性分析功能；⑦ 方案優(yōu)化功能；⑧ 三維動(dòng)態(tài)演示功能；⑨ 進(jìn)度分析功能；⑩ 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與圖表輸出功能。

本文結(jié)合某工程自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)碾壓混凝土壩施工全過程仿真及三維動(dòng)態(tài)可視化管理，可快速、準(zhǔn)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(qiáng)度及機(jī)械設(shè)備利用率等。進(jìn)度計(jì)劃管理為該系統(tǒng)中功能之一，通過仿真模擬，為施工方案優(yōu)選全過程量化計(jì)算提供技術(shù)支持, 確定合理的施工進(jìn)度計(jì)劃, 并可對(duì)工程施工進(jìn)展進(jìn)行查詢和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理。

1 三維動(dòng)態(tài)可視化仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

1.1 樞紐三維模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)體型及混凝土壩材料分區(qū)，建立樞紐三維模型，三維模型見圖1所示，各個(gè)壩段混凝土工程量見表1。經(jīng)三維模型計(jì)算，考慮設(shè)計(jì)階段系數(shù)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(hào)體積/m3壩段號(hào)體積/m312953．7010240809．628829．7011159524．4318684．1012138832．1437416．4013120704．3563413．0014115611．96142141．101541853．77104331．101610377．28119319．40173440．19175751．20合計(jì)1503993

1.2 有效施工天數(shù)

根據(jù)氣象資料，混凝土施工有效天數(shù)見表2，日有效工作時(shí)間按照20 h考慮。該工程考慮高溫季節(jié)混凝土施工，為保障混凝土澆筑質(zhì)量，可采取降低混凝土出機(jī)口溫度、減少運(yùn)輸澆筑過程中溫度回升、通水冷卻、加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)等措施對(duì)澆筑質(zhì)量進(jìn)行控制。

表2 混凝土有效施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)表 /d

注：為確保施工質(zhì)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(tài)混凝土施工部位、第4年12月至次年2月常態(tài)混凝土停工，第5年12月至次年2月進(jìn)行常態(tài)混凝土澆筑；其它方案以方案1為基礎(chǔ)，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(jī)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(tài)混凝土采用門機(jī)(溢流和廠房壩段各2座)和30 t固定式纜機(jī)1臺(tái)。對(duì)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(zhuǎn)自卸汽車入倉。

1.5 碾壓混凝土分倉規(guī)劃

根據(jù)該工程入倉手段和碾壓混凝土澆筑分層厚度、混凝土分區(qū)，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(dāng)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(shù)

壩體常態(tài)混凝土層覆蓋時(shí)間按照3～4 h控制，澆筑層厚約束區(qū)取1.5 m,脫離約束區(qū)取3 m,約束間歇期取5 d，脫離約束區(qū)取7 d,允許最短拆模時(shí)間3 d。碾壓混凝土層覆蓋時(shí)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(qū)取1.5 m，脫離約束區(qū)取3 m,約束間歇期取5 d，脫離約束區(qū)取7 d,允許最短拆模時(shí)間2 d。

(1) 泄洪沖砂底孔壩段：鋼襯安裝時(shí)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(jìn)水口壩段：高程3 389.00 m考慮反傾模板施工時(shí)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(jìn)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(shí)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(guī)劃表

2 計(jì)算成果

2.1 結(jié)果分析

針對(duì)擬定5種方案進(jìn)行了分析計(jì)算， 計(jì)算成果如下:

(1) 壩體混凝土月澆筑強(qiáng)度

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

(2) 壩體澆筑進(jìn)度

各方案壩體澆筑進(jìn)度見表6。

(3) 澆筑機(jī)械強(qiáng)度與利用率

各方案的澆筑機(jī)械最大強(qiáng)度和利用率見表7。

表5 方案1壩體月澆筑強(qiáng)度表 /m3

圖2 方案1壩體月澆筑強(qiáng)度圖

圖3 方案2壩體月澆筑強(qiáng)度圖

圖4 方案3壩體月澆筑強(qiáng)度圖

圖5 方案4壩體月澆筑強(qiáng)度圖

圖6 方案5壩體月澆筑強(qiáng)度圖

表6 各方案壩體澆筑進(jìn)度表

表7 各方案的澆筑機(jī)械最大強(qiáng)度和利用率表

2.2 結(jié)果分析

從模擬計(jì)算結(jié)果來看：

(1) 方案1～3碾壓混凝土冬季不施工，3個(gè)方案混凝土月最高澆筑強(qiáng)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(tài)混凝土冬季正常施工，2個(gè)方案混凝土月最高澆筑強(qiáng)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(tài)混凝土冬季正常施工，2個(gè)方案混凝土月最高澆筑強(qiáng)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(shí)考慮到碾壓混凝土冬季施工成本溫控較高、施工質(zhì)量不宜保證，推薦方案3，即碾壓混凝土冬季停工，常態(tài)混凝土冬季正常施工方案。

3 結(jié) 語

數(shù)字模擬技術(shù)的應(yīng)用為前期的施工方案優(yōu)選、全過程量化計(jì)算和后期的建設(shè)管理提供技術(shù)支持平臺(tái)，某工程經(jīng)過碾壓混凝土重力壩施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)可視化仿真計(jì)算，結(jié)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(jìn)水口以上施工是制約其壩體澆筑進(jìn)度的主要因素外，冬季施工與否對(duì)于壩體澆筑進(jìn)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(tài)混凝土冬季正常施工方案。

(3) 采用常態(tài)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(jìn)水口以上施工均存在較長時(shí)間的間歇期，需加強(qiáng)長間歇期混凝土溫度控制。因此還應(yīng)加強(qiáng)冬季混凝土溫度控制。

參考文獻(xiàn):

[1] 翁永紅.混凝土施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)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(jì)算機(jī)模擬研究[J].四川水力發(fā)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(jìn)度計(jì)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(shù)字大壩技術(shù)應(yīng)用研究[J].西北水電,2012,(2): 96-100.