行
业
产
品
功
能
北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:58:58
小湾水电站高拱坝施工技术研究
谢培忠
（昆明勘测设计研究院，云南昆明650051）
关键词：高拱坝工期温控优化地下洞室群仿真小湾水电站
摘要：小湾拱坝坝肩开挖、坝体混凝土浇筑、接缝灌浆、中后期导流程序、施工强度和工期、超大型地下洞室群施工等许多方面，超出现有工程的经验和规范要求。通过深入研究这些关键技术问题，对确保工程建设顺利进行具有重要的技术经济意义。经科研与设计优化工作密切结合，探索应用新的理论分析方法和计算机仿真技术，取得了的多项成果，这不仅具有重要的理论研究意义，而且具有重要的实用价值。
1研究内容及技术经济指标
1.1攻关主要内容
(1)拱坝坝基开挖、坝体分期施工、蓄水发电的最优施工程序、缩短工期的可能性研究。
(2)拱坝快速施工关键技术和混凝土温控措施优化研究，为加快施工进度、降低造价、提供可靠的技术方案。
(3)大型地下厂房洞室群合理施工顺序和工艺研究，以保证工程安全、质量，降低造价。
1.2攻关主要技术经济指标
(1)通过计算机仿真研究，提出拱坝坝基开挖、坝体施工控制工序、优化施工进度、确定初期蓄水发电的前提条件。
(2)提出坝体混凝土通仓浇筑、坝体接缝灌浆（重复灌浆）优选方案，坝体混凝土温控优化方案，降低工程造价。
(3)通过计算机仿真研究，提出地下厂房洞室群合理的施工顺序和关键工艺，以保证施工安全，加快进度。
2研究取得的主要成果
小湾电站混凝土双曲拱坝坝高292m，为世界近期拟建的第一高拱坝，地下厂房洞室群规模也居世界同类工程之前矛，工程建设技术难度很高。本次研究依据初步设计审查意见及“九五”攻关合同要求，紧密结合小湾工程实际，采用多种先进理论方法和计算机仿真技术，对拱坝及地下厂房施工关键技术问题，进行了全面分析研究，提出了较为系统的研究成果，不仅在理论上有多项突破和创新，而且对下阶段优化设计工作乃至施工都有重要指导意义和参考价值。
2.1主要研究成果
(1)以全过程仿真计算为基础的“混凝土坝温控优化数值方法”的研究。全面系统地进行温控影响因素敏感分析，提出浇筑温度优化函数（层厚1、2、3m），计算研究了基础块采用3m厚浇筑层的可能性。
(2)在工期的论证方面。应用模糊网络计划方法，采用模糊三角函数来刻画工序持续时间，并通过模糊网络模型分析论证，更好地确立工序及线路的变化范围，得出小湾电站初步设计方案的工期安排是可行的，在正常施工条件下，风险较小、实现可能性达到90以上。第一台机组7.5a发电的可能性约为64.43，保证率偏低。
(3)坝基（含坝肩）开挖的仿真研究。证明初步设计方案作为基本方案是可行的。
(4)大坝混凝土浇筑仿真研究。通过9个方案计算分析表明初设方案基本可行。在浇筑方面，提出了增加左岸供料线平台（1070m高程），相邻坝块高差控制增加为12m（初步设计为10m），以加快拱坝混凝土施工进度的方案。同时进行了横缝灌浆技术方案的研究,提出了相应的技术要求。
(5)地下厂房围岩稳定仿真模拟研究。用弹塑性三维有限元分析揭示了塑性区，应力和位移分布变化规律，洞室围岩应力具有以自重应力为主逐步转化为以构造应力为主的特征。揭示锚固后的围岩应力三维分布匀化、塑性区范围缩小，周边位移也有不同程度减小，这对施工支护具有指导意义。
(6)地下洞室群施工工艺仿真模拟。编制了两个可供对比分析的应用程序系统,TUNNEL程序系统的建模思想“基于对地下洞室群施工程序相互关联的因素进行归类，应用随机生产线平衡原理，针对不同单项工程的不同施工方法、不同随机约束因素，重在从客观实践出发的观点，对施工作业工艺，工序循环流程进行划分，确定合理的施工循环体”。在此基础上编制出各施工工艺流程模拟子程序，进而完成地下洞室群施工程序方案的层次综合分析，反映总工期的关键线路设计。在程序设计中提出了切实可行地防止“蝴蝶效应”——叠代计算累计误差不断增大的措施，从而保证了模拟精度。开发的CSS和CSSCQ仿真模拟程序，有较强的前、后处理功能，模拟生成的报表能全面满足设计施工需要，节省了输入和运算时间，较原类同程序有所改进，不仅计入了时间的随机因素，而且也计入了空间和事件的随机因素。
(7)在国内首次在小断面地质探洞内进行地下厂区爆破震动测试。测试所得爆破震动速度和频率等有关资料，揭示了各向异性岩体爆破震动的各向异性，水耦合节理岩体对爆破震动速度和频率增大的影响，以及爆震频率在围岩周边的尺寸效应及其机理，对围岩动力稳定分析具有实用价值。
(8)地下洞室施工顺序方案评价。用模糊层次综合评价和灰色关联分析，进行方案优选决策对比，阐明了二者的优缺点。在比较方案数量多的情况下，可先用灰色关联分析进行方案排序初选，再用模糊层次综合评价进行方案决策终选。这样有利于节省计算工作量和决策的可靠性。
(9)地下洞室施工通风设计研究。提出了通风时段动态分析方法，克服了传统施工通风设计计算不考虑通风时段划分，仅按整体最大风量控制的局限性。
2.2攻关成果应用于小湾水电站设计
(1)温控措施优化研究。当混凝土允许拉应力不低于1.8MPa时，小湾拱坝基础约束区混凝土浇筑层厚度采用3.0m是可能的。采取的措施是：冷却水管间距（铅直×水平）1.5m×1.5m，水管冷却水温采用4.0～12.0℃制冷水，一期水管冷却时间15d；开浇后连续进行仓面流水养护；浇筑温度按优化函数得出的允许浇筑温度按12.1～15.4℃控制。若小湾拱坝基础约束区混凝土浇筑采用2.0m层厚，可提高效率、加快进度，但需铺设双层冷水管才可满足要求。
(2)拱坝横缝的动态变化。小湾拱坝最大高度近300m，为了提前发电需要，坝体浇筑到约1190m高程（坝高约240m）、接缝灌浆到1170m高程时，就要蓄水至1160～1166m高程，满足第一台机组发电。混凝土浇筑、接缝灌浆和蓄水发电，形成一组关联体，研究拱坝横缝开度在整个施工期的动态变化情况，对保证接缝灌浆质量和工程安全，具有重要意义。研究成果表明：横缝开度在二期水管冷却结束时开度最大，大部分在0.5～2.8mm之间，可满足接缝灌浆要求（≥0.5mm）；但在坝基约束区以及坝体上部1200m～1230m高程之间，横缝开度较小，不满足灌浆要求，需要进一步研究增大横缝开度或采取细缝灌浆的工程措施。
全坝体封拱灌浆后横缝基本闭合，不会因水库水位变化而拉开缝面，不需要进行重复灌浆。
根据仿真计算，揭示了拱坝横缝开度动态变化过程及主要控制因素，下部基岩强约束区横缝张开度不够，可采用适当“超冷”或超细水泥灌浆技术解决。对于上部1～2层灌浆层横缝张开度不够，主要原因是坝体在库水压力下，产生过大刚体位移而引起的，应该从蓄水计划、上部浇筑层跳块浇筑计划、温控措施及灌浆技术等多方面考虑加以解决。
(3)施工总进度工期综合论证。这是一项重要的问题。研究表明，小湾工程施工强度高、技术复杂，特别是坝肩开挖与支护、坝体混凝土浇筑强度，在国内外同类工程中是罕见的。按照3年截流、8年发电、10年竣工的工期安排，需要建立科学的管理体系，运用现代企业管理方法，全面采用先进的施工技术、工艺、材料和设备，不断优化设计。筹建期安排3年是必要的，控制项目是对外交通主线公路和场内左岸公路；拱坝坝肩开挖与支护、1号导流洞是准备期关键项目；拱坝混凝土浇筑及接缝灌浆施工是主体工程施工期的关键项目；参照国内外工程的经验，为提高工程经济效益，可将完建期由2.5年调整为2年，每5个月左右安装1台机组，技术上是可行的。地下厂房洞室群施工以先开挖主厂房、尾水洞一部分，随后主变室、尾水调压室递次跟进的施工顺序，施工安全保证率高、资源配置合理，可满足第一台机组在第85年安装完毕，与初步设计的结论基本一致。小湾工程地下厂房工程不是施工总进度工期控制项目，但是合理安排其施工进度，对整个工程顺利建设仍具有重要意义。
(4)拱坝快速施工关键技术问题。小湾拱坝工程是整个工程的关键项目，研究表明：①开挖的关键在于出碴速度，主要制约因素是道路布置和开挖工作面大小，沿上游冲沟填碴形成出碴公路的方法，可以取消下游出碴公路并将减少对拱坝抗力体的削弱，减少施工干扰，同时可以满足施工进度的要求；②选用4台高速缆机、基础约束区薄层通仓浇筑是比较合理的方案；③坝体横缝灌浆采用以15m层高为主、全年二期冷却、全年施灌的方案,有利于均衡施工，减少灌浆层与浇筑层间的高差；④通过导流中孔布置、导流中后期程序和拱坝施工进度的综合研究，确认可以减少一个导流中孔。
(5)地下厂房洞室群施工研究。小湾地下洞室群有主副厂房、主变开关室、尾水调压室、高压引水洞、尾水洞、交通洞、运输洞、出线洞、通风洞等，工程量为：洞室开挖257×104m3、混凝土浇筑44×104m3、喷混凝土4.9×104m3、预应力锚索3164根。根据研究成果，地下厂房洞室群施工布置了7条施工支洞，可满足立体交叉施工要求，兼顾了开挖、混凝土浇筑、压力钢管安装等施工需要。
3经济效益和推广应用前景
仿真技术研究方法已逐步成为工程界广泛采用的先进有效的分析方法之一，小湾水电站对关键施工项目进行了全过
[1][2]下一页
广告直拨： 媒体合作/投稿：陈女士 13693626116
关于北极星 | 广告服务 | 会员服务 | 媒体报道 | 营销方案 | 成功案例 | 招聘服务 | 加入我们 | 网站地图 | 联系我们 | 排行
京ICP证080169号京ICP备09003304号-2
京公网安备11010502034458号电子公告服务专项备案
网络文化经营许可证 [2019] 5229-579号广播电视节目制作经营许可证 (京) 字第13229号出版物经营许可证新出发京批字第直200384号人力资源服务许可证1101052014340号
Copyright © 2022 Bjx.com.cn All Rights Reserved. 北京火山动力网络技术有限公司 版权所有
