深V峽谷快速筑壩技術(shù)與質(zhì)量控制分析

胡 明

(成都市李家?guī)r開發(fā)有限公司，四川 成都 611200)

1 工程概況

四川碩曲河去學(xué)水電站位于定曲河(金沙江一級支流)最大支流碩曲河干流上，工程采用混合式開發(fā)，工程等別為2等，工程規(guī)模為大(2)型；正常蓄水位2330m，水庫總庫容1.326億m3，電站裝機容量246MW。瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程為2334.20m，最大壩高171.2m，瀝青混凝土心墻頂高程2333.00m，瀝青心墻最大高度132m。為目前世界在建最高的瀝青混凝土心墻堆石壩。

170m級瀝青混凝土心墻堆石壩可借鑒的筑壩經(jīng)驗很少，技術(shù)攻關(guān)小組對施工中遇到的技術(shù)難題各個擊破，如峽谷場地上壩道路布置，高峰填筑期間料場開挖和壩體填筑布置，大功率震動碾壓設(shè)備高原適應(yīng)性分析，可視化、數(shù)字化的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)等，取得了一定的成果。

2 施工布置

去學(xué)水電站壩址區(qū)位于河流上游，屬深切割的高山峽谷地形，河谷狹窄，斷面呈深“V”字型，兩岸地形陡峻，基巖裸露，可見數(shù)十米至數(shù)百米陡壁，壩體填筑施工作業(yè)區(qū)兩岸道路均無法在山體表面布置；施工場地狹小、道路布置困難，且高峰填筑強度較高，常規(guī)的道路布置難以滿足進度要求。為此，項目部組織人員進行現(xiàn)場勘察，根據(jù)現(xiàn)場地形條件，提出了多層次立體交叉洞室群道路布置[12]。

在壩址區(qū)左岸山體內(nèi)修建5#交通洞，打通壩址區(qū)與外部料場之間的連接道路，在右岸山體內(nèi)布置一條貫穿施工區(qū)的4#交通洞，出口位于上游圍堰頂部EL.2242，再從4#交通洞布置四條施工支洞分別到達壩體填筑的不同高程，以滿足壩體填筑的道路布置。4-1#交通洞出口位置位于下游壩面EL.2225轉(zhuǎn)彎平臺處；4-2#交通洞出口位于下游壩面EL.2266轉(zhuǎn)彎平臺處，同時兼作泄洪洞無壓段的施工交通洞；4-3#交通洞出口位于壩體內(nèi)EL.2248，兼作4#灌漿平洞，壩體填筑至此高程后封堵；4-4#交通洞位于壩體上游面EL.2272轉(zhuǎn)彎平臺處，同時兼作泄洪洞有壓段的施工交通洞。壩體填筑至4-2#交通洞高程后，重車從壩面下游經(jīng)4-1#交通洞進入洞室內(nèi)、途徑4#交通洞和4-2#交通洞到達壩面，卸料后空車從下游壩面道路，途徑5#交通洞至去料場道路，形成循環(huán)的上壩道路，提高道路的通行能力。壩料運輸?shù)缆菲矫娌贾萌鐖D1所示。

3 料場開挖

因去學(xué)水電站堆石壩體型相對較小，最大平面面積不足4萬m2，但高峰填筑強度達到40萬m3/月以上，月上升高度較大，對料場開挖強度提出了新的要求。上壩道路布置難題解決后，為提高壩體填筑強度，就需要料場開挖具有足夠的強度，才能滿足填筑要求。

去學(xué)電站前期招投標階段僅規(guī)劃了紐巴雪Ⅰ區(qū)料場，該料場的儲量滿足壩體填筑總量要求，但因料場頂部開挖量小，壩體下部填筑工程量大，開挖和填筑強度時空嚴重不平衡，矛盾突出，如采用填筑前開挖備料方案，受備料場地有限制約，且二次開挖運輸增加投資較多，不能從根本上解決料源問題。如料場邊坡再出現(xiàn)不可預(yù)見性問題，將嚴重影響壩體填筑強度和施工進度，甚至造成整個工程的停工。

圖1 壩料運輸?shù)缆菲矫娌贾脠D

技術(shù)攻關(guān)小組提出了多料場協(xié)同開挖出料方案，采用循環(huán)作業(yè)，提高料場開挖出料強度。經(jīng)現(xiàn)場勘察，結(jié)合地形、地質(zhì)情況，增加紐巴雪Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)料場，作為紐巴雪Ⅰ區(qū)料場的開采強度補充料場。因紐巴雪Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)料場出料條件較好，施工前期先進行紐巴雪Ⅰ區(qū)料場頂部和紐巴雪Ⅱ區(qū)、Ⅳ區(qū)料場的開采，月開采強度達到45萬m3，可滿足7月份之前的壩體填筑要求。后期對紐巴雪Ⅰ區(qū)料場的開挖高度和邊坡進行優(yōu)化，降低開采難度，同時利用紐巴雪Ⅲ區(qū)料場進行開采強度補充，滿足了壩體填筑的強度要求，保證了填筑的施工進度。

同時為保證邊坡穩(wěn)定和施工安全，隨著料場的開挖，逐級馬道對邊坡進行支護，并搭設(shè)上下交叉作業(yè)的隔離防護層，支護腳手架外側(cè)滿鋪密目防護網(wǎng)，并安排專職安全員進行現(xiàn)場管控[3]。

4 大功率碾壓設(shè)備

因去學(xué)電站堆石壩的填筑料巖性為弱風化、微風化或新鮮的玄武質(zhì)熔結(jié)角礫巖，巖石強度大，且壩體填筑強度高，設(shè)計要求的最低設(shè)計指標碾壓干密度不得小于2.3g/cm3，空隙率不得大于21%。經(jīng)生產(chǎn)性碾壓試驗發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的22t，26t振動碾碾壓遍數(shù)較多，難以滿足壩體快速上升的要求。經(jīng)與不同廠家咨詢，并進場33t振動碾進行生產(chǎn)性碾壓試驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的機械結(jié)構(gòu)難以滿足現(xiàn)場施工要求，激振力達不到設(shè)計要求，且設(shè)備維修率較高。經(jīng)分析，主要原因為高原地區(qū)氧氣較平原稀薄，且高原風沙大，以及施工現(xiàn)場的持續(xù)作業(yè)，使用強度高等。以上問題都對振動碾的結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)件耐久性提出了新的要求。

開展大功率振動碾高原適應(yīng)性開發(fā)和研究，進行了33t振動碾現(xiàn)場碾壓試驗和施工應(yīng)用，并結(jié)合實際使用效果和發(fā)現(xiàn)的問題不斷進行技術(shù)改進。與26t振動碾對比，33t振動碾碾壓遍數(shù)可減少2～4遍，碾壓即可節(jié)約施工時間約1/3，同時因33t振動碾的激振力較大，減震塊損壞較快，需提高減震塊的強度，降低設(shè)備的維修率。以及對振動碾發(fā)動機的供氧和除塵都提出了新的要求。

5 質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

心墻堆石壩筑壩材料分區(qū)從上游到下游分為：上游干砌石護坡+墊層、堆石Ⅰ區(qū)、上游過渡層Ⅱ區(qū)、上游過渡層Ⅰ區(qū)、碾壓增模區(qū)、瀝青混凝土心墻、下游過渡層Ⅰ區(qū)、下游過渡層Ⅱ區(qū)、堆石Ⅱ區(qū)、堆石Ⅰ區(qū)、反濾層、排水層、下游干砌石護坡+墊層。壩體結(jié)構(gòu)分層分區(qū)較多，且各分區(qū)設(shè)計粒徑、孔隙率、干密度、滲透系數(shù)等存在差異。為使現(xiàn)場施工填筑質(zhì)量滿足設(shè)計要求，對各分區(qū)質(zhì)量控制進行系統(tǒng)化、智能化分析研究，保證施工質(zhì)量。

5.1 實時視頻監(jiān)督指揮系統(tǒng)

常規(guī)的視頻攝像頭多用于監(jiān)控、防盜和刑事偵查等，利用視頻的可視化和系統(tǒng)備份等進行應(yīng)用。我公司將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與工程實際相結(jié)合，在堆石壩施工作業(yè)面的前后左右多個方向分別布置高清云臺球型監(jiān)控攝像頭，可在后方實施360°監(jiān)控現(xiàn)場施工情況，掌控施工質(zhì)量等，同時可通過通信光纜將視頻信號上傳云端，可進行遠距離的控制和監(jiān)控。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像、傳輸、控制、顯示、備份5大部分組成。攝像機通過視頻光纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂浦鳈C，控制主機再將視頻信號分配到各監(jiān)視器，同時可將視頻信號進行備份。通過控制主機，操作人員可發(fā)出指令，對云臺的上、下、左、右的動作進行控制及對鏡頭進行調(diào)焦變倍的操作，并可通過控制主機實現(xiàn)在多路攝像機及云臺之間的切換?？蓪崿F(xiàn)對施工現(xiàn)場的質(zhì)量控制和施工調(diào)度。

除在施工前端配備技術(shù)、質(zhì)量、安全等現(xiàn)場監(jiān)督指揮人員外，設(shè)置后方綜合監(jiān)督指揮控制辦公室。通過后方指揮控制室，對壩料的堆放、攤鋪、碾壓等進行監(jiān)控。如發(fā)現(xiàn)可疑質(zhì)量問題，通過壩區(qū)通信系統(tǒng)及時發(fā)布指令，前端現(xiàn)場監(jiān)督指揮人員通過隨身配備的終端現(xiàn)場查看，確定指令區(qū)域的施工質(zhì)量，并負責信息確認和現(xiàn)場整改。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，相當于增加了一道現(xiàn)代化、智能化的質(zhì)量控制體系，且可全方位360°現(xiàn)場監(jiān)控，避免了現(xiàn)場監(jiān)督指揮人員的監(jiān)督漏洞和部位缺失。

5.2 數(shù)字大壩監(jiān)控技術(shù)

為減少現(xiàn)場碾壓質(zhì)量控制的人為干涉，采用數(shù)字化大壩填筑監(jiān)控信息系統(tǒng)對碾壓質(zhì)量進行控制。它是應(yīng)用GPS全球定位系統(tǒng)監(jiān)控碾壓施工全過程的新技術(shù)。該系統(tǒng)能夠按設(shè)定的參數(shù)對大壩的施工進度和質(zhì)量進行全天候的監(jiān)控，從而為后期的工程驗收、安全鑒定和施工期、運行期安全評價提供強大的信息服務(wù)平臺[4- 5]。

大壩填筑碾壓系統(tǒng)在每一臺碾壓機都裝有GPS定位設(shè)備，將提前測量好的監(jiān)控區(qū)域坐標輸入該系統(tǒng)，并按照設(shè)計好的倉面屬性生成相應(yīng)分區(qū)的倉面，再通過網(wǎng)絡(luò)接收安裝在各臺碾壓機上的GPS設(shè)備發(fā)回的數(shù)據(jù)，從而對于各個不同倉面上的碾壓機的操作情況以及碾壓的倉面的合格率能夠清晰和快速的反映在監(jiān)控電腦界面上，這樣就能夠快速、準確地掌握大壩填筑碾壓的情況，指導(dǎo)我們對于現(xiàn)場碾壓的調(diào)度和監(jiān)控。

因去學(xué)水電站壩體分區(qū)較多，通過生產(chǎn)性試驗確定的各分區(qū)碾壓遍數(shù)不同，且壩面面積較小。為加快施工進度，采取多臺碾壓設(shè)備壩面同時作業(yè)。后端控制指揮室控制終端可實時顯示多臺振動碾壓機編號、碾壓機行駛速度、震動狀態(tài)以及碾壓的軌跡，對倉面進行實時監(jiān)控，并能實現(xiàn)超速報警功能，有利于碾壓質(zhì)量控制。同時碾壓設(shè)備駕駛室配備碾壓圖形顯示終端，通過不同顏色區(qū)分已碾壓遍數(shù)，便于操作人員及時掌握已碾壓遍數(shù)和漏碾?yún)^(qū)域，便于及時調(diào)整碾壓軌跡，利于質(zhì)量控制[6- 10]。

6 結(jié)語

通過對去學(xué)水電站施工過程中遇到的施工難題和質(zhì)量控制要點進行分析，通過立體交叉洞室群、多料場協(xié)同作業(yè)、數(shù)字化大壩技術(shù)和現(xiàn)代化視頻監(jiān)控信息系統(tǒng)等技術(shù)，通過一定的技術(shù)手段解決了施工過程中出現(xiàn)的一系列技術(shù)難題，保證了壩體填筑的施工質(zhì)量和進度。實踐表明，將智能化、現(xiàn)代化的信息技術(shù)應(yīng)用到工程實踐中，起到了很好的工程推進作用，對于河流上游深V河谷的快速筑壩施工提出了些許的技術(shù)和質(zhì)量控制思路，可為類似工程的施工提供參考和幫助。因?qū)嵺`項目較少，可能存在一定的偏差，參考借鑒過程中尚需完善。