高海拔峽谷地區碾壓混凝土壩施工布置及優化

李軍華，劉朝建

(水電九局西藏建設工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

西藏DG水電站位于西藏自治區山南地區YLZBJ干流藏木峽谷河段之上，是YLZBJ中游水電規劃沃卡河口～朗縣縣城河段8級開發方案中的第2級，電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發電系統及升壓站等組成。該工程是目前國內海拔最高的碾壓混凝土重力壩。

攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3 451.0 m，最大壩高117 m，壩頂長385 m。大壩混凝土共分17個壩段，1～5號壩段為左岸擋水壩段，6～9號壩段為溢流壩段，10號壩段為沖砂底孔壩段，11～14號壩段為廠引壩段，15～17號壩段為右岸擋水壩段。其中1、17號壩段為常態混凝土壩段，其余壩段均為碾壓混凝土+常態混凝土壩段，消力池右邊墻、廠壩導墻為碾壓混凝土，消力池底板及左邊墻、護坦、檢修圍堰均為常態混凝土。大壩碾壓混凝土總方量為94萬m3，常態混凝土51萬m3。大壩上游立面圖見圖1。

圖1 大壩上游立面圖

1 工程重點及難點分析及解決方案

1)大壩兩岸河谷地形狹窄，施工布置條件差。大壩壩址區屬高山峽谷地貌，YLZBJ以N15°E流經壩址，壩址段河道順直，河谷狹窄呈較對稱的“V”型，左右岸地形陡峭[1]。而受電站區域地形限制，制漿站、施工水池、鋼筋加工廠、預制場等施工臨建設施均無法集中布置。為此，必須結合電站區域河谷地形以及渣場等部位對臨建設施布置進行合理優化，減小臨建設施布置難度和占地面積，降低項目臨建設施費用。

2)大壩混凝土高峰期運輸強度大，施工道路布置及施工機械設備配置需合理優化[2]。電站砂拌系統布置在大壩下游河谷左岸，拌和站至大壩左岸運距約1.2 km，至大壩右岸運距約1.7 km，高峰期大壩最大澆筑強度13萬m3/月。由于大壩3 398.0 m以下碾壓混凝土共71萬m3，占總碾壓方量的74.7%，該區域碾壓混凝土大部分均采用自卸汽車入倉，為滿足高峰期混凝土澆筑強度，需對大壩混凝土入倉道路進行合理布置[3]。

3)部分壩段內常態混凝土與碾壓混凝土穿插施工，施工效率較低。根據設計圖紙，在大壩3 398.0 m以下各壩段主要以碾壓混凝土為主，但在底層廊道、沖砂底孔、排砂廊道、壓力鋼管等部位則是碾壓混凝土+常態混凝土布置，過程中存在穿插施工的情況。為充分發揮碾壓混凝土筑壩施工的機械化及高效性，須對壩段的材料分區進行合理的調整優化，實現大壩快速、高效施工。

4)大壩上部常態混凝土施工強度高，入倉手段單一，對施工機械設備依賴程度高。由于大壩溢流壩段、廠引壩段上部結構均為閘墩、板梁結構，對于碾壓混凝土壩而言，往往上部常態混凝土結構具有工程量大、施工強度高的特點，而且由于入倉手段單一，在施工過程中對大型機械設備的依賴程度高。但由于電站區域屬于深V河谷，大壩溢流壩段、廠引壩段結構設計布置緊湊，設備受場地限制影響因素大，故需要結合現場實際情況對機械設備選型進行合理優化，確保選定的機械設備配置滿足高峰期大壩上部結構混凝土澆筑要求。

2 施工臨建設施布置優化

由于電站區域場地狹窄，河谷較深，電站永久建筑物集中布置在壩軸線附近。施工臨建設施無法集中布置，前期已有場地也已被其他標段占據。為此，經結合兩岸峽谷特點和電站區域已布置的臨時建筑物，大壩臨建設施布置按照“分散式”的布置原則進行規劃。并將施工所需生產臨建設施按照重要性、影響大小合理規劃。對于制漿站、高位水池、風壓站、備用電源點、現場工人休息區等布置在大壩施工現場附近；對于鋼筋加工廠、木材加工廠、混凝土預制構件廠以及金結加工廠等布置在相對遠離壩址的河谷下游區域[4]。

在進行臨建設施具體布置時，由于壩肩開挖邊坡上部陡峭，若新建臨時設施則施工成本高、施工難度大。結合大壩施工的特點，分別沿壩軸線附近的壩頂左岸上壩公路、右岸邊坡開挖馬道分別新建左右岸高位水池和左右岸備用電源點，另外利用左岸上壩公路錯車道部位新建左岸制漿站。但左岸上壩公路、右岸邊坡馬道均為標準路面寬度，在上述臨建設施布置完成后將對后期大壩施工中的左右岸壩頂過往車輛的通行能力帶來影響，為此，采取提前將左岸1號壩段和右岸17號壩段澆筑完成，以拓寬壩頂道路，同時為大壩固定式纜機澆筑混凝土以及中后期利用左右岸滿管溜槽施工提供充足場地。另外，為節約施工用水成本，結合大壩混凝土溫控特點，施工用水采用壩址附近兩岸沖溝的雪山融水作為主要水源。

對于鋼筋加工廠、木材加工廠、混凝土預制構件廠布置時為節約場地，采取相對較為緊湊的“三廠合一”方式綜合布置在與電站拌和系統緊鄰的左岸下游永久交通橋與臨時索橋間空地處。另外，充分利用大壩上下游圍堰以及基坑內左右岸臨時道路，按照布置的臨建設施不影響圍堰正常使用和汛期搶險的前提下，將大壩右岸制漿站布置于上游圍堰右堰頭部位，將現場工人休息區布置在下游圍堰的背水面，將風壓站布置在基坑內的左右岸臨時道路旁。

由于受電站兩岸河谷地形限制，針對金結加工廠占地面積較大、建筑面積較小的特點，將金結加工廠布置于相對距離永久建筑物較遠的無用料渣場。辦公及生活設施統一布置在業主規劃建設的下游承包商營地內。大壩施工總平面布置圖見圖2。

Design and Verification of Path Following Controller for USV …

圖2 大壩施工總平面布置圖

3 大壩施工道路布置優化

受電站高海拔氣候條件及峽谷地形影響，大壩原投標方案中3 398.0 m以下碾壓混凝土采用左岸膠帶機供料線+滿管溜槽+倉內自卸汽車轉運的斜層平推法進行施工。但由于電站砂拌系統距離壩址較遠，左岸壩肩至拌和站運距為1.2 km，膠帶機供料線較長、且沿線保溫保濕設備投入大，建設成本高。而且由于入倉方式單一，若在澆筑過程中出現問題，沒有其他入倉手段補救，不易保證混凝土施工質量。

結合現場條件，大壩3 398.0 m以下在前期左右岸壩肩及基坑開挖過程中布置有下游圍堰至基坑道路、左岸3 375.0 m馬道至上游圍堰道路、左右岸3 396.0 m灌漿平洞至上游圍堰道路，道路運輸條件較好。而自卸車運輸碾壓混凝土具有很好的機動性、運輸強度高、可靠性高，入倉方式多樣。故利用上述施工道路將大壩3 398.0 m以下碾壓混凝土入倉方式調整優化為以自卸汽車直接入倉、分區平層通倉法施工。大壩3 395.5 m以上主要采用左右岸壩頂布置的滿管溜槽，利用滿管溜槽垂直運輸+倉內自卸汽車水平運輸的方式進行施工[5]。大壩碾壓混凝土入倉方式示意圖見圖3。

圖3 大壩碾壓混凝土入倉方式示意圖

4 大壩主要施工機械配置優化

碾壓混凝土壩在施工中后期的主要難點就是上部常態混凝土結構施工，特別是針對峽谷地區的混凝土壩，由于受深V河谷的條件限制，大壩永久建筑物的溢流壩段、廠引壩段往往布置較為集中，而常態混凝土入倉手段較為單一，多數對大型施工設備的依賴程度較高，為滿足施工進度，就必須提高施工強度，必須加大設備選型。但設備選型較大，往往在峽谷地區的大壩則由于場地限制而導致布置的數量受到很大限制。所以在峽谷地區的混凝土壩施工過程中尤其須重視設備選型和布置位置的選擇，在布置數量和設備施工范圍兩方面充分考慮。

根據修訂的施工進度計劃，大壩中期常態混凝土最高月施工強度達到5.5萬m3，原投標方案中大壩主體常態混凝土施工機械布置主要為壩后2臺MQ900門機、消力池內1臺C7050塔機、1臺50 t履帶吊、30 t固定式纜機以及HTB60泵機。

由于大壩主體土建施工關鍵線路集中在廠引壩段以及溢流壩段常態混凝土澆筑，上述兩壩段常態混凝土均只能依靠上述設備進行澆筑。為加快施工進度，按照月最大澆筑強度，針對常態混凝土入倉特點，對上述混凝土澆筑設備按照“適當增減、充分發揮；合理調配、盡早使用”的方式進行設備的優化布置。

1)適當增減設備、充分發揮設備使用效率。由于常態混凝土澆筑對入倉設備依賴性高，針對峽谷地區混凝土筑壩特點，在設備優化布置時按照“適當增減”的原則進行。由于設備布置緊湊，大型設備受場地限制，布置的數量基本固定，若要提高混凝土入倉強度，則必須增加大型設備的澆筑能力，并在過程中“充分發揮”大型設備的吊運能力。另外，對小型設備的布置位置進行合理優化，騰出場地，防止設備由于布置過于緊密影響設備使用效率和出現安全事故。

2)過程中合理調配、盡早使用大型設備。對各型設備合理分工、調配。大型設備主要用于混凝土澆筑，小型設備(如汽車吊、小型塔機等)則主要負責吊運施工材料等。設備在使用過程中需合理調配，對于具備條件提前安裝和提前投入使用的設備要盡早安裝，提高施工效率。

表1 大型設備起重任務分工表

另外，考慮到大壩施工布置條件較差，為使大壩30 t固定式纜機提前投入使用，在施工過程中先行施工大壩左岸1號壩段及右岸17號壩段，形成纜機受料平臺。針對廠引壩段進水口以及溢流壩段閘墩上部結構混凝土澆筑強度高的特點，廠引壩段在上述設備布置的基礎上，單獨增加2臺48m臂長的混凝土汽車泵，進行攔污柵墩、部分縫墩及邊墩等小方量部位混凝土的澆筑，充分釋放壩后門機的吊裝能力。大型設備布置平面圖見圖4。

圖4 大型設備布置平面圖

5 大壩混凝土材料分區調整優化

對于碾壓混凝土壩，在壩體澆筑過程中，往往面臨著碾壓混凝土與常態混凝土澆筑干擾的情況。為加快現場施工進度，就必須減小壩體不同筑壩材料間的施工干擾。另外，為充分發揮碾壓混凝土澆筑上升速度快、水化熱相對較低的特點，在大壩材料分區調整過程中的原則應為“多澆筑碾壓混凝土、少澆筑常態混凝土；多通倉澆筑、少分倉澆筑”。在實際施工過程中，按照上述材料分區調整方法，將廠引壩段碾壓混凝土澆筑高程由設計圖紙中3 398.0 m調整至3 404.0 m，對廠引壩段壩下0+11.25～0+22.5樁號、3 416.00～3 448.00 m常態混凝土更改為碾壓混凝土施工，并提前澆筑形成廠引壩段攔污柵、檢修閘門井、事故閘門井常態混凝土澆筑的入倉通道；將10號壩段沖砂底孔鋼襯下部常態混凝土澆筑高度由原3m預留高度調整為1 m的預留高度，對于鋼襯底部錨筋采取碾壓混凝土澆筑完成后鉆孔植筋的方式進行施工。

另外，對于常態混凝土干擾較大的廠引壩段壓力鋼管預留槽，增設部分縱縫，將鋼管預留槽兩側不具備碾壓混凝土施工條件的邊墻常態混凝土倉號預留，利用碾壓混凝土備倉的空歇期進行預留部分的常態混凝土施工。對于空間較為狹窄的廠壩中導墻、15～16號壩段3 435.00 m以上部位均由碾壓混凝土調整為常態混凝土施工。特別是對于長度≤40 m、寬度≤8 m、面積在500 m2以下的倉面由碾壓混凝土調整為常態混凝土后可提高混凝土澆筑質量。大壩材料分區調整后減小了碾壓與常態穿插施工的干擾，加快了大壩施工進度。

6 經濟對比分析

通過對碾壓混凝大壩施工臨建設施優化、施工道路布置優化及施工機械設備優化，成本對比分析如表2。

表2 通過對碾壓混凝土大壩優化后的成本對比分析表

從表2中可以看出，通過方案優化后，成本增加988.48萬元，其中主要體現在施工機械設備優化和混凝土材料分區調整增加的成本投入。

7 工期對比分析

通過對大壩施工采取上述措施優化后，合同工期與實際工期對比分析如表3。

從表3中可以看出，通過方案優化后，大壩6～9號溢流壩段碾壓混凝土澆筑至3 421.5 m節約工期204 d，大壩混凝土全線澆筑至3 451.0 m節約工期41 d。

表3 合同工期與實際工期對比分析表

8 結 語

由于大壩兩岸河谷地形狹窄，施工布置條件差，在施工過程中為提高施工效率勢必將增加設備投入。另外，對施工臨建設施的集中布置和施工道路布置必須因地制宜的利用項目特點綜合考慮，對于碾壓混凝土壩，由于受上部結構和分倉澆筑影響，對于無法采用碾壓混凝土澆筑的部位則勢必對材料分區進行調整。

通過對大壩的臨建設施優化、施工道路布置優化、施工機械設備配置優化以及大壩材料分區優化調整保證了大壩施工質量，雖成本有所增加，但減小了干擾，加快了大壩施工進度，可為部分類似工程提供借鑒經驗。