碾压混凝土坝施工质量与进度实时控制系统在官地水电工程中的应用.pdf

碾压 混凝土坝施工质量与进度 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第2期 实时控 制 系 在 官地水 电工程 中的应 用 统 马志峰 ，崔 博 ，钟桂 良 ( 1 二滩水电开发有限公司，四川 成都6 1 ( 0 2 1 ；2 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津3 0 O O 7 2 ) 摘要 ：官地水 电站拦河大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高 1 6 8 IT I ，工程建设规模大、工期 紧、施 工条件复杂。这对施工质量与进度控制提 出了较 高要 求。因此 ，建设单位创新地开发 完成 了“ 碾压混 凝土坝施工质量与进度 实时控制系统” ，并在官地工程 实践 中成功应用，实现 了对于大坝施工过程 中 主要质量参数的有效监控以及大坝施工进度的实时控制 ，保证 了高质量、高效率的大坝施工，提 升了 工程管理水平。 关键词：碾压混凝土坝；质量监控；进度控制；官地水电站 中图分类号 ：T V S 1 ( 2 7 1 ) 文献标识 码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 7 5 0 4 Appl i c a t i on o f RCC da m c o ns t r u c t i o n q ua l i t y a nd pr o g r e s s r e a l t i m e c o nt r o l s y s t e m f o r Gu a n d i H y d r o p o w e r P r o j e c t MA Zh i f e n g ， CUI Bo ， ZHONG Gu i l i a ng ( 1 E r t a n H y d r o p o w e r D e v e l o p me n t C o m p a n y ， L t d ， C h e n g d u 6 1 0 0 2 1 ，S i c h u a n ， C h i n a ； 2 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f H y d r a u l i c E n g i n e e ri n g S i m u l a t i o n a n d S t y ， T i a n j i n U n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d a m f o r G u a n d i Hy d r o p o we r S t a t i o n i s a RC C g r a v i t y d a m wi t h t h e ma x i mu m h e i g h t o f 1 6 8 m ； f o r w h i c h t h e c o n s t r u c t i o n s c a l e i s l a r g e a n d t h e c o n s t r u c t i o n p e ri o d i s l i mi t e d u n d e r a c o mp l i c a t e d c o n s t ruc t i o n c o n d i t i o n Un d e r t h i s c i r c u m s t a n c e ，h i g h e r r e q u i r e me n t s h a v e t o b e p u t f o r w a r d o n t h e q u ali a n d p r o c e s s c o n t r o l of t h e c o n s t ruc t i o n T h e r e f o r e ，a RC C d a m c o n s t ruc t i o n q u a l i t y a n d p r o g r e s s r e a l t i me c o n t r o l s y s t e m i s i n n o v a t i v e l y d e v e l o p e d b y t h e c o n s t ru c t i o n ma n a g e me n t a u t h o ri t y c o n c e me d a n d s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o t h e c o n s t ruc t i o n p r a c t i c e o f G u a n d i H y d r o p o w e r P ro j e c t ， a n d t h e n t h e e f f e c t i v e mo n i t o ri n g o n t h e ma i n q u a l i t y p a r a me t e r s a n d t h e r e a l t i me c o n t r o l o f t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s are r e ali z e d d u ri n g t h e c o n s t ru c t i o n o f t h e d am， t h u s ，t h e h i g h q u ali a n d h i g h e f f i c i e n c y c o n s t r u c t i o n o f t h e d a m i s e n s u r e d w i t h a n e n h a n c e d ma n a g e me n t l e v e 1 Ke y wo r d s ：RCC d am ；q u ali mo n i t o ri n g；p r o c e s s c o n t r o l ；Gu a n d i Hy d r o p o we r S t i o n 官地水电站位 于雅砻江干流下游 ，是雅砻 江干 流卡拉至江 口河段水 电规划五级开发 的第三个梯级 水电站 ，上下游分别 与锦屏水 电站 、二滩水 电站衔 接。本工程主要任 务是发 电，水 电站枢纽建筑物 主 要 由左右岸挡水坝段 、中孑 L 坝段和溢流 坝段 、消力 池 、右岸引水系统及 地下厂房发 电系统组成 ，总装 机容量 2 4 0 0 MW。拦河大坝 为碾 压混凝土重力 坝 ， 坝顶高程 1 3 3 4 I n ，最大坝高 1 6 8 In，在 国内已建和 在建同类大坝中位居前列。 官地水 电站大坝工程建设规模大 ，工期紧 ，施工 Wa te r Re s o u r c e s a n d Hy d ro p o we r En gin e e r i n g Vo 1 4 4 No 2 条件复杂 ，这给工程建设管理带来 了相当的困难。在 建设过程中如何有效地进行施工质量监控?如何及时 的调整与控制施工进度?这是官地水电工程建设能否 实现高质量 、高强度安全施工 的关键技术 问题 。为 此，二滩水电开发有限责任公司委托天津大学开展 “ 官地碾压混凝土坝施工质量与进度实时控制 系统” 的项 目 研究与开发工作，由官地建设管理局推动该项 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 9 2 7 作者简介：马志峰( 1 9 7 6 一) ， 男，高级工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马志峰， 等碾压混凝土坝施工质量与进度实时控制系统在官地水电工程中的应用 目在施工现场的应用 ，取得 了良 好的效果。 1 碾压混凝土坝施工质量 与进度实时控制的意义 碾压混凝土压实质量控制是 碾压混凝土坝施工质量控制的关 键环节 ，直接关系到大坝安全运 行。根据 水工碾压混凝土施工 规范( D L T 5 1 1 2 -2 0 0 9) ，碾 压混凝土的压实质量控制主要包 括两方面：一是及时检测混凝土 表观密度 ，此方法只针对有限个 测点，不能反映全仓面的压实质 量 ；二是控制振 动碾行走速度、 碾压遍数等压实参数 ，对碾压过 程进行控制。以上两方面工作相 图 1 官地碾 压混凝土坝施工质量与进度实时控制 系统结构 结合 ，从而较全面地保证压实质量 。在我国碾压混凝 土坝施工质量控制实践 中，往往采用人工 目测 的方法 进行压实参数控制 J ，受人为 因素影响 ，准确度不 高。在官地水电工程建设管理中，如果依然采用常规 的质量控制方法 ，与其高混凝土坝相应的质量要求以 及机械化施工要求是有差距的，也不能满足工程建设 管理创新 的高要求。有必要应用高新技术对混凝土坝 浇筑碾压过程进行实时监控，结合 值、压实度检 测 ，实现压实质量的“ 双控” 。 同时 ，高碾压混凝土坝的施工组织复杂 ，影响因 素众多，实际施工中往往会面临较为复杂的施工方案 调整与施工进度实时控制问题。传统的采用经验 、类 比的手段控制施工进度，缺乏系统的定量计算分析， 难以满足高水平施工管理的要求。综上 ，采用相应技 术实现碾压混凝土坝施工质量与进度实时监测与控 制 ，对于保证高标准的工程建设 、提升工程建设管理 水平 ，具有重要 的现实意义。 大 坝填 筑碾 压施 工 质量 实 时监控 技术 在水 布 垭 J 、糯扎渡 等堆石坝工程中的应用，为本项 目 的实施提供了参考。 2 官地大坝施工质量与进度实时控制系统设计 本项 目的 目标是建立一套具有实时性、连续性 、 自动化、高精度等特点的碾压混凝土重力坝施工质量 与进度实时控制系统，对大坝混凝土的浇筑碾压，以 及混凝土温控、 施工进程等环节进行有效监控， 建立 施工质量与进度实时控制及预警机制，使官地水电站 大坝建设质量和进度始终处于受控状态 。系统有如下 多个子系统组成 ，其结构如 图 1 所示。 2 1 大坝浇筑碾压质量 GP S监测与控制系统 在振动碾上安装高精度 G P S定位设备 ，每秒钟 对振动碾进行三维空间定位，实现对于振动碾行走速 度 、碾压遍数 、压实厚度等碾压参数 的实时监测。当 监测到碾压施工过程中出现超速等不达标情况时 ，及 时提醒现场管理人员进行 处理 ，保证碾压 过程规范 性 。定位精度需达到厘米级 ，以满足碾压参数监控 的 要求。 2 2 混凝土温度采集 系统 通过 自主研制的温度采集设备采集混凝土出机 口 温度 、入仓温度及浇筑温度 ，并将温度数据通过无线 通信 网络 自动发送至数据 中心 ，与温控标准进行对 比。当监测到混凝土温度超标时，及时向施工管理人 员发出提醒 ，采取相应措施。 2 3 仓面施工小气候监测系统 通过 自主研制的环境信息监测设备 ，定时采集仓 面施工过程中，包括环境温度 、湿度、风速 、降雨量 在内的小气候要素。通过分析小气候要素与 值损 失量之间的关系 ，根据仓面小气候监测情况 ，适时调 节出机口 值，保证仓面 值检测达标。 2 4 大坝施工信息 P D A采集系统 对于施工过程 中不能 由设备监测 的重要 工程技 术信息，如 值、压实度，向施工管理人员配发 安装数据采集终端的 P D A设备 ，在施工现场进行上 述数据的采集 ，保证重要工程技术数据及时人库保 存 。 水利水电技术第4 4卷2 O l 3年第2期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 大坝施工进度实时控制系统 应用施工仿真技术全面分析碾压混凝土坝施工过 程 ，实现实际进度与计划进度的动态比较 ，并进行工 程进度趋势预测 ；根据施工现场反馈信息 ，对施工计 划进行调整 、优化 ，提出高强度 、高质量连续施工的 工程 措施 。 2 6 B S结构下施工信息三维可视化集成管理系统 采用 B S结构建立工程信息管理系统 ，并建立枢 纽三维模型，与工程信息实现集成 ，继而实现网络环 境下的施工质量与进度信息的三维可视化查询与管理。 3 工程应用 由建设单位牵头并协调、大坝标监理单位具体操 作 、大坝标施工单位紧密配合 、系统研发单位负责系 统维护 ，参建各方共 同推动官地碾压混凝土坝施工质 量与进度实时控制系统的实地应用。 在大坝施工质量监控中，在施工现场设置现场分 控站 ，由监理单位派专人 2 4 h值守 ，执行相关 的监 控操作。以大坝施工单元为监控单元 ，以现场质量管 控人员为系统反馈信息接收方 ，构建监控系统工作流 程 ，见图 2 。 3 1 监控准备 在单元施工正式开始前 ，由施工单位将该单元设 计资料提交至现场分控站，分控站监理据此进行监控参 数设定 ，包括碾压参数、温控标准、监控区域、碾压机 械配置等， 作为系统对此单元进行监控的基础数据。 3 2过程 监控 监控准备完成后 ，分控站监理方可允许现场开始 单元工程J 1 分控站启动 施工开始 I I 该单元监控 马志峰， 等碾压混凝土坝施工质量与进度实时控制系统在官地水电工程中的应用 施工 ，同时启动系统对于该单元 的监控。在监控过程 中，分控站监理可以通过装有监控客户端的电脑进行 远程监控 。 在碾压过程监控中 ，当监测 到出现超速、漏碾 、 超厚等不达标情况发生时，系统可及 时提醒分控站监 理以及现场施工管理人员 ，及时进行处理 以纠正偏 差 ；同时 ，分控站监理可指导现场作业人员 ，对系统 监测到的明显漏碾区域进行补碾。碾压参数监控配合 压实度检测 ，保证压实质量。 监理人员应 用温度采集设备对 混凝土 出机 口温 度 、人仓温度、浇筑温度进行检测，系统 自动判断温 度数据是否超标 ，如超标则 向施工管理人员发出温度 超标报警 ，提醒相关人员采取降温措施 。 仓面施工小气候监测设备放置在施工现场可 自动 运行 ，定期监测环境温度 、环境湿度 、环境风速及降 雨量。当发现环境因素会导致 值损失过量时，及 时调整出机 口 V C值。 3 3 监控报告输出 当监控过程 中的问题全部处理完毕后 ，分控站监 理根据现场施工情况结束对于该单元 的监控，输 出该 单元的监控成果报告 ，供归档。 4 总结与展望 碾压混凝土坝施工质量与进度实时控制系统在官 地水 电工程建设 中的应用 ，一方面实现了对于大坝施 工过程中的主要环节 的监测 ( 包括碾压参数 、混凝土 温度 、仓面施工小气候) 以及重要施工信息的 P D A采 毳 篮 H 麒P D A 慧 过 程 监 控广 漏 碾 、 超 厚 广 白 采 集 混凝土温度 采集 仓面施工 小气候监测 V C值的 P D A采集 是 下一 施工单元 图2 官地碾压混凝土坝施工质量实时控制系统工作流程 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第 2期 集 ，实现 了对于大坝施工过程中 L否 主要质量参数的有效控制； 另一 一 人 方面，施工质量实时控制与进度 乓 塞 鏖 、 实时控制技术的联合应用，为实 现官地碾压混凝土坝高质量 、高 l 效率的施工提供了保证。大坝施 工质量与进度实时控制系统的应 用， 为大坝施工提供了 新型、 先 单 元 工 程 I 进的质量与进度控制手段，促进 了工程管理层次的提升。 f 事实上，依托当前高新技术 的飞速发展，实现工程建设管理 该 单 元 监 控 的精细化、可视化与数字化，满 I 足现代工程建设信息化管理的要 监 控 报 告】 求， 成为 工程 管 理者实 时 控制 工 输 出 f 程建设过程、 提高管理水平与效 ( 下转第8 1页) 竺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2单方堆石成本统计 项 目 设备 数量 堆石效率 施工用 时 施工单价 堆石成本 编号 类型 台( 套 ) m3 h 一 d- m一 元 d 元 m一 B 挖机 1 2 0 5 0 0 0 2 4 1 6 0 5 3 8 5 C 缆索 吊机 1 1 6 8 0 0 0 3 0 2 8 8 0 8 6 4 D 塔 吊 l 1 8 5 0 0 0 2 7 3 3 3 0 8 9 9 注 ：1 d按 2 0 h计 。 结果表明 ，在本工程应用 中，在无法使用挖机堆 石入仓的条件下 ，采用缆索吊机堆石为工程节约了经 济成本 ，以上数据表明缆索吊机堆石成本较塔吊堆石 成本降低 了4 。 4 缆索吊机施工劣势 4 1 适用范围 受结构设计 的影响，部分区域需配置转 向定滑轮 支撑固定在老坝体上，斜拉至指定部位才能进行堆石 人仓 ，而此工程 中老坝体溢流面部分 ，因人工无法安 置转向定滑轮而无法进行堆石入仓；且若加厚坝体的设 计宽度小于 3 m时也不宜使用 ，否则随着块石入仓难度 的加大，将大幅增加缆索吊机设备的堆石时间及成本。 堆石临近坝顶部位 时还需要空 出一段安全距 离 ( 2 3 m) ，如此缆索 吊机才 能将 吊篮倾倒从 而卸下 石料，但同时也导致 了堆石高度达不到坝顶位置， R F C浇筑达不到坝顶，这就给缆索吊机的应用发展 带来 了一定的局限性 ( 见图 5 ) 。 4 2施工效率 ( 1 ) 从安装 、成本等多方 面来考虑 ，缆索吊机设 备不利于同时使用两套或以上数量 ，所以其不像塔吊 或挖机可以同时使用几套 ，这从本质上导致了缆索 吊 机堆石 的最优效率较低 。 ( 2 ) 由于缆索吊机是通过在旧坝体上沿着坝轴线 梁必块 ， 等缆索吊机施工工艺在堆石混凝土工程中的应用 图 5 仓面太过狭 窄制 约了缆 索吊机堆石进 度 方 向安装的若干个定滑轮装置将吊斗提升至仓面 ，因 此仓面也根据定滑轮的数量分为了若干个 区域 ，每一 个 区域结束堆石后需要更换定 滑轮装置 ，需要 花费 2 0 3 0 m i n ；另外 ，钢丝绳与卷扬机 、老坝体 、山体 等多处地方频繁摩擦，磨损迅速， 需要定期对钢丝绳 进行安全检查 ，如有不合格立马更换 ，耗时更长达到 2 h以上 。 ( 3 ) 单次堆石循环运送 的石料较重 ，对其施工操 作不熟悉 的工人如果指挥和操作不当，任何一个环节 的不注意都有可能导致整个施工过程的延缓 。 5结论 大龙潭水库 的缆索吊机施工在堆石混凝土技术方 面是首次应用，结合本工程来看，缆索吊机设备的运 用对地形适应性强 ，且在本工程的应用 中综合而言节 约了经济成本 ，为解决 同类工程无法安装大型设备 、 施工困难的难题提供 了一种新的思路 ，具有广泛的借 鉴意义和工程先例示范作用。 ( 责任编辑于尧尧 ) - - - - - - - ( 上接 第 7 7页) 率的重要途径。官地水 电站开发完成 的“ 碾压混凝 土 坝施工质量与进度实时控制系统” ，在国内首次实现 了对碾压混凝土坝施工质量与进度的实时监控。近年 来 ，我国水电工程建设事业发展迅速 ，碾压混凝土坝 建设方兴未艾 ，官地水 电站开发的碾压混凝土坝施工 质量与进度实时控制技术在我国碾压混凝土坝建设和 水 电开发中具有广阔的推广应用前景 。 参考文献 ： 1 陈广平 贵州北盘江光照水电站大坝碾压混凝土施工质量控制 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第 2期 J 人 民珠江 ，2 0 0 9 ( 4 ) ：5 5 5 7 2 宁钟 ，张建 龙滩 大坝碾 压混凝 土质 量控制 的关键要 素 J 水力发 电，2 0 0 7，3 3 ( 4) ：6 9 - 7 2 3 彭兰波 梯子洞水 电站大 坝碾压混凝 土施工质 量控制 f J 人 民长江 ，2 0 0 9，4 0 ( 1 ) ：1 0 4 1 0 6 4 黄声享 ，刘经南 ，吴晓铭 G P S实时监控系统及其在土石坝施 工 中的初步应用 J 武汉大学学报 ，2 0 0 5 ，3 0 ( 9 ) ：8 1 3 8 1 6 5 Z h o n g D e n g H u a ， C u i B o ， L i u D o n g H a i ，e t a 1 T h e o r e t i c a l r e s e a r c h o n c o n s t r u c t i o n q u a l i r e a l t i me mo n i t o rin g a n d s y s t e m int e g r a t io n o f c o r e r o c k fi l l d a m J S c i e n c e i n C h i n a S e ri e s E - T e c h n o l o g i c al S c i e n c e ， 2 0 0 9， 5 2 ( 1 1 ) ： 3 4 0 6 3 4 1 2 ( 责任编辑欧阳越 ) 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m