淺析施工項(xiàng)目土石方平衡調(diào)配及優(yōu)化管理
——以岷江犍為航電樞紐廠房工程為例

孫永全，李永山

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

1 工程概況

岷江犍為航電樞紐工程位于四川省岷江干流下游河段，壩址位于樂(lè)山市犍為縣城上游約3km處，其下游約1.4km處為犍為縣岷江大橋。犍為航電樞紐總庫(kù)容為2.27億m3，總裝機(jī)容量為500MW，為河床式水電站，閘壩式擋水建筑物，Ⅲ級(jí)船閘(單級(jí))通航1000t級(jí)船舶。

岷江犍為航電樞紐工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以航運(yùn)為主，發(fā)電為主導(dǎo)，兼顧供水、灌溉，極為有效地促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。工程等級(jí)為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。樞紐工程主要建筑物采用“一字型”布置形式，廠房和船閘分岸布置。從左至右分別布置有左岸接頭重力壩段(含魚(yú)道)、廠房壩段、右儲(chǔ)門(mén)槽壩段、泄洪沖砂閘壩段、船閘段、右岸接頭重力壩段，壩頂總長(zhǎng)1094.55m，壩頂高程342.8m，最大壩高37.80m。

左岸發(fā)電廠房土石開(kāi)挖包括發(fā)電廠房、重力壩、護(hù)坡、魚(yú)道等工程土石方明挖，土石方開(kāi)挖總量約為455萬(wàn)m3，其中石方為110萬(wàn)m3。土石方開(kāi)挖工程量大、工期較短、交叉作業(yè)多，施工強(qiáng)度較高，為高強(qiáng)度開(kāi)挖，因此進(jìn)行土石平衡規(guī)劃尤為迫切。

2 土石方平衡目的及原則

2.1 土石方平衡目的

土石方調(diào)配是指在工程施工過(guò)程中，為了形成具有特定空間屬性和物理屬性的建筑物，對(duì)自然狀態(tài)下的土方、石方所進(jìn)行的開(kāi)挖、填筑、中轉(zhuǎn)、棄渣、料場(chǎng)維護(hù)等環(huán)節(jié)組成的綜合系統(tǒng)。土石方平衡的主要目的是在兼顧環(huán)保、降低工程造價(jià)的基礎(chǔ)上[1]，結(jié)合發(fā)電廠房施工進(jìn)度安排和選定的土石料場(chǎng)對(duì)施工區(qū)土石料開(kāi)挖和土石方填筑情況，提出土石方填筑料物的開(kāi)采和填筑在時(shí)間和空間上的平衡計(jì)劃，形成土石方平衡圖，以確保土石方填筑工程供料的可靠性和均衡性[2]。

根據(jù)土石方平衡計(jì)劃的成果對(duì)工程渣場(chǎng)進(jìn)行使用時(shí)間和空間合理規(guī)劃[3]，達(dá)到有效規(guī)劃、管理、節(jié)約成本、高效運(yùn)作的目的。

2.2 土石方平衡原則

在保證發(fā)電廠房開(kāi)挖和附屬建筑物(魚(yú)道、圍堰、護(hù)坡等)填筑的前提下，盡量使開(kāi)挖料物的進(jìn)度與填筑進(jìn)度相匹配，最大限度地提高開(kāi)挖料的直接利用率。同時(shí)充分利用工程區(qū)域的地形條件，合理布置轉(zhuǎn)存料場(chǎng)、棄渣場(chǎng)和規(guī)劃各部位建筑物開(kāi)挖料的轉(zhuǎn)存和棄料，實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)和棄渣運(yùn)距最小，費(fèi)用最低。因此，項(xiàng)目選擇發(fā)電廠房基坑開(kāi)挖土石方經(jīng)分解后直接用于魚(yú)道工程、護(hù)坡工程、圍堰工程的填筑，最大限度滿足開(kāi)挖料與填筑料匹配直供。

3 土石方平衡調(diào)配方法

3.1 土石方平衡調(diào)配方法確定

(1)確定研究方法。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)土石平衡的研究有很多方法[4]，根據(jù)犍為航電發(fā)電廠房的工程特點(diǎn)及地理特征，分析各種研究方法在該項(xiàng)目區(qū)的優(yōu)缺點(diǎn)，以高效實(shí)用為原則，達(dá)到方案優(yōu)化結(jié)果既能服務(wù)于工程決策，又有較強(qiáng)的可操作性。基于此，本文采用GIS數(shù)字化地形構(gòu)建與土石方三維平衡法進(jìn)行仿真模擬。模型如圖1所示。

圖1 犍為航電樞紐仿真模型示意

(2)GIS數(shù)字化地形構(gòu)建。全項(xiàng)目區(qū)間采用無(wú)人機(jī)航測(cè)機(jī)載激光雷達(dá)對(duì)岷江犍為航電樞紐工程進(jìn)行三維地形勘測(cè)，面積約3km2。經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到1∶500比例尺的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、分類(lèi)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)(地面點(diǎn)、建筑物、電力線)、DOM、DEM、等高線。實(shí)現(xiàn)高精度GIS數(shù)字化地形的構(gòu)建，保障實(shí)施精細(xì)化土石方開(kāi)挖的信息化數(shù)字模擬。GIS數(shù)字化地形如圖2所示。

圖2 犍為航電樞紐GIS數(shù)字化地形示意

(3)運(yùn)用excel軟件進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算，以達(dá)到實(shí)時(shí)指導(dǎo)土石平衡的目的。

(4)施工過(guò)程控制調(diào)節(jié)，結(jié)合本工程現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)階段的土石平衡計(jì)劃和實(shí)際施工中的土石方平衡情況，從施工過(guò)程中的多個(gè)變化方面分析對(duì)工程成本、進(jìn)度的影響，及時(shí)糾偏，保證優(yōu)質(zhì)高效完成施工任務(wù)。

3.2 土石方平衡調(diào)配流程

3.2.1 前期準(zhǔn)備

熟悉實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)、施工總進(jìn)度計(jì)劃、建筑物填筑料種類(lèi)、填筑質(zhì)量要求、測(cè)量校核土石方開(kāi)挖總量、土石方填筑總量、各部位土石方開(kāi)挖與填筑量。分析各施工區(qū)域、各部位、各填筑料、各時(shí)間段開(kāi)挖填筑工程量，如犍為航電樞紐分為發(fā)電廠房工程、魚(yú)道工程、左岸護(hù)坡工程、臨時(shí)主干道工程、圍堰工程、中轉(zhuǎn)料場(chǎng)、渣場(chǎng)等部位，并以表格形式清晰地表示出來(lái)，確定開(kāi)挖料的轉(zhuǎn)換系數(shù)，如自然方量、壓實(shí)方量以及運(yùn)輸過(guò)程中的各種損失(開(kāi)挖方量損失、中轉(zhuǎn)損失、運(yùn)輸損失)，同時(shí)確定料場(chǎng)空間位置、堆存容量、運(yùn)距等參數(shù)。最終取值為土方1∶0.85，石方1∶1.31，混合料1∶0.94，塊石1∶1.43。

3.2.2 實(shí)施優(yōu)化

結(jié)合前期準(zhǔn)備的資料，根據(jù)犍為航電樞紐工程施工組織設(shè)計(jì)和總進(jìn)度計(jì)劃，綜合考慮影響土石平衡的各個(gè)因素，運(yùn)用三維平衡動(dòng)態(tài)研究方法，合理安排調(diào)整施工時(shí)段，確定各開(kāi)挖區(qū)開(kāi)挖料去向，填筑區(qū)填筑料來(lái)源，并以減少二次轉(zhuǎn)運(yùn)、縮短總運(yùn)距，合理安排工期、節(jié)約成本為目的，對(duì)投標(biāo)階段土石方平衡方案進(jìn)行優(yōu)化，指導(dǎo)實(shí)際施工。

3.2.3 實(shí)施過(guò)程優(yōu)化調(diào)整

由于工程條件的復(fù)雜性，影響因素的多樣性和不確定性，工程施工過(guò)程中的道路布置、平面布置、施工時(shí)段、工程地質(zhì)、設(shè)計(jì)圖紙等的變化，導(dǎo)致土石工程量、運(yùn)距、施工時(shí)段、渣料要求等發(fā)生變化。鑒于此，根據(jù)實(shí)施性土石平衡方案的優(yōu)化方法，建立GIS數(shù)字化地形與動(dòng)態(tài)仿真模型，按照土石方施工過(guò)程中的相應(yīng)變化，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，以達(dá)到實(shí)時(shí)指導(dǎo)施工的目的。

3.3 土石方平衡優(yōu)化及施工管理

3.3.1GIS數(shù)字化地形構(gòu)建

借助無(wú)人機(jī)航測(cè)校核、激光掃描、專業(yè)地理信息模型，實(shí)現(xiàn)高精度GIS數(shù)字化地形構(gòu)建，比對(duì)完善并矯正大量的傳統(tǒng)測(cè)繪數(shù)據(jù)信息，完整準(zhǔn)確的施工現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，有利于實(shí)時(shí)精細(xì)化土石方開(kāi)挖與填筑及施工組織實(shí)施等信息數(shù)字化模擬。

3.3.2 三維建模

三維模型是物體的多邊形表示，顯示的物體為前期根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)虛構(gòu)的構(gòu)建筑物模型，通過(guò)儀器設(shè)備測(cè)量及AutoCAD軟件對(duì)對(duì)象特性及物理結(jié)構(gòu)建模，能清晰形象地顯示整體土石方開(kāi)挖量、運(yùn)距、時(shí)段及渣料要求等特性指標(biāo)。

3.3.3 施工過(guò)程管理

通過(guò)配置專職施工技術(shù)員對(duì)開(kāi)挖回填料物進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，測(cè)量人員每周進(jìn)行測(cè)量校核，確保開(kāi)挖回填料物按照規(guī)劃方向進(jìn)行流轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合犍為航電樞紐工程實(shí)際，既考慮了開(kāi)挖、回填區(qū)的空間、時(shí)間分布，又考慮了實(shí)施過(guò)程中各種因素改變引起的土石平衡調(diào)整，以節(jié)約成本、施工程序合理為依托，針對(duì)土石方施工全過(guò)程進(jìn)行土石調(diào)配，優(yōu)化平衡方案，實(shí)現(xiàn)了土石方開(kāi)挖量二次轉(zhuǎn)運(yùn)量為零，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性、可操作性，既優(yōu)質(zhì)高效地完成了開(kāi)挖回填任務(wù)，又為動(dòng)態(tài)土石平衡提供研究思路及可操作性的依據(jù)，對(duì)今后其他同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)和施工提供寶貴的借鑒參考。