向家坝水电站混凝土重力坝施工方案比选.pdf

第 4 2卷 第 l 6期 2 0 1 1年 8 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 42， No 1 6 Au g ， 2 011 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 1 60 0 2 5 0 4 向家坝水电站混凝土重力坝施工方案比选 杨 学 红 ( 长 江勘测规 划设 计研 究有 限责任公 司 施工设计处 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 金 沙江向家坝水电站 大坝规模 巨大 ， 施工 工期 长， 其合理 的施 工方案是 大坝 快速施 工的关键 ， 直接关 系 到工程的工期和投资。根据工程地质地形条件和枢 纽结构布置 ， 拟定 了多种 大坝 混凝土施 工方案 ， 对不 同的 方案进 行比较 ， 提 出采 用 3台 3 0 t 平移式缆机 + 3台塔带机配适量 门塔机的施 工方案 。通过按 不 同的大坝分 缝方案和浇筑层厚对推荐方案进行计算机仿真， 仿真计算结果表明所选施工方案是可行的、 合理的， 对其他类 似 工程 也有借鉴 意义。 关 键词 ： 施工方案 ；施工仿真；混凝土施 工；向家坝水 电站 中图法分类号 ： T V 6 3 2 4 文献标 志码 ： A 1 工程概况 向家坝水电站拦河 大坝采用混凝土重力坝 ， 坝顶 高程 3 8 3 0 m， 最大坝高 1 6 1 0 m， 坝顶长度 9 0 9 2 m。 大坝共 设有 5 0个 坝 段 ， 从 左 至 右依 次 为 ： 左 岸 非 溢 流 坝段 、 导流底孔及缺 口坝段 、 冲沙孔坝段 、 升船机坝段、 左 岸厂 房坝 段 、 泄水 坝 段 和 右 岸非 溢 流 坝 段 。泄 水 建 筑物布置在河 中偏 右岸， 由表孔 和中孔 组成 ， 中孔 共 l 0孔 ， 孔 口尺寸为 6 1 T I 9 6 m( 宽 高) ， 进 口孔底高 程为 3 0 5 0 m。表孔共 l 2孔 ， 跨横缝布置 ， 孔 口尺寸 为 8 m x 2 6 m( 宽 x高) ， 堰顶高程为 3 5 4 0 m。在泄 1 泄 8 、 厂坝 1 厂 坝 8的齿 槽 高 程 2 4 0 0 m 以下 ， 右 非建 基 面高 程 2 4 0 03 0 5 0 m 范 围 、 厂 坝 8号 高 程 3 5 0 m以下 以及升船机坝段底板为 R C C。混凝土施工 方案是大坝混凝土施工 的核心 ， 浇筑方案的重点是混 凝土垂直运输设备的选择 ， 其合理 的施工方案是大坝 快 速施 工 的关键 ， 直 接关 系到 工程 的工期 和投 资 。 2 大坝施工进度和浇筑强度 2 1 大坝施 工进度 结合导流方案及程序， 大坝分 2期施工 ， 大坝混凝 土施工主要控制性进度如下 ： 第一期工程围左岸 ， 进行 导流底孔及缺口坝段高程 2 8 0 m以下混凝土 、 冲沙孔 坝段及左非坝段混凝土施工， 2 0 0 7年 9月开始浇筑大 坝混凝土， 2 0 0 8年 l 1月底全线浇筑至高程 2 8 0 0 m 冲沙孔坝段 2 0 0 9年 9月浇筑至高程 3 4 0 0 m后停歇 ， 2 0 1 2年 56月 浇 筑 至 坝 顶 ， 左 岸 11 2号 坝 段 于 2 0 0 9年 2 3月 底浇 筑 至坝 顶 。第 二期 工 程 泄 水坝 段 及 厂房 坝段 混凝 土从 2 0 1 0年 1 月 开 浇 ， 导 流缺 口坝段 高程 2 8 0 m以上从 2 0 1 1 年 1 1 月开始加高， 至 2 0 l 2年 5 6月份之前达到高程 3 4 0 0 m， 并完成 中孔金属结 构安装 ， 中孔具备过水条件 ， 2 0 1 2年 1 1月底 浇筑至高 程 3 6 8 0 IT I ， 具备初期蓄水 条件 ， 2 0 1 3年 2 3月浇筑 至坝顶高程 3 8 3 0 m并完成坝顶 门机安装 ； 2 0 1 3年汛 前完 成表 孔检 修 门及 中孑 L 检 修 门安装 ， 2 0 1 3年 底 完成 表孔弧门安装 ， 大 坝工 程完工。导流底 孔 于 2 0 1 2年 1 1月下闸封堵 ， 水库开始蓄水 ， 2 0 1 2年 l 2月地下厂房 首台机组发电 ， 坝后厂房首 台机组 2 0 1 4年 3月投产 发 电 。2 0 1 5年 6月份最 后一 台机组 投 产 发 电 ， 枢纽 工 程 完 工 。 2 2 浇 筑 强 度 根据控制性进度安排， 第一期 工程高峰月混凝 浇筑强度约 91 0万 m ， 发生在 1 21 8号坝段及 冲 沙孔坝段预留缺口高程 2 8 0 m 以下浇筑 期间； 二期工 收稿 日期 ： 2 0 1 10 62 8 作者 简介 ： 杨 学红 ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从 事水电工程施工组织设计工作。Ema i l ： J e a n s 0 7 8 7 s i n a c o m 26 人 民 长 江 程高峰月混凝土浇筑强度约 2 8 3 0万 m 。 ， 发生在 2 0 4 7坝段高程 2 7 0 m 以下部位大体积混凝土浇筑期 间 ； 高程 3 5 0 m 以上结 构 混 凝 土 最 大 高 峰月 混凝 土 浇 筑 强 度约 l 0万 m ； 大坝 混凝 土 最大 年浇 筑强 度 约 3 2 0 万 m。 。 3 大坝浇筑方案比选 3 1 设备 生产 率的选用 目前 的 大 型 常 态 混 凝 土 浇 筑 设 备 主 要 有 3 0 t 缆 机 、 塔带 机 和 门塔 机 。大 坝 混凝 土施 工 方 案 主 要 是 单 一 机械或几种设备的组合 ， 而设 备的选用 主要是根据 设备的性能和生产率。设备生产率 的选定 ， 是浇筑方 案 比选和设备数量选择 的主要 因素 ， 根据 目前工程经 验并参考类似工程 的运行统计资料 ， 3 0 t 平移式缆机 浇 筑强 度 约为 3 5万 4 0万 m 台 月 ， 塔带 机 浇筑 强 度 约为 5 6万 6 0万 m 台 月 ， 如 结构 混凝 土较 少 ， 浇 筑强 度 可适 当提 高 ， 门塔 机浇 筑强 度约 为 1 0万 一 1 5万 m 台 月。根据 向家坝大坝 的规 模 ， 必须 选择大型浇筑机械或几种浇筑设备的组合。 3 2浇筑方案 的类型选 择 大坝 混凝 土 浇筑 方 案 需 结 合 坝 址 地形 条 件 、 大 坝 结 构 特性 、 大 坝施 工特 性 、 导流 程序 、 施 工分期 、 混 凝 土 施工高峰强度 、 工程投资等因素综 合 比选 。向家坝水 电站大坝混凝土施工方案主要是 比较门塔机 、 缆机和 塔带机三类施工机械及其组合 。考虑到泄洪坝段 、 厂 房坝段等 下部 齿槽及 右非 一部分 采用 R C C， 此部 分 R C C采用 自卸 汽车及其他移动式机械浇筑为宜 ， 加上 R C C工 程 量不 大 ， 因此 本 文 在浇 筑方 案 选 择上 不 考 虑 R C C部 分 的影 响 。根据 枢 纽 布 置及 可能 的机 械 组合 ， 初步拟定 了 6种施工方案 。 ( 1 )全 缆机 方 案 。 坝址 处 河 谷 呈 “ u” 形 ， 坝 轴 线 处宽 6 2 0 m， 为满足大坝二期 工程约 3 0万 m 月浇筑 强度 需要 ， 采用全 缆 机施 工需 要 3 0 t 缆机 6 7台 。大 坝顺 流 向长 度 1 6 6 m 范周 内单 平 台 布 置 6 7台 缆 机 基本 不可 能 ； 如采 用 双平 台布 置 ， 考 虑 缆机 安全距 离 和 两岸 地形 条 件 ， 非 常 不经 济 ， 不 宜 采用 。 ( 2 )全塔带机方案。塔带机具有浇筑混凝土强度 高的特点， 按二期工程施工强度需要在大坝挡水一线 2 0 4 7号 坝段长约 4 5 0 m 范围 内布置 45台塔带 机 ， 塔带 机 之 间干扰 大 ， 且 难 以满 足 大 坝 金 结 及 钢 筋 、 模 板 、 设 备 转运 等辅 助作 业 的 吊装 ， 也 不 能满 足大 坝二 期 工程后 期 的泄 洪表 孔 及 金 属 结 构 施 工 的需 要 ， 不 宜 采 用 。 ( 3 )全 门塔机方案。大坝顺 流 向最长约 1 6 6 m， 坝高 1 6 2 m， 国 内 浇 筑 混 凝 土 最 大 规 格 的 门塔 机 MQ 2 0 0 0门机最 大工 作 幅度 仅 7 I m， 按 现 有 的设 备 水 平 ， 采 用 全 门塔 机 方案需 要架 设施 工 栈桥 ， 且坝 段 中部 约 4 0 m 范 围门塔 机不 能覆 盖 ， 需 要转 料 。而设 置坝 外 低栈 桥 和坝 内高栈 桥方 案 不需转 料 的 门塔 机 最大 工作 幅度需 9 1 m， 9 1 m工作幅度的特大型浇筑混凝土门塔 机需重新研制 ， 且满足高峰浇筑强度需要的门塔机太 多 ， 门塔机之间干扰太大 ， 不宜采用此方案。 ( 4 )缆 机 和 门塔 机方 案 。在顺 流 向 1 6 6 m 长度范 围 内布置 3台 3 0 t 平 移式 缆 机 ， 在 上下 游 布 置一 定 数 量 的门塔 机 。虽然 坝段 中部 约 4 0 m 范 围 门塔 机 不 能 覆盖范围由缆机浇筑 ， 但 坝体中上部还 有约 l 0万 m 的月浇筑强度 ， 需要架设 坝后高栈桥 。3台 3 0 t 平 移 式缆机浇筑强度约为 l 0万 m 月， 可以满足一期工程 浇筑强度 ， 但是二期 工程浇筑强度 近 2 0万 m 月 ， 需 要 1 5台 门塔机 ， 门塔 机 数 量 过 多 ， 干 扰 非 常 大 。加 上 坝后 高栈 桥 门塔机 与 缆 机 之 间 的干 扰 ， 会 大 大 降 低 设 备使用效率 ， 施工进度保证率低 ， 此方案不宜采用。 ( 5 )塔带机和门塔机方案。在泄洪坝段和厂房坝 段布置 3台塔带机 ， 上下游布置 81 0台高架门机 ， 浇 筑强度能满足要求 ， 但是金属结构的安装 、 钢筋模板的 吊运 以及混 凝土 浇筑 需要在 坝 后高程 3 2 0 m左 右 布置 栈桥 。门机 的 搬 迁 、 栈 桥 的铺 设 需 要 占用 直 线 工 期 。 由于混凝 土 系统 均在 右 岸 ， 左 岸 一 期 工程 的t 昆凝 土 运 输需在左岸设置混凝土系统 ， 同时骨料需要过江 ， 此方 案可行 ， 但是不可取。 ( 6 )缆机和塔带机方案。在顺流向 1 6 6 m长度范 围内布置 3台 3 0 t 平移式缆机， 在泄洪和厂房坝段布 置 23台塔 带 机 ， 并 辅 以少 量 常 规 门 塔 机 的浇 筑 方 案 ， 此 方案 可 以充分 利 用缆 机 和 塔 带 机 高 强 度 浇筑 的 特点 ， 门塔机进行局部混凝 土浇筑和部分金属结构安 装 。此 方 案可行 。 综上 ， 向家坝水电站大坝不适宜采用单一的缆机 、 门塔机 或塔 带机 为 主导 的机械 浇筑 方案 。经 以上 几种 浇筑方 案 比较分 析 ， 大坝混 凝 土浇筑 宜 采用缆 机 、 塔带 机为 主导 机 械 并 辅 以少 量 常 规 门塔 机 的 组 合 施 工 方 案 ， 其 下部 齿槽 及右 非等部 位 的 R C C可 以采 用 缆 机 和 自卸汽车等设备浇筑。 3 3 浇筑设备台数的选定 一 期工程高峰月混凝土浇筑强度约 9万 l 0万 m ， 由于混 凝 土 系 统 均 布 置 在 右 岸 ， 混 凝 土 浇筑 全 部 由缆 机来 吊运 ， 3 0 t 平 移 式 缆 机 浇 筑 强 度 约 为 3 5万 4 0万 m 台 月 ， 因此 至少 需要 3台 3 0 t 缆 机 。考 虑到缆机的平 台长度和缆机之间 的安全距离 ， 选取 3 台 3 0 t 平移式缆机较为合适 。 第 1 6期 杨学红 ： 向家坝水 电站混凝 土重力坝施工方案 比选 2 7 图 1 大坝混凝土施工选定方案布置示意 二期工程高峰月混凝土浇筑强度约 2 8万 3 O万 m ， 泄洪 厂房 坝段 约 4 5 0 m范 围 内布置 4 5台塔 带机 干扰 太大 ， 参考 三峡 二期 工程 和三 期工程 经 验 ， 此 范 围 布置 不超过 3台塔带 机 为宜 ， 同时 在 上 下 游 布置 适 量 门塔机辅助作业 和浇筑塔带机 不能覆盖 的部 位。因 此 ， 浇筑方案初步选定为 3台塔带机 + 3台 3 0 t 平移 式缆机配适量门塔机的方案。 3 4推荐方案施工布置 ( 1 )缆 机 。3台 3 0 t 平 移式 缆机 控 制 范 围为 ： 7 4 6号 坝段 。缆 机左 岸塔 顶 高 程 4 9 0 m， 右岸 塔 顶 高 程 5 0 0 m， 缆机跨度约 1 3 2 0 m， 工作区长度约 l 0 4 0 m， 缆 机从右岸取料 ， 取料平 台高程 3 8 0 m。 ( 2 )塔带机。塔带机采用 T C 2 4 0 0型， 臂长 8 0 m。 在泄 4和泄 5坝段横缝处布置 1台， 在泄 1 0和泄 1 1 坝段 横缝 处 布置 1台 ， 在左厂 5号 坝段 布置 1台 ， 塔 柱 中心线距 坝轴 线均 为 6 0 m， 控制在 高程 3 5 0 m。 ( 3 )门机 。右非 6 8号坝段缆机无法覆盖 ， 上游 布置一台 MQ 2 0 0 0高架门机 ， 轨道高程 3 2 0 m。 泄洪坝段上游布置 1 2台 MQ 2 0 0 0高架门机 ， 门 机轨 道 高程 2 4 0 m， 中 心线 位于 坝轴 线 上 游 约 4 5 m。下 游 布 置 1台 S D T Q1 8 0 0门机 供 前期 辅助施工。具体布置见 图 1 。 4 施工仿真 4 1 施工方案 大坝 混凝 土 施 工 方 案推荐 3台塔 带机 +3 台 3 0 t 平移式缆机配适 量门塔 机， 但 大 坝 的分 缝 方案 和 浇筑 层 厚对 浇 筑 方 案 也 有 一 定 的 影 响 。考 虑大 坝顺 流 向长 1 6 6 m 和 目前 脱 离 基 础 约束区加大浇筑层厚 的 施 工 新 技 术 ， 拟 定 以 F 4种方 案进 行 计 算 机 仿 真 。 ( 1 )方 案 一 。3台 3 0 t 平移式缆机 +3台 塔带机为主导机械通仓 浇筑方 案 ， 基础 约束 区 采用 1 5 m层厚 ， 脱离约束区采用 2 m层厚浇筑方案 。 ( 2 )方案 二 。3台 3 0 t 平 移 式缆 机 + 3台 塔 带机 为 主导机 械 ， 设 1条 纵 缝 浇 筑 方 案 ， 基 础 约 束 区采 用 1 5 m层厚 ， 脱离约束区采用 2 m层厚浇筑方案。 ( 3 )方案三。3台 3 0 t 平移式缆机 + 3台塔带机 为主导机械 ， 设 2条纵缝 浇筑方案 ， 基础 约束 区采用 1 5 m层厚 ， 脱离约束 区采用 2 m层厚浇筑方案。 ( 4 )方案 四 。3台 3 0 t 平 移式 缆 机 +3台塔 带 机 为主导 机 械 ， 设 2条 纵 缝 ， 基 础 约 束 区 采 用 1 5 m 层 厚 ， 脱 离约 束 区采用 3 m层厚 浇 筑方案 。 上述 4个方案中浇筑设备的空间布置基本相同。 根据混凝土浇筑设备的特性， 塔带机主要浇筑 2 0 4 6 号坝段高程 3 5 0 m以下混凝土 ， 缆机主要浇筑 一期工 程 混凝 土 以及 二 期 工 程 塔 带 机 不 能 浇 筑 的 坝段 和 部 位 。 4 2 计算机模拟 结果及 分析 对 4种施工方案进行了计算机仿真 ， 各方案仿 真 结果见表 1 2和图 2 。4个方案大坝施工总工期均在 6 3 6 6 个月 ， 分缝浇筑比通仓浇筑完工时间滞后 1 2 28 人 民 长 江 个月， 均满足各工期控制时间点要求 ， 也基本满足施工 导流、 截流 、 度汛 、 导流底孔 封堵及第一 台机组发 电等 控制性施工进度及各控制点坝体形象要求 ( 脱离基础 约 束 区加大 浇筑 层 厚 可 缩 短 工期 23个 月 ) ， 4个 方 案 从施 工进 度上 均 可行 。 表 1 不 同方案模 拟到达控制高程 时间 注 ： 以最低坝段 高程到达为准。 表 2各 方 案 月 最 大 浇 筑 量 1 0 m 注 ： 括 亏 内数 字 为 最 大 浇 筑 强 度 出现 时 间 。 从表 2和图 2可以看出， 平移式缆机高峰强度为 3 5万 4 0万 m 月， 塔带 机高峰强度 为 6 3万 一 6 5 万 m 月 ， 一 期 工 程 高 峰 强 度 为 9 0万 1 1 0万 m # I ， 二 期工 程高 峰强 度 为 2 7 7万 3 0 3万 I l l 月 ， 各 种 机械 的单 台月 最高 强度 和 总 的最高 月强 度均 在合 理的范围内。仿真结果表明 4种方案在机械配置和布 置上是可行的， 所选施工方案较好地适应了大坝浇筑 进度和浇筑强度。 3 0 2 5 2 O 目 l 5 魑 l O 5 0 i i l l l l i i i i ! i i i i i i 【言 三 i L - NN N 时间 ( 年月 ) 9 0 O 8 0 0 o 0 6 【】 I 】 S 5 0 0 4 o o饕 3 O 0 嘣； 2 0 0 l 0 0 0 图 2 大坝混凝土浇筑推荐方案月浇筑强度及累计浇筑量 大 坝设纵 缝方 案施 工进 度 比通仓 浇筑 有一 定 的滞 后 ， 但是从温控防裂上大坝设纵缝对质量有保障， 在温 控措施许可情况下建议在脱离基础约束区后采取加大 浇筑层厚的施工方案来加快施工进度 ， 提高工期 的保 证 率 。 5 结 语 本 文通 过对 向家 坝 水 电站 的 施 工特 性 、 施 工 进 度 和施工 强度 以及 现有 设 备 规 格 水 平 的分 析 ， 大 坝混 凝 土施 工方案 不 宜选用 全 缆 机 、 全 塔 带 机 和 全 门塔 机 方 案 ， 宜采用缆机 、 塔带机为主导施工机械的组合浇筑方 案 。对缆机 、 塔带机及门塔机 6个不 同的施 工方案进 行 比选 分 析 ， 选择 大 坝 常态 混凝 土 采用 3台 3 0 t 平 移 式 缆 机 + 3台塔 带 机 配 适 量 门塔 机 ， 下 部 齿 槽 及 右 非 R C C采用 缆 机 及 其 他 移 动 式 设 备 浇 筑 的 施 工 方 案 。 其 仿 真结 果 表 明所 选 的大 坝 混凝 土施 工 方 案 是 合 理 的、 可行的， 对其他类似工程具有借鉴意义。 ( 编 辑 ： 赵 凤 超 ) Se l e c t i o n a nd c o m pa r i s o n o f c o ns t r uc t i o n s c h e m e s o f c o n c r e t e g r a v i t y d a m o f X i a n g j i a b a Hy d r o p o we r S t a t i o n YANG Xue h o n g ( C o n s t r u c t i o n a n d D e s i g n D e p a r t m e n t ，C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y ，P l a n n i n g ， D e s i g n a n d R e s e a r c h ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Xi a n g j i a b a Hy d r o p o we r S t a t i o n i s c h a r a c t e r i z e d a s l a r g e s c a l e ，l o n g c o n s t r u c t i o n p e r i o d，S O t h e r e a s o n a b l e c o n s t r u e t i o n s c h e me i s t h e k e y t o t he qu i c k c o n s t r u c t i o n o f t h e d a m ，wh i c h d i r e c t l y r e l a t e d t o t he c o n s t r u c t i o n p e r i o d a n d i n v e s t me n t Ac c o r di ng t o t h e e ng i n e e r i n g g e o l o g y a n d t e r r a i n c o n d i t i o n a n d l a y o u t a n d s t ru c t u r e o f t h e c o mpl e x，s e v e r al c o n s t r u c t i o n s c h e me s o f c o n c r e t e d a m w e r e s t u d i e d o u t a n d c o mp a r e d T h e s c h e me o f a d o p t i n g 3 t r a n s l a t i o n c a b l e c r a n e s( 3 0 t )a n d 3 t o w e r b e l t c r a n e s w i t h p r o p e r p o r t a l c r a n e s w a s p u t f o r wa r d T h e r e c o mme n d e d s c h e me wa s s i mu l a t e d i n t h e c a s e s o f d i f f e r e n t j o i n t l a y o u t s a n d c o n c r e t e l i ft t h i c kn e s s b y co mp u t e r s Th e r e s u l t s s h o we d t ha t t h e r e c o mme nd e d s c he me wa s r e a s o n a b l e a n d f e a s i bl e a nd c a n be r e f e r r e d b y o t h e r s i m i l a r p r o j e c t s Ke y wo r d s ： c o n s t ruc t i o n s c h e me ；c o n s t r u c t i o n s i mu l a t i o n ；c o n c r e t e c o n s t ruc t i o n；Xi a n g j i a b a Hy d r o p o w e r S t a t i o n