定點(diǎn)下料對(duì)拱壩施工過程中纜機(jī)運(yùn)輸效率的影響研究

張志豪，徐建江，瞿振寰

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 611130）

0 前 言

隨著中國西部地區(qū)水能資源的深入開發(fā)，300 m級(jí)特高拱壩水電工程相繼建成，錦屏I級(jí)（305 m）、小灣（294.5 m）、溪洛渡等工程為國家西電東送貢獻(xiàn)了力量［1］。在建的烏東德、白鶴灘是金沙江下游河段規(guī)劃建設(shè)的大型水電站，烏東德水電站最大壩高265.0 m，壩體混凝土方量約273萬m3；白鶴灘水電站最大壩高289.00 m，壩體混凝土方量約818萬m3。特高拱壩大多位于高山峽谷地區(qū)，具有工期緊、工程量大等特點(diǎn)，其壩體混凝土均采用纜機(jī)運(yùn)輸，纜機(jī)的運(yùn)行效率直接關(guān)系著大壩是否可以高效完成施工［2］。

在實(shí)際施工過程中，通常從以下方面保證和提高纜機(jī)運(yùn)行效率：加強(qiáng)對(duì)纜機(jī)運(yùn)行人員和指揮人員的培訓(xùn)，提高纜機(jī)操作和指揮人員熟練度［3］；采取合理的施工組織措施，合理安排生產(chǎn)及澆筑倉位，避免纜機(jī)間相互影響［4］；減少裝料和卸料時(shí)間［5］；合理安排纜機(jī)保養(yǎng)時(shí)間等［6］。對(duì)于纜機(jī)運(yùn)輸過程中的卸料環(huán)節(jié)，建設(shè)者認(rèn)識(shí)到相較于指揮纜機(jī)大車移動(dòng)來調(diào)整卸料位置，在倉面設(shè)計(jì)時(shí)提前規(guī)劃好固定的卸料區(qū)域，指揮纜機(jī)在倉面的固定卸料點(diǎn)卸料，再輔以平倉機(jī)攤鋪，這種方法更加高效省時(shí)。得益于烏東德大壩澆筑過程中纜機(jī)運(yùn)行全過程監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，本文得以以定量的分析，研究定點(diǎn)下料對(duì)纜機(jī)卸料環(huán)節(jié)效率的影響。

1 工程背景

烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩。河床建基面高程723 m，壩頂高程988 m，最大壩高265 m，拱冠梁頂厚9.95 m，底厚45.45 m，厚高比0.172，壩頂上游面弧長325.67 m，弧高比1.23。壩體設(shè)橫縫不設(shè)縱縫，共分15個(gè)壩段，壩體混凝土方量約273萬m3。

烏東德水電站大壩設(shè)置3臺(tái)纜機(jī)及6個(gè)9 m3立罐。大壩混凝土273萬m3，高峰3臺(tái)纜機(jī)至少澆筑7萬m3/月，最高達(dá)到9.74萬m3/月，持續(xù)時(shí)間長達(dá)24個(gè)月，并且還要承擔(dān)大量的打雜和金結(jié)安裝工作。因此，保證和提高纜機(jī)運(yùn)行效率顯得尤為重要。

2 纜機(jī)工作過程概述

2.1 纜機(jī)運(yùn)輸過程

烏東德布置3臺(tái)纜機(jī)，10臺(tái)自卸運(yùn)輸車，大壩混凝土由自卸運(yùn)輸車從970混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)輸至供料平臺(tái)，再由纜機(jī)吊罐入倉。纜機(jī)運(yùn)行過程可分為待料、裝料、起罐、運(yùn)輸、下料、回程等6個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)定義如下：

纜機(jī)待料。纜機(jī)從達(dá)到供料平臺(tái)到吊罐開始裝料；

纜機(jī)裝料。運(yùn)輸車從開始卸料起斗到完成卸料放下料斗；

纜機(jī)起罐。纜機(jī)從運(yùn)輸車完成卸料放下料斗到吊罐起吊離開供料平臺(tái)；

纜機(jī)運(yùn)輸。纜機(jī)從吊罐起吊離開卸料平臺(tái)到到達(dá)倉面卸料位置；

纜機(jī)倉面下料。纜機(jī)從到達(dá)倉面卸料位置到卸料完成；

纜機(jī)回程。纜機(jī)從卸料完成準(zhǔn)備離開倉面到返回供料平臺(tái)。

2.2 纜機(jī)運(yùn)輸效率影響因素

纜機(jī)運(yùn)輸過程中，制約纜機(jī)運(yùn)輸效率的因素通常包括運(yùn)輸車和纜機(jī)匹配不及時(shí)，影響纜機(jī)裝料效率；纜機(jī)運(yùn)行過程中相互干擾，影響纜機(jī)運(yùn)輸效率；纜機(jī)下料時(shí)小車走動(dòng)，影響下料效率等。

2.3 纜機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

纜機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1所示）以秒為間隔記錄纜機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采集纜機(jī)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)和位置、時(shí)間，可真實(shí)還原吊罐待料、裝料、起罐、運(yùn)輸、下料、回程的全過程，系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)按以下信息節(jié)點(diǎn)識(shí)別。

圖1 纜機(jī)智能監(jiān)控設(shè)備示意

（1）纜機(jī)待料：系統(tǒng)中以進(jìn)入供料平臺(tái)區(qū)域范圍且高程為最低高程（完成吊罐對(duì)位時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)，以感知識(shí)別到運(yùn)輸車開始卸料起斗為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

（2）纜機(jī)裝料：系統(tǒng)以感知識(shí)別到運(yùn)輸車開始卸料起斗為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)、以感知識(shí)別到運(yùn)輸車完成卸料料斗完全放下為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

（3）纜機(jī)起罐：系統(tǒng)中以感知識(shí)別到運(yùn)輸車完成卸料料斗完全放下為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)，以感知識(shí)別到纜機(jī)達(dá)到最大高程為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

（4）纜機(jī)吊運(yùn)：系統(tǒng)中以感知識(shí)別到纜機(jī)達(dá)到最大高程為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)，以進(jìn)入倉面范圍且高程為最低高程（吊罐卸料時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

（5）纜機(jī)下料：系統(tǒng)中以進(jìn)入倉面范圍且高程為最低高程（吊罐卸料時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)，以高程增大至倉面內(nèi)最低高程（吊罐卸料時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

（6）纜機(jī)回程：系統(tǒng)中以高程增大至倉面內(nèi)最低高程（吊罐卸料時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的起點(diǎn)，以進(jìn)入供料平臺(tái)區(qū)域范圍且高程為最低高程（完成吊罐對(duì)位時(shí)高程最低）高5 m為時(shí)長識(shí)別的終點(diǎn)。

2.4 纜機(jī)運(yùn)行軌跡

纜機(jī)運(yùn)輸過程中的軌跡監(jiān)控效果如圖2～3所示。

圖2 烏東德水電站纜機(jī)運(yùn)行軌跡側(cè)視示意

圖3 烏東德水電站纜機(jī)運(yùn)行軌跡俯視示意

纜機(jī)單次運(yùn)輸混凝土過程中，在倉面下料的數(shù)據(jù)單元，以纜機(jī)開始倉面卸料到結(jié)束倉面卸料為一個(gè)纜機(jī)下料點(diǎn)。系統(tǒng)中纜機(jī)下料點(diǎn)包含下料點(diǎn)位置、下料時(shí)間、混凝土屬性等元數(shù)據(jù)，其中下料點(diǎn)位置取高程最低點(diǎn)的平面坐標(biāo)，下料點(diǎn)監(jiān)控效果如圖4所示。

圖4 烏東德水電站纜機(jī)倉面下料點(diǎn)效果示意

3 定點(diǎn)下料對(duì)纜機(jī)下料環(huán)節(jié)的效率影響分析

3.1 分析指標(biāo)選取

選取纜機(jī)在不同倉面施工時(shí)，下料環(huán)節(jié)的平均用時(shí)作為評(píng)判下料環(huán)節(jié)效率的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

纜機(jī)在下料環(huán)節(jié)耗時(shí)在大多在1.2～2 min之間。設(shè)定2 min為下料閾值，在下料環(huán)節(jié)中，統(tǒng)計(jì)超出2 min的運(yùn)輸次數(shù)占總的纜機(jī)運(yùn)輸次數(shù)的比例，即下料環(huán)節(jié)用時(shí)超標(biāo)比例，作為纜機(jī)下料環(huán)節(jié)的效率另一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 分析方法

選取三個(gè)典型倉面，對(duì)比分析下料點(diǎn)集中度和下料環(huán)節(jié)平均用時(shí)、下料環(huán)節(jié)用時(shí)超標(biāo)比例之間的關(guān)系，來判斷定點(diǎn)下料是否可以有效提高纜機(jī)在下料環(huán)節(jié)的效率。

3.3 分析過程

選取同一時(shí)期澆筑的11號(hào)壩段51倉、9號(hào)壩段62倉、2號(hào)壩段20倉，進(jìn)行對(duì)比分析。這三個(gè)倉面澆筑時(shí)間相近，倉面無特殊金屬結(jié)構(gòu)影響。

3.3.1 倉面特性

選取的11號(hào)壩段51倉、9號(hào)壩段62倉、2號(hào)壩段20倉倉面特性見表1。

表1 典型倉特性

3.3.2 倉面下料點(diǎn)監(jiān)控效果

以上下料點(diǎn)監(jiān)控圖可以看出（見圖5），2號(hào)-20倉基本嚴(yán)格執(zhí)行了定點(diǎn)下料策略；9號(hào)-62倉2號(hào)纜機(jī)下料點(diǎn)也比較集中，3號(hào)纜機(jī)相對(duì)而言下料點(diǎn)則比較分散；11號(hào)-51倉的下料點(diǎn)則最為分散。

圖5 典型倉下料點(diǎn)監(jiān)控效果示意

3.3.3 下料環(huán)節(jié)耗時(shí)分析

基于烏東德大壩纜機(jī)配置的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以統(tǒng)計(jì)出各典型倉面在下料環(huán)節(jié)的平均耗時(shí)，如表2所示。

表2 典型倉下料環(huán)節(jié)耗時(shí)情況

表2數(shù)據(jù)表明，在下料環(huán)節(jié)平均耗時(shí)這一指標(biāo)上，2號(hào)-20平均耗時(shí)最少，每次卸料耗時(shí)1.59 min；9號(hào)-62平均耗時(shí)略高，平均每次卸料耗時(shí)1.63 min；11號(hào)-51下料環(huán)節(jié)平均耗時(shí)最高，平均

每次耗時(shí)1.86 min。

3.3.4 下料環(huán)節(jié)閾值超標(biāo)率分析

基于烏東德大壩纜機(jī)配置的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以統(tǒng)計(jì)出纜機(jī)在各典型倉面的下料次數(shù)和每次的下料時(shí)間。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在下料環(huán)節(jié)的耗時(shí)超標(biāo)比率如表3所示。

表3數(shù)據(jù)表明，在下料環(huán)節(jié)超標(biāo)比率這一指標(biāo)上，11號(hào)-51超標(biāo)比率最高，9號(hào)-62超標(biāo)比率次之，2號(hào)-20超標(biāo)比率最低。

表3 典型倉下料環(huán)節(jié)耗時(shí)超標(biāo)比率

3.4 分析結(jié)果

結(jié)合以上分析可以得出如下結(jié)論：在定點(diǎn)下料策略執(zhí)行效果較好的倉面，下料環(huán)節(jié)平均耗時(shí)和閾值超標(biāo)率兩項(xiàng)指標(biāo)顯著低于沒有執(zhí)行定點(diǎn)下料策略的倉面。實(shí)行定點(diǎn)下料，可以提高纜機(jī)下料環(huán)節(jié)效率，進(jìn)而提高纜機(jī)運(yùn)輸效率。

4 結(jié) 論

基于烏東德水電站的纜機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可對(duì)纜機(jī)澆筑混凝土壩的全過程進(jìn)行監(jiān)控，定量的分析在纜機(jī)卸料過程中，采用定點(diǎn)下料的施工方法對(duì)纜機(jī)運(yùn)行效率的影響。結(jié)果表明在壩體混凝土澆筑過程中，通過在倉面設(shè)計(jì)時(shí)提前規(guī)劃好纜機(jī)下料區(qū)域，在纜機(jī)運(yùn)輸過程中盡量采取定點(diǎn)下料，可以有效提高纜機(jī)下料環(huán)節(jié)的效率，進(jìn)而提高纜機(jī)運(yùn)輸效率。