馬金剛

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

錦屏一級(jí)水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 885 m，建基面高程1 580 m，最大壩高305 m，是目前世界上最高的拱壩。大壩正常蓄水位高程1 880 m，死水位高程1 800 m，拱冠梁頂厚16 m，拱冠梁底厚63 m，頂拱中心線弧長(zhǎng)552.23 m。大壩設(shè)置25條橫縫，分為26個(gè)壩段，橫縫間距20～25 m，平均壩段寬22.6 m，施工不設(shè)縱縫。該工程位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，大壩河床兩岸陡峻，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工環(huán)境惡劣，布置困難，交叉作業(yè)干擾大，技術(shù)復(fù)雜。與國(guó)內(nèi)外同類工程相比，其技術(shù)要求更高，施工難度更大。

2 工程施工難點(diǎn)

(1)施工工期緊，強(qiáng)度高。工程前期因地質(zhì)條件原因影響基坑開挖，導(dǎo)致大壩混凝土澆筑滯后;而合同工期目標(biāo)又不能改變，故需要趕回9個(gè)月工期，導(dǎo)致施工強(qiáng)度提高約36%?？梢哉f是難上加難。

(2)場(chǎng)地狹窄，施工布置困難。工程所在地山體渾厚，兩岸陡峻，主要施工交通道路幾乎全部位于地下，地面場(chǎng)地條件非常有限，施工布置十分困難。

(3)施工項(xiàng)目多，相互干擾大，施工管理難度大。混凝土澆筑與基礎(chǔ)(斷層)開挖及處理、固結(jié)灌漿、接縫灌漿、金結(jié)制安等各專業(yè)相互交叉作業(yè)、共用起吊手段，相互制約工期，施工干擾很大，對(duì)施工組織與管理提出了很高的要求。

(4)氣候條件復(fù)雜，溫控技術(shù)要求高。壩址區(qū)地形、地勢(shì)非常復(fù)雜，立體氣候特征明顯，干、濕季分明，夏季日照強(qiáng)烈，冬季晝夜溫差大，溫控難度大。

(5)質(zhì)量、安全、環(huán)保要求高。在地質(zhì)條件較差的基礎(chǔ)上建設(shè)世界最高的拱壩，對(duì)施工質(zhì)量要求非常高，部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高于規(guī)范要求;該工程壩高達(dá)305 m，且岸坡陡峻，斷層處理與大壩混凝土澆筑、水墊塘邊坡與水墊塘混凝土等上下交叉、高空立體作業(yè)同步進(jìn)行，安全問題十分突出;在岸坡陡峻、場(chǎng)地狹窄、水文地質(zhì)情況復(fù)雜的條件下打造“生態(tài)錦屏”難度非常大。

3 主要施工技術(shù)創(chuàng)新

針對(duì)施工中的重、難點(diǎn)問題，葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司在右岸大壩的建設(shè)中大力采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，從而使右岸大壩高質(zhì)量、快速、文明安全上升。下面主要介紹了6個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新。

3.1 二次篩分污水處理技術(shù)

錦屏一級(jí)水電站高拱壩混凝土采用印把子溝砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的砂巖骨料，骨料裹粉量大，二次篩分后產(chǎn)生大量高濁度污水。為避免這些污水污染環(huán)境，需要建立污水處理系統(tǒng)對(duì)這些污水進(jìn)行處理，處理后的水還可以重復(fù)利用。但是右岸1 885 m和1 917 m高程平臺(tái)場(chǎng)地狹窄，不可能設(shè)平流沉淀池，而且已經(jīng)布置了拌和系統(tǒng)和篩分系統(tǒng)，污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置難度非常大。通過多方案比較，最終采用污泥干化污水處理技術(shù)，泥漿處理采用機(jī)械裝置提取、水回收泥排除方式，并開發(fā)了污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污水處理全過程自動(dòng)控制，保證了污水處理的能力，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。該系統(tǒng)布置充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地勢(shì)，緊湊實(shí)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3.2 4.5 m升層混凝土施工技術(shù)

拱壩混凝土澆筑的最大層高通常為3 m，在小灣水電站曾進(jìn)行過4 m升層混凝土澆筑試驗(yàn)，但未正式應(yīng)用。為進(jìn)一步提高混凝土澆筑速度，加快施工進(jìn)度，趕回滯后的工期，經(jīng)分析認(rèn)為，錦屏一級(jí)水電站大壩進(jìn)行4.5 m升層混凝土澆筑是可能的。2010年5月，在右岸15#壩段15#－17倉(cāng)和15#－18倉(cāng)(1 616～1 625 m高程)進(jìn)行了4.5 m升層混凝土澆筑生產(chǎn)性試驗(yàn)，其結(jié)果表明:在錦屏一級(jí)水電站高拱壩施工中采用4.5 m升層混凝土澆筑可行。

4.5 m升層混凝土澆筑的關(guān)鍵是模板變形控制和混凝土溫度控制。在試驗(yàn)過程中，通過采用雙撐桿懸臂大模板、加大入倉(cāng)強(qiáng)度、嚴(yán)格個(gè)性化通水、適當(dāng)加大通水流量等技術(shù)措施，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術(shù)難題。模板變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，15#－17倉(cāng)的最大變形量為20 mm;15#－18倉(cāng)最大變形量為6 mm;15#－17倉(cāng)成型壩體上下游面體型偏差為－10～21 mm;15#－18倉(cāng)成型壩體上下游面體型偏差為－11～14 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求。溫度監(jiān)測(cè)表明:混凝土內(nèi)部最高溫度出現(xiàn)在第88～144 h，平均溫升13.5℃，最大溫升15.3℃，最高溫度為24.6℃，小于設(shè)計(jì)允許的壩體最高溫度，溫控效果良好。采用4.5 m升層澆筑，減少了備倉(cāng)和設(shè)備轉(zhuǎn)倉(cāng)次數(shù)，與3 m升層澆筑相比，提高施工效率20%以上。

為驗(yàn)證4.5 m升層混凝土澆筑應(yīng)力狀況，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，其結(jié)果表明:除岸坡壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)外，應(yīng)力安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。岸坡壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)在采取加限裂筋、PVA纖維混凝土等措施后安全系數(shù)也滿足規(guī)范要求。為慎重起見，目前只在非基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和非孔口部位采用4.5 m升層澆筑。

3.3 模板技術(shù)

(1)4.5 m升層雙撐桿懸臂大模板。

雙撐桿懸臂大模板是為滿足大壩4.5 m升層混凝土澆筑對(duì)模板強(qiáng)度和剛度的要求而專門設(shè)計(jì)的。模板采用雙支點(diǎn)、雙軸桿支撐方式以增強(qiáng)模板剛度，主要由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)四部分組成，通過由加強(qiáng)型爬升錐、懸掛螺栓、預(yù)埋蛇形筋等組成的錨固系統(tǒng)固定模板，摒棄了傳統(tǒng)的拉條加固方式，具有操作簡(jiǎn)單、快捷、通用性強(qiáng)、調(diào)節(jié)靈活方便、安全性高、周轉(zhuǎn)次數(shù)多等特點(diǎn)，在錦屏一級(jí)水電站高拱壩施工中已廣泛應(yīng)用。

(2)電梯井整體自動(dòng)爬升模板。

錦屏一級(jí)水電站大壩電梯井位于18#壩段，為異型結(jié)構(gòu)，井深超過270 m，井內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可用空間狹窄，跨度大，混凝土澆筑采用4.5 m升層模板拆立困難，起重設(shè)備占用時(shí)間長(zhǎng)，如果采用傳統(tǒng)模板，施工進(jìn)度和質(zhì)量難以得到保證。為保證電梯井施工能夠跟上大壩施工進(jìn)度，我們研究并應(yīng)用了整體液壓自動(dòng)爬升模板。

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)外已應(yīng)用的液壓自動(dòng)爬升模板爬升高度大多為3 m，且多為單邊爬升模板，對(duì)于豎井混凝土結(jié)構(gòu)尺寸偏差無法調(diào)整，爬升過程中液壓缸的同步誤差較大，無法適用于重載及偏載狀況下的模板爬升。錦屏一級(jí)水電站大壩電梯井應(yīng)用的整體液壓自動(dòng)爬升模板解決了這些問題，整體爬升平穩(wěn)、快速，每次爬升高度為4.5 m，平均用時(shí)3 h，混凝土外觀平順、光潔，是采用傳統(tǒng)鋼模板無法比擬的。

(3)牛腿倒懸自動(dòng)爬升模板。

錦屏一級(jí)水電站大壩導(dǎo)流底孔下游牛腿高度為30～33 m，寬16～18 m，澆筑層高為3 m，倒懸角度54.5°，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，是制約大壩快速上升的關(guān)鍵部位。為加快牛腿部位的備倉(cāng)速度，提高施工質(zhì)量，在15#壩段牛腿嘗試采用了液壓倒懸自動(dòng)爬升模板施工。

在牛腿倒懸部位采用自動(dòng)爬升模板難度很大，安全問題突出，在國(guó)外有倒懸角度50°、澆筑層高2 m的應(yīng)用實(shí)例。錦屏一級(jí)水電站大壩導(dǎo)流底孔牛腿采用的自動(dòng)爬升模板在倒懸角度和澆筑層高上均超越了其它工程，在15#壩段共澆筑8倉(cāng)，上升24 m。

3.4 PVA纖維混凝土

PVA(聚乙烯醇)纖維具有高強(qiáng)、高彈模、親水性好、無毒等優(yōu)點(diǎn)，并且與水泥基體的粘結(jié)性較高。在混凝土中摻入PVA纖維，可以改善混凝土的脆性，大大提高混凝土的抗裂能力。在錦屏一級(jí)水電站大壩施工中，為降低長(zhǎng)間歇倉(cāng)面和岸坡壩段強(qiáng)約束區(qū)部位混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)，在這些部位采用了PVA纖維混凝土，取得了較好的效果。

表1為不摻與摻PVA纖維的混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果。該結(jié)果表明:PVA纖維混凝土彈性模量降低，拉壓比和極限拉伸值提高，有利于提高混凝土的抗拉變形性能。

表2為現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)結(jié)果。該結(jié)果表明:摻PVA纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、極限拉伸值、抗凍、抗?jié)B等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 大壩混凝土溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)

表1 不摻與摻PVA纖維的混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果表

表2 摻PVA纖維混凝土的現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)結(jié)果表

實(shí)施混凝土溫度控制是為了避免大體積混凝土因內(nèi)部溫度過高產(chǎn)生溫度應(yīng)力而開裂以及拱壩達(dá)到設(shè)計(jì)要求的封拱溫度必須采取的工程措施?；炷羶?nèi)部溫度監(jiān)測(cè)、冷卻通水流量和進(jìn)出水溫度監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性以及冷卻通水流量的控制是混凝土內(nèi)部溫度控制的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)方法是由人工攜帶采集設(shè)備與從壩內(nèi)埋設(shè)的溫度計(jì)牽引出來的電纜相連讀取數(shù)據(jù)并手工記錄，其勞動(dòng)強(qiáng)度大，及時(shí)性差。冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)流量的監(jiān)測(cè)方法主要為容積法和超聲波流量計(jì)法，這兩種方法均為人工測(cè)量、記錄，前者效率低，后者誤差大(10%以上);溫度監(jiān)測(cè)采用筆式溫度計(jì)或紅外溫度計(jì)，前者需要拔除冷卻水管，效率低;而后者測(cè)量的是冷卻水管外壁的溫度，誤差大，數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性、準(zhǔn)確性均不高，不能滿足“個(gè)性化、精細(xì)化通水”的要求;冷卻通水流量的控制亦采用人工通過控制閥門的開合度調(diào)整流量大小，精確性不高。

為做好世界級(jí)高拱壩混凝土溫度控制工作，確保大壩施工質(zhì)量和安全，葛洲壩集團(tuán)在錦屏一級(jí)水電站右岸大壩施工中研究開發(fā)了大壩混凝土溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個(gè)部分:混凝土內(nèi)部溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、冷卻通水自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制子系統(tǒng)、混凝土內(nèi)部溫度管理子系統(tǒng)。

混凝土內(nèi)部溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由溫度傳感器(壩內(nèi)埋設(shè)的溫度計(jì))、數(shù)據(jù)集中采集設(shè)備、無線傳輸裝置等組成，通過預(yù)埋電纜的方式將倉(cāng)內(nèi)的溫度計(jì)引入其下層的廊道，在廊道內(nèi)將若干組電纜聯(lián)網(wǎng)接入一臺(tái)數(shù)據(jù)集中采集設(shè)備，將所采集的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)射到數(shù)據(jù)服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

冷卻通水自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制子系統(tǒng)由流量和溫度傳感器、電控閥門、數(shù)據(jù)集中采集和閥門控制設(shè)備、無線傳輸裝置等組成，在每組冷卻水管上安裝固定的溫度流量傳感器和電控閥門，將同一層棧橋上的若干組冷卻水管聯(lián)網(wǎng)接入一臺(tái)數(shù)據(jù)集中采集和閥門控制設(shè)備，通過無線傳輸裝置建立采集與控制設(shè)備和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及閥門的自動(dòng)控制。

混凝土內(nèi)部溫度管理子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理和分析軟件系統(tǒng)、無線傳輸裝置、客戶端計(jì)算機(jī)等組成，混凝土內(nèi)部溫度和對(duì)應(yīng)的冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)通過無線方式傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理和分析軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析并生成通水調(diào)整方案和日計(jì)劃，用戶通過客戶端計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理、決策并發(fā)出通水調(diào)整指令。

3.6 施工信息管理系統(tǒng)

錦屏一級(jí)水電站大壩施工項(xiàng)目多，工程量大，工期緊，強(qiáng)度高，對(duì)施工組織與管理提出了非常高的要求。為加強(qiáng)右岸大壩施工組織和管理，進(jìn)一步提高管理水平，保證工作效率和質(zhì)量，確保大壩施工高效、有序進(jìn)行，我們研究開發(fā)并建立了“錦屏一級(jí)水電站右岸大壩施工信息管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)于2010年10月投入運(yùn)行，為大壩施工趕工發(fā)揮了重要作用。

錦屏一級(jí)水電站右岸大壩施工信息管理系統(tǒng)是一個(gè)集混凝土生產(chǎn)(拌和系統(tǒng))管理、大壩施工管理(進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量安全、設(shè)備物資、混凝土溫度控制)、視頻監(jiān)控于一體的綜合性管理系統(tǒng)，主要包括混凝土生產(chǎn)信息監(jiān)測(cè)與管理、大壩混凝土施工管理、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫等四個(gè)子系統(tǒng)，各系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4 結(jié)語

錦屏一級(jí)水電站是世界級(jí)的工程，其施工難度世界罕見。為加快施工進(jìn)度，確保工程質(zhì)量和安全，葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司在施工中始終堅(jiān)持技術(shù)先行，通過技術(shù)創(chuàng)新解決工程中的施工難題。以上介紹的僅為我們?cè)阱\屏一級(jí)水電站右岸大壩施工中創(chuàng)新工作的一部分，在其它方面，比如基礎(chǔ)處理、金屬結(jié)構(gòu)等也有諸多創(chuàng)新。

錦屏一級(jí)水電站對(duì)我國(guó)水利水電工程建設(shè)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，更是對(duì)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司的挑戰(zhàn)，我們將在后續(xù)工程的建設(shè)中繼續(xù)踐行葛洲壩集團(tuán)“創(chuàng)世界品牌，鑄世紀(jì)豐碑”的企業(yè)精神，努力將錦屏一級(jí)水電站建設(shè)成優(yōu)質(zhì)工程、精品工程。