覃春安

(中國葛洲壩集團股份有限公司市場開發(fā)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(fā)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(shè)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(shè)總工期為106個月，其中第一批機組投產(chǎn)工期90個月，采用全年擋水圍堰、兩岸導(dǎo)流隧洞泄流的導(dǎo)流方案。施工上總體具有規(guī)模大、工期緊、投資多、技術(shù)復(fù)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(nèi)容及目的。烏東德水電站大壩建設(shè)在即，提前研究大壩建設(shè)進度并合理設(shè)置纜機系統(tǒng)規(guī)模，將有利于工程建設(shè)的順利推進。通過對大壩進度進行研究分析，確定纜機系統(tǒng)規(guī)模及規(guī)劃布置方案。

(3)現(xiàn)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(yīng)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(yīng)的河谷寬高比為0.95。

(4)工期要求。根據(jù)烏東德水電站總體規(guī)劃，控制工期的總關(guān)鍵線路為:四通一平→導(dǎo)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(diào)試→機組發(fā)電→竣工。

2 研究思路

纜機規(guī)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(diào)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(jīng)驗。

確定研究以類似工程現(xiàn)有平均先進水平為基礎(chǔ)，分析相關(guān)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(xiàn)狀分析纜機系統(tǒng)配置規(guī)模;進一步研究供料平臺的設(shè)置、纜機布置方案;最后總結(jié)研究結(jié)論并提出建議。

3 纜機布置與設(shè)備選型

纜機主要應(yīng)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(tǒng)規(guī)模分析

(1)按全混凝土強度分析。纜機系統(tǒng)規(guī)模滿足大壩及相應(yīng)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?；炷翝仓姸确治鋈缦?

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(jīng)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(yīng)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(dǎo)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(jù)小灣和錦屏大壩的施工經(jīng)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(jīng)細化進度安排，混凝土月澆筑強度最高出現(xiàn)在第六年5月，為7.75萬m3?？紤]施工偏差系數(shù)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?？紤]施工偏差系數(shù)約為1.15，則最高強度為9.94萬 m3/月，出現(xiàn)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(nèi)施工水平的上邊緣，設(shè)備能力的富余度不大。

(4)類似工程纜機配置規(guī)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(xiàn)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(chǎn)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(shè)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(wù)，按纜機循環(huán)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(jié)構(gòu)施工的需要。

(5)工程纜機配置規(guī)模。纜機配置規(guī)模參考類似工程考慮月澆筑不均勻系數(shù)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(huán)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(xiàn)開挖工期延誤，則難以滿足發(fā)電節(jié)點的要求。

3.2 纜機布置

(1)纜機類型選擇。

經(jīng)對不同方案進行比較，根據(jù)本工程地形特點及壩體結(jié)構(gòu)特征，選用平移式纜機比較合理，其主要有以下優(yōu)點:

地形地勢結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)合岸坡開挖，可以將纜機布置在滿足吊運凈空的相應(yīng)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(jù)無塔架纜機結(jié)構(gòu)特性及以往工程經(jīng)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(jié)合地質(zhì)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(qū)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(shè)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(fù)雜性以及工程施工不確定風險可能產(chǎn)生的工期變化，同時，鑒于錦屏、小灣工程都由于地質(zhì)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(jīng)驗教訓(xùn)，有必要考慮采用4臺纜機方案(圖1)。875 m高程以上區(qū)域混凝土為持續(xù)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(jù)44 m運行區(qū)間，尚余56 m的空間調(diào)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(guī)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(jù)小灣、錦屏大壩混凝土運輸方式經(jīng)驗，側(cè)卸式料罐車存在以下問題:

①易側(cè)翻。側(cè)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(cè)翻。

②卸料不干凈。側(cè)卸式料罐車卸料時，由于害怕用力過猛側(cè)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(cè)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(cè)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?xí)r，設(shè)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(cè)卸車尺寸9.13 m×3.06 m×3.28 m計算，三臺側(cè)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(cè)卸車卸完料時，無法直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎回車，來料及時就位以及其它材料運輸通道等因素。國內(nèi)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(zhuǎn)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?shù)膩砘亟煌ㄜ嚨缹挾葹? m，則供料平臺最小寬度為17 m+8 m=25 m。

4 研究結(jié)論與建議

4.1 關(guān)于纜機系統(tǒng)規(guī)模

(1)纜機平臺。推薦平移式纜機布置設(shè)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(qū)長度均為39.7 m，占纜機跨距的10%。正常工作區(qū)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(guān)鍵線路上的項目工期均比較緊張，推薦纜機規(guī)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(jù)施工進度狀況再考慮其經(jīng)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(shè)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(guān)于大壩混凝土澆筑與金結(jié)安裝進度

(1)鑒于發(fā)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(diào)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(shù)量少，在采取一定措施后，按工序的正常循環(huán)時間及技術(shù)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(fā)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(jié)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(fā)電。