葉巴灘水電站大壩混凝土施工纜機(jī)布置方案

李 鵬， 杜 長(zhǎng) 劼， 李 心 睿， 蔣 林 魁

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13個(gè)梯級(jí)水電站的第7級(jí)。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，位于“V”形對(duì)稱峽谷中，大壩壩頂高程2 894.00 m，最大壩高217.00 m，拱冠頂厚11 m，底寬46.00 m，厚高比0.212。壩頂中心線弧長(zhǎng)582.214 m，共分為27個(gè)壩段，橫縫平均間距約為22 m。在壩身2 804.00 m高程12～15#壩段布置有4孔泄洪深孔；在壩身2 877.00 m高程12～17#壩段布置有5孔泄洪表孔，采用騎縫布置。在壩身2 760.00 m高程12#和17#壩段布置2孔導(dǎo)流底孔。大壩混凝土總量約280萬(wàn)m3，澆筑工期44個(gè)月，高峰月澆筑強(qiáng)度約11.5萬(wàn)m3/m。

壩址區(qū)河道順直，兩岸山體雄厚，地形陡峭，左、右岸地形坡度分別約45°～55°、40°～45°；河谷狹窄，呈對(duì)稱深切“V”型峽谷，峽谷系數(shù)約2.0。主要結(jié)構(gòu)面橫河向發(fā)育，呈似橫向谷特征。

2 大壩混凝土澆筑方案選擇

從國(guó)內(nèi)外已建和在建的工程實(shí)例來(lái)看，適用于混凝土壩澆筑的主要施工設(shè)備包括門(mén)機(jī)、塔機(jī)、塔(頂)帶機(jī)、纜機(jī)及其他輔助澆筑設(shè)備。門(mén)機(jī)、塔機(jī)是一種較傳統(tǒng)的混凝土澆筑設(shè)備，適用于河谷較寬、混凝土工程量較大的工程。纜機(jī)作為一種高空運(yùn)輸設(shè)備，不受水流條件的影響，不需要布置入倉(cāng)通道，特別適用于河谷窄陡的混凝土壩工程。

纜機(jī)運(yùn)行作業(yè)干擾小，供料線路集中，運(yùn)輸強(qiáng)度高，不需占用大壩施工場(chǎng)地，澆筑強(qiáng)度及工期保證性高，還能兼顧金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備物資的吊運(yùn)。國(guó)內(nèi)外高拱壩混凝土均采用纜機(jī)作為主要入倉(cāng)方式，因此，葉巴灘拱壩選擇纜機(jī)作為大壩混凝土澆筑的主要入倉(cāng)方式。

根據(jù)大壩混凝土澆筑計(jì)算機(jī)模擬分析，采用3臺(tái)和4臺(tái)額定起重量30t的纜機(jī)均可滿足壩體混凝土澆筑及金屬結(jié)構(gòu)和施工機(jī)械吊運(yùn)等輔助作業(yè)要求，采用3臺(tái)纜機(jī)工期比4臺(tái)纜機(jī)工期長(zhǎng)約1個(gè)月?？紤]到葉巴灘電站地處高寒高海拔地區(qū)，大壩系施工關(guān)鍵項(xiàng)目，為提高施工的保證性，推薦采用4臺(tái)額定起重量30 t的纜機(jī)。

3 纜機(jī)布置方案擬定

根據(jù)葉巴灘樞紐建筑物布置和兩岸地形條件，平移式和輻射式方案均能滿足大壩澆筑的覆蓋范圍要求，因此，擬定了平移式和輻射式(左輻射式、右輻射式)2種類型、3個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

3.1 平移式纜機(jī)方案

3.1.1 纜機(jī)平臺(tái)布置

本工程壩址兩岸地形基本對(duì)稱，右岸地形等高線順直，且?guī)缀跗叫杏诤哟部v軸線。左岸拱肩壩頂高程附近發(fā)育一山谷，地形等高線稍顯零亂、彎曲，向下游經(jīng)過(guò)壩頂后，轉(zhuǎn)向山里，但壩肩位置地形等高線總體走勢(shì)仍基本平行于河床縱軸線，從地形條件上分析，兩岸均具備布置平移式纜機(jī)的基本地形條件。

由于本工程大壩混凝土系統(tǒng)布置在左岸，為方便上料，纜機(jī)供料平臺(tái)也布置在左岸，結(jié)合壩肩開(kāi)挖形成；因左岸上游發(fā)育一山脊，左岸開(kāi)挖邊坡規(guī)模相對(duì)較大，為盡量減小左岸邊坡開(kāi)挖高度，將寬度較小的纜機(jī)副塔平臺(tái)布置在左岸，纜機(jī)主塔平臺(tái)布置在右岸。

3.1.1.1 平臺(tái)的長(zhǎng)度

纜機(jī)平臺(tái)在上下游方向應(yīng)控制住整個(gè)大壩混凝土澆筑范圍及孔口金屬結(jié)構(gòu)吊運(yùn)，并應(yīng)預(yù)留出纜機(jī)在上下游兩端?？繒r(shí)車擋安全距離，同時(shí)考慮左岸下游地勢(shì)較低因素，左右岸纜機(jī)平臺(tái)長(zhǎng)度約180 m。

3.1.1.2 平臺(tái)的寬度

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，采取30t平移式纜機(jī)的主車平臺(tái)寬15 m、副車平臺(tái)寬12 m可以滿足纜機(jī)安裝、運(yùn)行及檢修要求。主車布置于右岸，副車布置于左岸。

3.1.1.3 平臺(tái)的高程及纜機(jī)的跨度

左右岸壩肩拱間槽距離514 m，纜機(jī)的非正常工作區(qū)取跨度的1/10，分析得出葉巴灘最短纜機(jī)跨度645 m左右，相應(yīng)的纜機(jī)承載索垂度在35 m左右，30 t纜機(jī)主索至吊罐底部的高度約17～20 m，同時(shí)考慮壩頂以上留有安全高度約7 m，則纜機(jī)平臺(tái)布置高程應(yīng)在2 953.00 m高程以上。結(jié)合壩頂供料平臺(tái)、壩肩邊坡馬道平面布置，以及考慮纜機(jī)非工作區(qū)影響、左岸右地形條件等因素，經(jīng)布置比較，左右岸纜機(jī)平臺(tái)高程布置在3 000.00 m高程較為合適，既能滿足纜機(jī)運(yùn)行要求，對(duì)壩肩邊坡的影響也相對(duì)較小，纜機(jī)平臺(tái)本身的結(jié)構(gòu)工程量也較小。

在平臺(tái)高程3 000.00 m確定后，為保證纜機(jī)平臺(tái)出露在巖石面，且盡量減少邊坡開(kāi)挖工程量，確定纜機(jī)跨度為675 m。纜機(jī)布置參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 平移式方案纜機(jī)布置參數(shù)表

3.1.2 供料線布置

3.1.2.1 左岸主供料線

主供料線為大壩混凝土供料線，是大壩混凝土從水平運(yùn)輸卸料到垂直運(yùn)輸?shù)慕唤訄?chǎng)地。本工程料場(chǎng)及砂石加工系統(tǒng)均在大壩下游左岸，大壩混凝土系統(tǒng)宜布置在大壩左岸下游。因此，混凝土供料線按大壩混凝土系統(tǒng)布置在左岸壩肩下游設(shè)計(jì)。

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，大壩混凝土供料線一般布置在壩頂高程，即混凝土供料線布置于壩肩2 894.00 m高程，長(zhǎng)度約200 m。供料線采用循環(huán)線的布置方式，混凝土運(yùn)輸車從左岸下游混凝土系統(tǒng)→502#隧洞→左岸壩肩2 894.00 m高程馬道(即供料平臺(tái))卸料→卸料后經(jīng)501#隧洞公路→503#公路隧洞→下游混凝土系統(tǒng)，形成循環(huán)供料線。

供料線平臺(tái)結(jié)合左岸壩肩2 894.00 m高程馬道布置，馬道開(kāi)挖寬度5～15 m，在馬道外側(cè)搭設(shè)5～15 m寬的棧橋形成20 m寬供料平臺(tái)，可以滿足一輛混凝土自卸汽車卸料、2輛自卸汽車并行。供料線外側(cè)搭設(shè)5 m寬的棧橋形成料罐卸料平臺(tái)。

3.1.2.2 右岸輔助供料線

為滿足大壩混凝土澆筑期間鋼筋、模板及設(shè)備運(yùn)輸?shù)男枰?，右? 894.00 m高程壩肩開(kāi)挖馬道向山內(nèi)擴(kuò)寬10 m，再向外側(cè)搭設(shè)5 m寬的鋼棧橋形成15 m寬物料供應(yīng)平臺(tái)。平臺(tái)長(zhǎng)度約185 m。

平移式纜機(jī)布置方案見(jiàn)圖1。

圖1 平移式纜機(jī)布置圖

3.2 輻射式纜機(jī)方案

3.2.1 左輻射式纜機(jī)方案

根據(jù)壩址地形特征，對(duì)左輻射方案的纜機(jī)平臺(tái)及供料線進(jìn)行了初步布置分析。右岸固定端平臺(tái)高程3 080.00 m；左岸輻射端平臺(tái)高程3 000.00 m，平臺(tái)寬度12 m，長(zhǎng)度330 m，纜機(jī)跨度830 m。左岸拱間槽上游發(fā)育一山脊，地形凌亂，總體呈中間高、上下游低的態(tài)勢(shì)，地形高差達(dá)150 m，左岸上游需搭設(shè)棧橋高度達(dá)50 m，施工難度大；左右岸纜索出線高差達(dá)80 m，視線坡角大，技術(shù)上很難實(shí)現(xiàn)；因纜機(jī)布置高程高，導(dǎo)致吊深增大，最大吊深超過(guò)300 m；同時(shí)，料場(chǎng)及砂石加工系統(tǒng)均在大壩下游左岸，不利于供料。

綜上所述，左岸輻射式纜機(jī)布置方案技術(shù)難度極大、供料不暢，可不予采用。左岸輻射式纜機(jī)布置方案見(jiàn)圖2。

圖2 左輻射式纜機(jī)布置圖

3.2.2 右輻射式纜機(jī)方案

3.2.2.1 纜機(jī)平臺(tái)布置

根據(jù)地形特征，左岸拱間槽上下游側(cè)均發(fā)育一山脊，拱間槽布置于山谷處，右岸地形較順直。右岸輻射式方案在覆蓋全壩段澆筑范圍的條件下，充分利用地形條件，將固定端布置于左岸拱間槽上方山谷處，出線高程3 025.00 m；右岸輻射平臺(tái)上游地勢(shì)較低，需搭設(shè)棧橋，纜機(jī)平臺(tái)高程越高，需搭設(shè)棧橋高度越高，難度越大，綜合考慮后右岸輻射端平臺(tái)高程取3 000.00 m，棧橋高度約50 m；平臺(tái)寬度12 m，長(zhǎng)度316 m，纜機(jī)跨度758 m。右輻射式纜機(jī)布置參數(shù)見(jiàn)表2。

表 右輻射式方案纜機(jī)布置參數(shù)表

3.2.2.2 供料線布置

與平移式纜機(jī)布置一致，右輻射式纜機(jī)布置也采用2 894.00 m高程左岸供料線方案。壩肩開(kāi)挖區(qū)域段供料線與2 894.00 m高程馬道相結(jié)合，開(kāi)挖寬度15 m，在2 894.00 m高程由供料平臺(tái)向外側(cè)搭設(shè)5 m寬的棧橋形成20 m寬供料線平臺(tái)，可以滿足1輛自卸汽車卸料及2輛混凝土運(yùn)輸車同時(shí)并列運(yùn)行，供料線外側(cè)搭設(shè)5 m寬的棧橋形成料罐卸料平臺(tái)。

為滿足大壩澆筑鋼筋、模板、鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備運(yùn)輸?shù)男枰?，右? 894.00 m高程壩肩開(kāi)挖馬道向內(nèi)擴(kuò)寬為10.0 m，向外側(cè)搭設(shè)5 m寬的棧橋形成15 m寬物料供應(yīng)平臺(tái)。左岸主供料線長(zhǎng)度約70 m，右岸輔助供料平臺(tái)受進(jìn)水口部分占?jí)?，長(zhǎng)度約260 m。

右岸輻射式纜機(jī)布置方案見(jiàn)圖3。

4 纜機(jī)布置技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

4.1 技術(shù)比較

4.1.1 施工布置

主供料線長(zhǎng)度將影響大壩混凝土的施工強(qiáng)度，較長(zhǎng)的主供料線，更能便利的進(jìn)行施工組織，提高混凝土澆筑效率；供料線太短，勢(shì)必在混凝土卸料過(guò)程中相互干擾，不利于多臺(tái)纜機(jī)同倉(cāng)澆筑，也不利于纜機(jī)抬吊，在運(yùn)行上有較大限制，影響大壩澆筑強(qiáng)度。

平移式纜機(jī)主供料線長(zhǎng)約200 m，右輻射式纜機(jī)主供料長(zhǎng)度約70 m。從供料線布置來(lái)看，平移式纜機(jī)布置方案更優(yōu)。

4.1.2 邊坡開(kāi)挖高度及工程量

由于地面開(kāi)關(guān)站布置于右岸3 000.00 m高程纜機(jī)平臺(tái)后側(cè)，兩方案右岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡開(kāi)挖受地面開(kāi)關(guān)站影響，高度均為130 m，無(wú)差別。

對(duì)于平移式纜機(jī)方案，左岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡規(guī)模主要由大壩邊坡控制，布置纜機(jī)前后，邊坡開(kāi)挖高度均約120 m左右，僅開(kāi)挖深度及邊坡支護(hù)工程量略有增加。右輻射式纜機(jī)方案左岸固定端開(kāi)挖邊坡高度89 m，比平移式方案低，但與壩肩邊坡開(kāi)挖相互獨(dú)立，整個(gè)邊坡開(kāi)挖及支護(hù)均屬于布置纜機(jī)后增加的工程量。

圖3 右輻射式纜機(jī)布置圖

總體而言，右輻射式纜機(jī)方案對(duì)邊坡影響略大，支護(hù)工程量也略大。從該因素分析，平移式纜機(jī)布置方案優(yōu)。

4.1.3 纜機(jī)平臺(tái)布置

鑒于左岸地形靠近下游側(cè)地形線轉(zhuǎn)向溝內(nèi)，地勢(shì)較低，平移式纜機(jī)方案左岸纜機(jī)平臺(tái)需設(shè)置棧橋，棧橋最大垂直高度25 m左右，難度較小。而輻射式方案由于右岸輻射平臺(tái)上游地勢(shì)低，需搭設(shè)棧橋高度55 m左右，施工難度較大。

從纜機(jī)平臺(tái)布置方面，平移式纜機(jī)方案更優(yōu)。

4.1.4 纜機(jī)運(yùn)行

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，平移式纜機(jī)運(yùn)行及管理簡(jiǎn)單，效率較高，而輻射式纜機(jī)運(yùn)行及管理相對(duì)復(fù)雜，特別是在多臺(tái)纜機(jī)合作、聯(lián)合抬吊等方面要求嚴(yán)格。但從國(guó)內(nèi)已建和在建工程來(lái)看，兩種方案在設(shè)備運(yùn)行方面沒(méi)有本質(zhì)的差別，均已有成熟的管理經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)葉巴灘工程來(lái)說(shuō)，從布置條件上分析，兩種方案在運(yùn)行方面沒(méi)有特別的限制條件，但平移式纜機(jī)運(yùn)行及管理相對(duì)簡(jiǎn)單，保障性較高。此外，富裕起升高度越小，纜機(jī)運(yùn)行時(shí)吊鉤的搖擺幅度越小，纜機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性也越好。平移式方案、右輻射方案的富裕起升高度相差不大，分別為45.12 m、50.5 m。平移式方案比輻射式方案的纜機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性略好。

4.2 經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)測(cè)算，平移式纜機(jī)方案土建總投資約43 589.97萬(wàn)元，右輻射式纜機(jī)方案土建總投資約47 421.93萬(wàn)元。從兩個(gè)數(shù)據(jù)不難看出，平移式纜機(jī)方案投資更為節(jié)省。

4.3 推薦纜機(jī)布置方案

根據(jù)上述分析，平移式纜機(jī)方案和右輻射式纜機(jī)方案主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 平移式及右輻射式纜機(jī)方案比較匯總表

綜上所述，經(jīng)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，平移式纜機(jī)方案運(yùn)行簡(jiǎn)單，保障率高；對(duì)壩肩邊坡影響??；纜機(jī)土建及邊坡工程量相對(duì)較小；土建投資較右輻射式方案略優(yōu)。因此，綜合考慮，選擇平移式纜機(jī)方案作為葉巴灘拱壩混凝土施工的推薦方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合葉巴灘水電站壩址狹窄陡峭河谷的地形地質(zhì)條件，對(duì)平移式和輻射式(左輻射式、右輻射式)2種類型、3個(gè)方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。通過(guò)比選得出平移式纜機(jī)方案在技術(shù)上更優(yōu)，在經(jīng)濟(jì)上更省，因此，選擇了運(yùn)行效率高、投資較省、適應(yīng)性更好的平移式纜機(jī)方案作為葉巴灘大壩混凝土澆筑方案。