由廣昊

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川康定626001)

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長河壩水電站礫石土心墻堆石壩關鍵施工技術綜述

由廣昊

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川康定626001)

長河壩水電站針對礫石土心墻堆石壩施工的重點和難點，在截流、防滲墻復合土工膜心墻圍堰快速施工、基坑排水、天然礫石土料料源開采及制備、反濾料精確摻配、混裝炸藥應用、智能加水控制系統(tǒng)、LNG環(huán)保自卸汽車應用、土石壩土-砂分界面雙料攤鋪、心墻填筑基面泥漿機械噴涂、礫石土壓實度快速檢測、超大型擊實儀的研制與應用、數(shù)字化大壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)、振動碾無人駕駛、信息化管理系統(tǒng)等方面進行了大膽優(yōu)化與創(chuàng)新。實踐表明，這些關鍵施工技術的創(chuàng)新與應用是成功的，達到了預期效果。

礫石土心墻堆石壩；關鍵技術；創(chuàng)新；長河壩水電站

1 工程概況

長河壩水電站是以單一發(fā)電為主的大型水庫電站，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求，為一等大(1)型工程，擋水、泄洪、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為1級建筑物，永久性次要建筑物為3級建筑物，臨時建筑物為3級建筑物。電站采用水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)方式開發(fā)，總裝機容量2 600 MW，水庫正常蓄水位1 690 m，具有季調(diào)節(jié)能力。

攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩，壩頂高程1 697 m，大壩心墻底高程1 457.00 m，最大壩高240.0 m，壩頂長502.85 m，寬16.0 m，上、下游壩坡1∶2.0。大壩設計總填筑量3 417萬m3(其中，堆石料2 273.9萬m3；過渡料290.97萬m3；礫石土428.3萬m3；粘土20.46萬m3；反濾料168.19萬m3；塊石料29.38萬m3；壓重206.55萬m3)。

長河壩水電站礫石土直心墻堆石壩施工主要技術特點和難點有：

(1)長河壩水電站大壩是目前國內(nèi)外建在深厚覆蓋層上的最高的礫石土心墻堆石壩。最大壩高240 m，河床覆蓋層厚53.8 m，設計地震烈度Ⅸ度，且河谷狹窄，故設計參數(shù)及施工質(zhì)量標準較高，施工極具挑戰(zhàn)性。

(2)大壩基坑開挖結束后，制約心墻開始填筑的工序包括主、副防滲墻，副墻下帷幕、覆蓋層固結灌漿，河床廊道與副墻明澆墻澆筑及表面封閉處理，土工膜鋪設等；心墻開始填筑后，伴隨心墻填筑平行作業(yè)并影響其進度的制約工序包括左、右岸壓板澆筑，巖基固結灌漿，三角區(qū)帷幕灌漿，灌漿平洞封堵等；另外，基坑排水也是影響心墻填筑的重要工序。因此，前期度汛所需的高強度、快節(jié)奏施工與多工序干擾制約的突出矛盾是高山峽谷地區(qū)高土石壩的顯著特征。

(3)填筑料直采難度大，制備工藝復雜。礫石土心墻料質(zhì)量分布不均，開采與制備難度大。土料各項檢測指標變化大、空間分布均一性差。料場復勘土料天然含水率、級配參數(shù)分布不均，波動較大；土料超徑含量高。料場天然土料級配參數(shù)大多難以滿足設計要求，無法直接滿足心墻填筑質(zhì)量及規(guī)?；┕ひ?，需要進行土料超徑剔除、不均勻土料的摻配及含水率的調(diào)整等多項制備工序，土料開采制備難度大，施工質(zhì)量控制環(huán)節(jié)多。同時石料場巖石以花崗巖、閃長巖為主，巖石強度高，過渡料爆破直采難度大。

(4)工期緊、強度高。受“4.20”蘆山地震等多種因素的影響，心墻填筑較合同時間滯后3個月。特別是大壩度汛填筑時期剩余時間僅有10個月，為滿足工程度汛要求，壩體需填筑總量約800萬m3，心墻需上升總高度79 m，且需要經(jīng)歷3個月的雨季和一個春節(jié)的影響，有效施工時間短。

(5)填筑質(zhì)量要求高。從壩料開采與制備到壩面攤鋪、碾壓各工序必須精細作業(yè)，否則難以滿足質(zhì)量要求。另外，質(zhì)量檢測頻次高，檢測合格是進入下道工序的前提。

(6)關鍵設備投入量大。先進的設備是保證工藝與強度的關鍵，土石方工程以鉆爆、挖裝、運輸、攤鋪、碾壓等關鍵設備為主，各工序的設備選型與配套直接影響生產(chǎn)效率，設備數(shù)量應足以滿足強度需求，并滿足日常維修的出勤率要求。另外，大量的土石方設備投入，維修工作與備品備件供應是設備管理的重要內(nèi)容。

2 施工技術及工藝創(chuàng)新研究應用主要成果

2.1 高落差、多戧截流施工技術

長河壩水電站截流設計時根據(jù)工程實際地形條件分析，左岸為陡巖不具備進占條件，河床落差大、截流難度大，故設計采用雙戧單向進占截流，丁壩配合以降低截流難度。施工過程中由于截流落差增大，在關鍵的兩個導流洞分流一致前與合龍階段下戧堤作用有限，通過丁壩進占才解決上述兩個關鍵截流節(jié)點。2010年10月22日河道成功截流，截流流量838 m3/s，截流總落差為5.38 m，流速6.8 m/s。采用雙戧互動立堵技術成功解決了高流速、高落差的截流難題。

2.2 深覆蓋層防滲墻復合土工膜心墻圍堰快速施工技術

上游圍堰為復合土工膜心墻土石圍堰，具有覆蓋層深、漂礫石多、防滲墻施工難度大、工期緊等特點。研究采用了鑲合金超重鉆頭大功率沖擊鉆機、重型抓斗、深槽全液壓鉆孔爆破、新型正電膠泥漿固壁等先進設備及工藝技術，成功解決了漂卵礫石含量高的復雜地層深防滲墻快速施工難題。復合土工膜圍堰施工中采用液壓破碎錘拆除防滲墻墻頭混凝土、填筑料源優(yōu)化、鋼棧橋跨越心墻、全天候土工膜焊接、優(yōu)化填筑程序等快速施工技術和措施，土工膜心墻圍堰壩月上升速度達到29 m，滿足了圍堰度汛要求，僅用45天就完成了78萬m3的膜土心墻圍堰填筑，創(chuàng)造了國內(nèi)同類工程29 m/月的填筑紀錄。一個枯水期內(nèi)完成全年擋水圍堰填筑為大壩施工贏得了寶貴時間。

2.3 大流量、深基坑排水施工技術研究

長河壩水電站基坑排水具有如下難點：①揚程高，基坑與填筑斷面最大深度達77 m；②流量大、范圍廣，基坑上、下游圍堰間距約1 000 m，基坑面積近20萬m2，最大排水量達12 000 m3/h；③布置難度大，壩體填筑過程相互干擾。

研究通過采用分區(qū)、分期布置集水坑多臺離心泵抽排措施，以及應用浮船、岸坡跨心墻管線布置、向有壓過流洞直排等技術提高了基坑排水效率，降低了排水難度，解決了大流量、深基坑排水難題。

2.4 復雜條件下的天然礫石土料料源開采及制備技術研究

大壩礫石土心墻料采用湯壩料場和新蓮料場的天然礫石土料，土料質(zhì)量空間分布不均勻，超徑含量高，部分區(qū)域含水高，料場從上游向下游呈現(xiàn)由粗到細的分布規(guī)律，經(jīng)復勘大致分為偏粗區(qū)(P5含量>50%)、合格區(qū)(P5含量=30%～50%)、偏細區(qū)(P5含量<30%)。

為確保土料上壩填筑質(zhì)量，通過工藝比選及現(xiàn)場試驗，選擇廣泛用于礦山及骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的棒條式振動給料機作為超徑(>150 mm)剔除設備，并配套建設鋼筋混凝土結構的篩分樓。5套土料超徑篩分系統(tǒng)均已投產(chǎn)，單臺產(chǎn)能可達670 t/h。

對于粗細料，以P5含量作為控制指標進行摻配，以提高土料利用率。針對天然不均勻分布的粗細料，摻配比動態(tài)變化。采用平鋪立采摻拌工藝，鋪料前對粗、細料料源質(zhì)量進行檢測，計算粗、細料分層攤鋪厚度，攤鋪完成后采用液壓正鏟進行立采摻拌，摻配料檢測合格后運輸上壩。

針對高含水的土料則采用分層翻曬工藝調(diào)整，研制了適用于推土機的快速翻土器。

2.5 反濾料精確摻配施工技術研究

反濾料是心墻土料的關鍵防線，級配指標嚴格，均勻性要求高，傳統(tǒng)的平鋪立采摻配工藝保證率不高。長河壩工程依托人工骨料加工系統(tǒng)，通過摻配工藝試驗、基本技術參數(shù)采集、自動化控制系統(tǒng)編程，采用“計算機數(shù)字系統(tǒng)”自動化控制完成反濾料生產(chǎn)與摻配。通過對分級堆存成品砂石料，按反濾料設計級配精確計量，皮帶摻配，直接輸出合格反濾料。與國內(nèi)傳統(tǒng)的平鋪立采摻配工藝相比，新工藝具有摻配均勻、產(chǎn)能高、占地面積小等優(yōu)勢。

2.6 混裝炸藥爆破開采與過渡料機械加工工藝

長河壩工程應用混裝炸藥爆破技術調(diào)整和優(yōu)選鉆爆參數(shù)，提高了鉆孔和裝藥效率，有效提高了民爆物品生產(chǎn)、儲存、運輸和使用等各環(huán)節(jié)的本質(zhì)安全性，綜合效益顯著。

為進一步探索優(yōu)化過渡料生產(chǎn)工藝，開展了機械加工的研究和應用，采用系統(tǒng)機械加工，原料為適當加強爆破和挑選的堆石料，采用二級破碎機加工工藝，粗碎控制最大粒徑，中碎調(diào)整級配，生產(chǎn)料物質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足生產(chǎn)要求。

2.7 智能加水控制系統(tǒng)的研制

壩料采用壩外加水，利用已獲國家專利的智能加水系統(tǒng)向運料車內(nèi)自動加水。該系統(tǒng)與壩料計量稱重系統(tǒng)有效綁定使用。通過檢測車載無線射頻卡自動識別地泵系統(tǒng)測得的該車壩料質(zhì)量，計算出適宜加水量，并利用液體流量傳感器及電磁閥控制水流開關，實現(xiàn)智能化加水。系統(tǒng)能夠有效保證加水量，且實現(xiàn)自動控制，結構簡單、安全可靠、經(jīng)濟。

2.8 LNG環(huán)保自卸汽車的推廣應用

液化天然氣被公認是現(xiàn)在地球上最干凈的燃料，考慮到長河壩水電站長隧道運輸?shù)奶攸c，LNG汽車的推廣應用，能夠有效減小隧道內(nèi)運輸產(chǎn)生煙塵帶來的安全隱患，降低長隧道通風排煙難度，以達到節(jié)能目的。同時，LNG汽車的推廣應用，保障了能源供給，避免了“柴油荒”對施工運輸作業(yè)進度的影響。目前，已引進40余輛LNG環(huán)保汽車，并完成加氣系統(tǒng)的配套建設。實踐證明，LNG車輛完全能夠適應水利工程大壩填筑運輸條件。通過對尾氣排放進行檢測對比可知，LNG汽車較普通燃油重卡NOx排放量減少30%、CO排放量減少43%，環(huán)保效益顯著。

2.9 高土石壩壩料運輸跨心墻技術研究

按工程規(guī)劃，初期下閘后上游道路中斷；施工中大壩規(guī)劃調(diào)整上游料場作為主石料場；為減少長隧洞繞壩運輸存在的不利影響，有必要進行跨心墻運輸技術的專項研究。通過理論計算及現(xiàn)場試驗驗證了壩料跨心墻運輸技術的可行性，并通過試驗對比分析結論，箱型減壓板方案最優(yōu)，為提高對土料的保護效果，在減壓板下面鋪填50 cm礫石土墊層。減壓板采用型鋼與鋼板加工，長348.8 cm，寬400 cm，厚19.8 cm，單節(jié)重3.55 t。減壓板間采用了“箱型連接鍵+限位環(huán)”的連接結構，拆裝方便，車輛荷載分布均勻?？缧膲\輸技術的研究與應用有利于料源平衡優(yōu)化，便于施工調(diào)度及整體規(guī)劃，能有效避免長距離繞壩運輸，降低燃料消耗，具有可觀的經(jīng)濟和社會效益。

2.10 土石壩土-砂分界面雙料攤鋪施工工藝

為解決常規(guī)土石壩土-砂分界面“先砂后土”法施工存在的料種相互侵占、填筑尺寸不規(guī)范、施工效率低等問題，研制了一種新型的“雙料攤鋪器”，該攤鋪器采用型鋼及鋼板焊接而成，長4 m、寬3 m，并按設計坡比設置料倉分隔板，實現(xiàn)土砂同時平起攤鋪。施工時首先進行土-砂分界區(qū)攤鋪作業(yè)，再進行大面填筑的方法是傳統(tǒng)施工方法的一次技術革新，首次達到了完全按照設計坡比進行心墻土料與反濾料填筑施工的效果。

2.11 心墻填筑基面泥漿機械噴涂工藝研究

為保證高塑性粘土和混凝土壓板結合效果，需在壓板表面涂刷3～5 mm泥漿。在類似工程中，泥漿通常采用人工涂刷，施工效率低，且厚度不易保證，均勻性差。為了改善傳統(tǒng)工藝的不足，本工程研究了機械噴涂工藝，選擇德國制造的瓦格納爾PC噴涂機作為噴涂設備。結合多次現(xiàn)場工藝試驗，明確了泥漿可噴配比及漿液比重。制定的噴涂工藝流程為：泥漿制備→潤管→注漿→試噴→正式噴涂至設計厚度。

蓋板泥漿噴涂工藝是土石壩高塑性粘土填筑中混凝土蓋板基面泥漿涂刷傳統(tǒng)工藝的革新，工藝設備安裝簡便、快捷，操作方便，施工效率高，質(zhì)量效果好。

2.12 礫石土壓實度快速檢測技術研究

心墻土料坑檢頻次高，常規(guī)礫石土料烘干法含水試驗時間長，檢測時間直接影響到填筑直線進度，只有快速的檢測方法才能解決這一關鍵問題。長河壩水電站礫石土料試驗檢測，采用礫石飽和面干吸水率代替天然含水率快速計算其干重，酒精燃燒法快速測定細料含水率，計算細料干重，通過加權計算礫石含量，再對應室內(nèi)擊實最大干密度計算全料壓實度的快速檢測方法，該方法2 h內(nèi)即可出結果，與常規(guī)的方法相比縮短6 h以上，可大幅加快施工節(jié)奏。

另外，研發(fā)制造配置了大型微波干燥機、高精度流量計水箱、車載控制機柜及工作臺的移動試驗檢測車，可在20 min內(nèi)完成土料含水率的快速測定；通過連通高精度流量計的水箱進行土料灌水法密度試驗提高試驗精度；利用車載控制機柜、工作臺等齊全的辦公設備進行現(xiàn)場試驗，避免常規(guī)檢測向后方試驗室送樣過程的含水損失，并達到快速出具試驗報告的效果。

2.13 超大型擊實儀的研制與應用

長河壩礫石土心墻料最大粒徑150 mm，必須采用等量替代法進行擊實試驗，獲取最大干密度擬合曲線。為核實其擊實效果對壓實度的影響程度，提高施工質(zhì)量，項目參建單位自行設計了具有自主知識產(chǎn)權的直徑800 mm超大型土工擊實儀。該擊實儀主要由空氣壓縮動力系統(tǒng)、電氣自動控制系統(tǒng)和液壓擊實系統(tǒng)組成，是目前國內(nèi)最大的土工擊實儀。其主要技術參數(shù)為：擊實筒內(nèi)徑800 mm，桶高800 mm；擊錘質(zhì)量228 kg，重錘直徑400 mm，落高760 mm。

目前采用超大型擊實儀已經(jīng)完成了粒徑大于5 mm土料含量分別為20%、30%、40%、50%、60% 情況下的擊實試驗。

2.14 數(shù)字化大壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的應用

GPS數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)主要采用由施工設備監(jiān)控終端、手持數(shù)字終端、衛(wèi)星定位基準站、監(jiān)控中心(總控中心和現(xiàn)場分控站、控制箱)、通信網(wǎng)絡和應用軟件等組成。通過該系統(tǒng)可隨時監(jiān)控每一單元的填筑上料質(zhì)量情況和振動碾運行狀態(tài)及碾壓情況。特別是數(shù)字化碾壓監(jiān)控系統(tǒng)在長河壩工程中得到了很好的應用，可有效避免填筑碾壓的漏壓、欠壓現(xiàn)象，保證填筑碾壓質(zhì)量。為便于提高系統(tǒng)與現(xiàn)場施工的協(xié)調(diào)性，在長河壩工程中又對其系統(tǒng)的振動碾倉面顯示功能、現(xiàn)場倉面規(guī)劃與施工等進行了優(yōu)化改進，并制定了數(shù)字化系統(tǒng)的專項管理措施。

2.15 振動碾無人駕駛作業(yè)技術研究

振動碾無人駕駛技術是基于衛(wèi)星定位技術和環(huán)境識別判斷技術以及數(shù)字化的機控技術構成的。通過鍵入設定的運行區(qū)域、模式參數(shù)可實現(xiàn)振動碾壓自動軌跡規(guī)劃、尋找作業(yè)起點、自動行駛、振動、換行、速度及碾壓遍數(shù)控制、自動糾偏、自動避讓及緊急制動等功能。目前首批5臺無人駕駛的振動碾于2016年5月已成功應用長河壩建設，運行倉面超80倉，其主要應用成效如下：避免了漏壓、欠壓、超壓，確保了一次碾壓合格率(均值約97.1%)；對比人工駕駛作業(yè)施工效率提高約10.6%，同時可縮短間歇時間，延長工作時間約20%；降低了人為影響和夜間施工安全風險；有效減少了振動環(huán)境下對人體損傷，減少了人力資源的浪費。

2.16 信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)及應用

通過構建以無線微波技術作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路媒介的無線傳輸網(wǎng)絡，本工程已建成綜合性的數(shù)字化信息管理中心，利用無線微波傳輸技術實時收集傳輸壩區(qū)各施工作業(yè)面、交通運輸、防汛及危險山體監(jiān)控的相關信息，從而實現(xiàn)了后方管理中心進行壩料稱重計量監(jiān)控、車載加油信息監(jiān)控、實時碾壓監(jiān)控、拌合作業(yè)信息監(jiān)控、邊坡危巖體監(jiān)控、洪汛監(jiān)控等系統(tǒng)的集中管理。并研究開發(fā)建立了一套適應快度施工節(jié)奏的工程項目管理直觀管理平臺，實時查看施工進度、質(zhì)量管理等信息。解決了信息傳輸瓶頸，敞開生產(chǎn)信息交流渠道，及時跟蹤項目進度、合理調(diào)配資源，對提高生產(chǎn)和管理效率具有積極意義。

3 結 語

長河壩水電站礫石土心墻堆石壩工程為目前已建和在建同類壩型世界最高，可見其施工難度之大，為確保項目建設質(zhì)量，實現(xiàn)其整體效益，對施工工藝和關鍵施工技術進行了大膽優(yōu)化和創(chuàng)新，實踐證明，這些關鍵施工技術創(chuàng)新取得了成功，達到了預期效果，可供其他工程參考。

[1]吳曉銘， 薛山丹， 劉培， 等. 瀑布溝水電站礫石土心墻堆石壩施工質(zhì)量控制[J]. 水力發(fā)電， 2010， 36(6)： 60- 63．

[2]張丹， 何順賓， 伍小玉. 長河壩水電站礫石土心墻堆石壩設計[J]. 四川水力發(fā)電， 2016， 35(1)： 11- 14．

[3]魏文俊. 瀑布溝礫石土心墻堆石壩施工技術綜述[J]. 水電與新能源， 2011(6)： 52- 56．

[4]余學明， 何蘭. 瀑布溝水電站礫石土心墻堆石壩設計[J]. 水力發(fā)電， 2010， 36(6)： 39- 42．

(責任編輯 焦雪梅)

Key Construction Technologies of Gravel Soil Core Wall Rockfill Dam in Changheba Hydropower Station

YOU Guanghao

(Sichuan Datang International Ganzi Hydropower Development Co., Ltd., Kangding 626001, Sichuan, China)

In view of the emphases and difficulties of constructing gravel soil core wall rockfill dam in Changheba Hydropower Station, some innovations and optimizations are practiced in river closure, rapid cutoff wall geomembrane cofferdam construction, foundation pit drainage, natural gravel soil material mining and preparation, precision filter material mixing, blasting, intelligent watering control system, LNG dump truck application, soil-sand two materials paving along dam soil-sand interface, mechanical mud spraying on core wall filling base, rapid gravel soil compaction detection, development and application of large compaction meter, digital dam roller compaction monitoring system, unmanned vibrating roller and information management system. The practice shows that the innovation and application of these key construction technologies is successful and achieves desired effects．

gravel soil core wall rockfill dam; key technology; innovation; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 15

由廣昊(1975—)，男，黑龍江佳木斯人，工程師，主要從事水電工程建設技術與管理工作．

TV641.41(271)

B

0559- 9342(2016)10- 0062- 04