烏東德水電站大壩建設進度及纜機規模研究

覃春安

(中國葛洲壩集團股份有限公司市場開發部，湖北宜昌 443002)

1 概述

(1)項目概況。烏東德水電站是金沙江下游河段四座水電站(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)中最上游的梯級電站，以發電為主，兼顧防洪、航運和其他綜合利用;裝機容量為10 200 MW。

大壩為混凝土雙曲拱壩，河床最低建基面高程723 m，壩頂高程為988 m，最大壩高265 m。大壩分為15個壩段，其中河床中部5#～10#壩段為溢流壩段(設6個中孔、5個表孔)，左岸1#～4#壩段、右岸11#～15#壩段為非溢流壩段。

電站建設總工期為106個月，其中第一批機組投產工期90個月，采用全年擋水圍堰、兩岸導流隧洞泄流的導流方案。施工上總體具有規模大、工期緊、投資多、技術復雜等特點。

大壩混凝土量為245.9萬m3，水墊塘消能建筑物混凝土量為26.34萬m3。

(2)研究內容及目的。烏東德水電站大壩建設在即，提前研究大壩建設進度并合理設置纜機系統規模，將有利于工程建設的順利推進。通過對大壩進度進行研究分析，確定纜機系統規模及規劃布置方案。

(3)現場條件。壩址兩岸地形陡峻，形成狹窄的“V”型河谷。高程1 150～1 200 m以下河谷狹窄，岸坡陡峻，坡角一般為60°～75°。尤其是高程900 m以下更為陡峻，呈絕壁狀，岸坡坡角達82°。

壩址處枯水期水面高程約815 m，相應水面寬100～150 m，河床高程800 m左右。覆蓋層厚52.4～65.5 m，基巖面最低高程 733.3 m。正常蓄水位高程975 m處河谷寬229 m，相應的河谷寬高比為0.95。

(4)工期要求。根據烏東德水電站總體規劃，控制工期的總關鍵線路為:四通一平→導流隧洞及截流、圍堰施工→大壩基坑開挖→大壩混凝土澆筑→水庫蓄水→機組有水調試→機組發電→竣工。

2 研究思路

纜機規模的確定主要受進度因素的制約。通過對小灣、錦屏一級、溪洛渡、大崗山等水電站纜機使用情況進行調研并綜合分析后得知，錦屏一級水電站大壩與本工程的可比性最好，其余電站在纜機布置、纜機選型、大壩進度、纜機效率等方面分別具有可借鑒的經驗。

確定研究以類似工程現有平均先進水平為基礎，分析相關條件的不確定性，分別對按原進度計劃(第五年2月開始混凝土澆筑)和提前到第四年10月開始大壩混凝土澆筑的強度進行深入分析，按混凝土月強度、最大倉面平倉澆筑的覆蓋強度，參照類似工程現狀分析纜機系統配置規模;進一步研究供料平臺的設置、纜機布置方案;最后總結研究結論并提出建議。

3 纜機布置與設備選型

纜機主要應滿足大壩并兼顧水墊塘消能建筑物的吊運施工。

3.1 纜機系統規模分析

(1)按全混凝土強度分析。纜機系統規模滿足大壩及相應兼顧水墊塘施工吊運要求，其中最主要的是必須混凝土吊運要求。混凝土澆筑強度分析如下:

如果大壩混凝土第五年2月開始澆筑，第八年6月完成，工期41個月，平均月強度6萬m3。按全混凝土強度分析方法估算高峰期強度:13.8～7.8萬m3。如果第八年2月大壩最低壩段上升至高程970 m，壩體接縫灌漿至高程945 m，混凝土工程量233萬m3，平均月強度6.3萬m3，估算高峰月強度:14.5～8.2萬m3。兩種時段的平均高峰月強度約為11萬m3。

水墊塘混凝土總方量為26.34萬m3，且大部分方量位于下游的二道壩，其混凝土澆筑必須考慮其它澆筑手段，纜機配置僅作為補充手段輔助施工，施工強度上可以不考慮。

最大倉面為左岸非溢流4#壩段，混凝土澆筑最大倉位高程785 m，面積1 220.35 m2。覆蓋單倉最大強度約為175 m2/h。

(2)按第四年10月～第八年6月完成大壩混凝土分析。經分析得知:可以通過采取措施加快壩肩開挖進度，在措施到位后，有可能在第四年8月底完成基坑開挖，第四年10月具備澆筑大壩混凝土的施工條件。相應在第七年11月底大壩澆筑至高程950 m，壩體接縫灌漿至高程920 m，具備導流洞封堵條件;第八年2月底大壩澆筑至高程970 m，壩體接縫灌漿至高程945 m，具備下閘蓄水條件;第八年6月底到壩頂。根據小灣和錦屏大壩的施工經驗，深孔鋼襯按照一期施工，占直線工期40 d;表孔牛腿開始施工前，泄洪深孔弧門、啟閉機房大件吊裝已完畢。典型壩段施工進度安排見表2。

經細化進度安排，混凝土月澆筑強度最高出現在第六年5月，為7.75萬m3。考慮施工偏差系數約1.15，則最高強度為8.9萬 m3/月。

表2 典型壩段施工進度表

(3)按第四年10月～第八年2月完成大壩混凝土分析。按第四年10月～第八年2月完成大壩混凝土施工，相對工期為41個月，計劃澆筑混凝土最高強度為8.64萬m3。考慮施工偏差系數約為1.15，則最高強度為9.94萬 m3/月，出現時間為第六年4月。

按3臺纜機計算，高峰月單臺纜機平均月強度約3.32萬m3/月，但月強度大于6萬m3/月的約23個月。顯然，布置3臺纜機處于目前國內施工水平的上邊緣，設備能力的富余度不大。

(4)類似工程纜機配置規模。錦屏工程:26個壩段，壩高305 m，壩體分為左右岸標，混凝土方量共583.4萬m3，現布置5臺30 t纜機，兩標平均月強度13.89萬m3，平均臺月強度2.778萬m3/月·臺，最新實際月生產率單臺達到4萬m3以上，平均達到3.54萬m3。

小灣工程:44個壩段，最大壩高292.5 m，壩體混凝土總量860萬m3，采用“雙層雙平”，共設6臺30 t平移式中高速纜機。

布置3臺纜機，單臺纜機平均承擔約2.97萬m3混凝土的吊運任務，按纜機循環時間計算，用于輔助吊運的時間不少于35%，因此，如果第四年10月開始大壩混凝土澆筑，3臺纜機可以滿足大壩結構施工的需要。

(5)工程纜機配置規模。纜機配置規模參考類似工程考慮月澆筑不均勻系數為1.4。若大壩按照第五年2月開始施工，月高峰混凝土強度為12.1萬m3;若大壩按照第四年10月開始施工，月高峰澆筑強度為10.86萬m3。30 t纜機掛9 m3吊罐澆筑，單臺纜機平均月澆筑強度為2.5～4.5萬m3(平均可取3.54萬m3/月)，3臺30 t纜機掛9 m3吊罐可以滿足11萬m3混凝土澆筑強度及輔助吊運的要求。混凝土月強度如果達到12.1萬m3，則需要4臺30 t纜機。

最大倉面面積1 220.35 m2，覆蓋單倉最大強度為153～175 m3/h，采用纜機配9 m3罐澆筑需吊運17～20罐，單臺纜機平均循環時間為5～7 min，2臺纜機可滿足要求。

綜上分析可知:配置4臺纜機，其中1臺纜機使用效率較低;配置3臺纜機，如果出現開挖工期延誤，則難以滿足發電節點的要求。

3.2 纜機布置

(1)纜機類型選擇。

經對不同方案進行比較，根據本工程地形特點及壩體結構特征，選用平移式纜機比較合理，其主要有以下優點:

地形地勢結構適合，可覆蓋整個拱壩，從而簡化了施工方案。

相對于輻射式更加容易布置，更加經濟合理。

最多4臺纜機布置，更適于單層布置纜機，更有利于運行管理與安全。

平移纜機便于實施超重件或大件的抬吊運行。

由于壩頂上部兩岸邊坡陡峭，結合岸坡開挖，可以將纜機布置在滿足吊運凈空的相應高度，主副塔均為無塔架布置。

(2)纜機布置。

纜機平臺:大壩混凝土取自右岸。根據無塔架纜機結構特性及以往工程經驗，右岸纜機平臺(主塔)寬14 m，左岸纜機平臺(副塔)寬8.5 m。

纜機平臺高程及跨度:考慮吊重罐距壩頂間距、吊罐與吊鉤及行走小車間距等因素，結合地質條件，依重下輕上的原則，按照左岸/右岸纜機平臺高程/跨度:1053/1064/390 m或 1068/1072/397 m兩種方案布置纜機，纜機掛9 m3重罐距壩頂間距分別為30.66/43 m，高程1 053/1 064 m方案工作區域偏小，開挖工程量較高程1 068/1 072 m方案大，高程1 068/1 072 m方案跨度滿足要求，同時考慮壩頂門機的起吊凈空及設備費用相當，建議采用高程1 068/1 072 m方案(圖1)。

(3)4臺纜機布置。

按照41個月的大壩混凝土施工工期，采用3臺纜機可以滿足施工強度要求。但鑒于水電工程的復雜性以及工程施工不確定風險可能產生的工期變化，同時，鑒于錦屏、小灣工程都由于地質處理、開挖滯后等原因致使開挖工期擠占混凝土施工期，后期都補充了1臺纜機的經驗教訓，有必要考慮采用4臺纜機方案(圖1)。875 m高程以上區域混凝土為持續高峰強度期，沿纜機移動方向有101 m的可澆筑范圍，2臺纜機共同澆筑1個倉，纜機行車距離11 m，4臺纜機占據44 m運行區間，尚余56 m的空間調配。通過合理安排倉位以及纜機澆筑運行方向與順序，具備4臺纜機分2臺一組各澆筑一個倉位的空間位置。

3.3 供料平臺的規劃布置

(1)供料平臺布置。

本工程纜機供料平臺由布置于右岸壩肩988 m高程平臺上擴挖形成。根據小灣、錦屏大壩混凝土運輸方式經驗，側卸式料罐車存在以下問題:

①易側翻。側卸式料罐車卸料時，由于整個料罐車靠取料平臺邊沿放置，向料罐卸料時，用力過猛時容易側翻。

②卸料不干凈。側卸式料罐車卸料時，由于害怕用力過猛側翻，一般不能像后卸式自卸車利用液壓支撐桿抖動車廂，故料罐不易卸干凈，易留料。

③側卸式料罐車價格相對后卸式自卸汽車購買價格相對較高，日常維護費用也較高。

④側卸式料罐車主要用于運輸混凝土料，不如后卸式自卸車用途廣泛。

在采用3臺纜機同時澆筑混凝土時，設置三個取料點向纜機供料，三個取料點間距一般在11～13 m之間。按照一般9 m3側卸車尺寸9.13 m×3.06 m×3.28 m計算，三臺側卸式料罐車同時向取料點供料時，每兩臺車間距不到1.9～4 m，側卸車卸完料時，無法直接轉彎回車，來料車也無法及時就位卸料。

綜上所述，建議烏東德水電站拱壩施工混凝土運輸采用無軌式30 t后卸式自卸汽車。

(2)供料平臺尺寸。

圖1 纜機布置圖

供料平臺寬度:按照每臺纜機高峰澆筑強度約為10～12罐/h，為保證后卸式30 t自卸車正常通行，實際施工中需要考慮自卸式料罐車轉彎回車，來料及時就位以及其它材料運輸通道等因素。國內9 m3吊罐相配的30 t后卸式自卸車代表車型尺寸為7.95 m ×3.64 m ×3.4 m(長 × 寬 ×高)，考慮卸料車、待料車以及轉彎半徑(約9 m)一般占道寬度約17 m，另外考慮其它材料運輸的來回交通車道寬度為8 m，則供料平臺最小寬度為17 m+8 m=25 m。

4 研究結論與建議

4.1 關于纜機系統規模

(1)纜機平臺。推薦平移式纜機布置設計平臺高程1 068 m(左)/1 072 m(右)，跨度為397 m。左、右岸非正常工作區長度均為39.7 m，占纜機跨距的10%。正常工作區長度為317.67 m。

纜機平臺寬度分別為右岸14 m，左岸8.5 m。

(2)鑒于本工程關鍵線路上的項目工期均比較緊張，推薦纜機規劃采用4臺額定起重量為30 t的纜機，配用9～9.6 m3混凝土吊罐。實際施工中，根據施工進度狀況再考慮其經濟合理性。

(3)混凝土水平運輸及供料平臺。

推薦采用30 t后卸式自卸車向9～9.6 m3混凝土吊罐卸料。

供料平臺最小寬度取25 m(壩肩段)，在不增加原方案中供料平臺開挖量的情況下，在壩體右端搭設約7 m寬的供料和取料平臺。

吊罐取料平臺寬度取4.5 m。

4.2 關于大壩混凝土澆筑與金結安裝進度

(1)鑒于發電前驗收標準的原因，推薦按第八年2月底大壩全部到頂進行控制。第八年3～6月4個月時間完成泄洪中孔檢修門、表孔檢修與工作門的門槽埋件與閘門、啟閉機的安裝調試。

(2)若大壩混凝土開始澆筑按第四年10月～第五年2月控制，由于本工程壩段數量少，在采取一定措施后，按工序的正常循環時間及技術上必要的間歇時間控制后，能滿足第八年2月底、最遲3月底大壩混凝土澆筑完成的要求。

(3)如果第五年2月不能開始大壩混凝土澆筑，按第五年4月初(推遲2個月)開始混凝土澆筑的進度分析，第七年汛前(5月底)的大壩度汛形象不能達到要求(大壩澆筑到915 m高程以上)，可以在第八年5月底大壩到頂，但發電前難以完成壩頂交通橋及泄洪中孔、表孔檢修門的門槽、檢修門安裝。

(4)推薦按第四年11月開始大壩混凝土澆筑作為總工期控制節點。大壩混凝土相對工期約為40～41個月。第八年3月底大壩到頂，6月蓄水，7月發電。