工程机械在西藏直孔水电站堆石坝坝面碾压中的组合应用

黎 明，李 广

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概况

直孔水电站位于西藏自治区墨竹工卡县境内的拉萨河中下游，距墨竹工卡县22 km，距拉萨市100 km。

直孔水电站是以发电为主、兼顾防洪和灌溉的二等工程。工程由混凝土闸坝、堆石坝、引水系统及岸边厂房系统组成。

坝址区位于拉萨河河段，河谷宽阔，由无名岩石孤岛将河床分为左右两支水域。右水域河床水面宽约55 m，枯水期大片基岩与孤岛连接，岸边基岩裸露。左水域为主河床，河床水面宽约60 m，沿河有五级阶地分布，开阔、平缓，岸坡覆盖层深，河床部位最深约28 m。堆石坝位于拉萨河河心岛左侧河床及左岸台地上，左岸台地地势宽阔，宽1500 m左右。直孔水电站工程施工采用两期导流，右岸为一期导流施工，左岸堆石坝工程为二期导流施工。

坝体结构布置:堆石坝位于拉萨河河心岛左侧河床及左岸台地上，坝长1330 m，坝顶宽6 m，上游坝坡1∶2.1，下 游 坝 坡1∶1.9，坝 顶 高 程3892.6 m，坝面平均坡长30 m，坡面碾压总面积达到50000多m2。其中碎石土心墙顶高程为3892 m，顶宽3 m，上、下游边坡均为1∶0.25。坝基防渗采用封闭式混凝土防渗墙、悬挂式混凝土防渗墙和黏土截水槽相结合的方式，采用封闭式混凝土防渗墙，混凝土防渗墙深入基岩0.5 m，心墙与坝壳料之间设反滤层。坝体断面结构型式及尺寸详见图1，堆石坝主要工程量见表1。

图1 坝体断面结构示意图

表1 堆石坝主要工程量表

2 工程机械配置

根据《坝面碾压施工技术规范要求》选择配置拖式振动碾、液压履带式挖掘机、履带式推土机等主要机械设备，组合成一个新的运行系统，通过这个多机械组合运行系统的联动运行，完成了对斜坡坝面碾压施工作业。

目前，国内在斜坡面碾压施工中普遍采用的是拖式振动碾。我们根据现场现有的施工设备选用、组合成一个对斜坡面进行碾压的复合联动运行系统。

图2 YZT10D多功能压路机

(1)YZT10D多功能压路机(简称:拖碾)。

YZT10D多功能压路机是新型拖式压实机械，具备技术先进(发动机前置，坡底压实不留死角)、制造精良的优点，整体质量达到国内领先水平(图2)。主要用于水库大坝、渠道、高填筑公路、铁路的边坡及桥头部位的压实工作。多功能压路机的推出，解决了长期困扰施工单位大面积边坡及桥头压实的难题，对施工单位保证施工质量，提高施工效率，降低施工成本等方面产生了明显效果。其技术参数见表2。

表2 YZT10D主要技术参数表

(2)履带式挖掘机 SK250LC(图3)，技术参数见表3。

图3 SK250LC履带式挖掘机

表3 SK250LC主要技术参数表

(3)履带式推土机TY220(图4)，技术参数见表4。

(4)工具器材。

根据堆石坝上游坝面坡比1∶2.1，下游坝面坡比1∶1.9，按坡面最大受力荷载考虑，斜坡碾在坡面上的受力情况如图5所示。

由于拖碾在振动时强度达到30 t，因此考虑将钢丝绳的系数加大，受力情况分析为:

图4 TY220履带式推履带式推土机

表4 TY220履带式推土机主要技术参数表

图5 斜坡碾工况示意图

式中 G为拖碾在振动时的重量(N);sinθ为斜坡度;Fx为钢丝绳受力。

因此，钢丝绳总的理论拉力需要:

在拖碾工作过程中，由于受到多种因素的影响，需要将钢丝绳受力情况作更全面的分析，在充分考虑软地基的阻力、振动瞬间的冲击力、起重滑车的摩擦力、钢丝绳磨损后强度降低等因素的前提下，选择φ15.5钢丝绳作为滑车系统牵引主绳。φ15.5钢丝绳的力学性能为:钢丝破断拉力≥122583 N。设计滑车组钢丝绳采用5倍率的缠绕方法，因此总牵引力允许F拉≥612515 N。通过理论计算，其完全可以满足牵引拖碾的需要，配置情况见表5。

3 施工方法

笔者侧重介绍一下碾压堆石坝上、下游斜坡面机械设备配合使用情况。由于坝体壳料全部采用砂卵砾石，在填筑过程中，利用液压履带式挖掘机(反铲)进行削坡，形成基本坡面。为防止坡面砌筑成型后出现不均匀沉陷现象，在坡面混凝土预制块砌筑前必须将坝坡碾压密实。更为重要的是坝面密实度和平整度直接影响堆石坝整体质量和坝体安全，故对坝体上下游斜坡面实施碾压。

表5 斜坡面碾压机械设备配置表

依据施工组织技术方案要求，通过对施组方案进行分析，并经工程技术和设备技术理论论证，最终选择液压履带式挖掘机、履带式推土机和拖碾(YZT10D)组合成一个新的复合联动运行系统(图6)。

(1)拖碾(YZT10D)的主要作用是对大坝体斜坡面进行压实(图7)。

图7 拖碾(YZT10D)

(2)液压履带式挖掘机主要是解决移动式地锚的问题。其发挥两个作用:①做拖碾的地锚;②解决拖碾在斜坡面上沿大坝轴线方向做水平移动(图8)。

图8 液压履带式挖掘机做地锚

(3)履带式推土机在坝顶平面上进行往返的行走，通过钢丝绳索及滑车系统牵动拖碾从坝底沿斜坡面到坝顶做上下往返运动，实施斜坡面的压实作业(图9)。

图9 履带式推土机牵引拖碾

根据主体工程设备配置情况，利用现场机械设备进行再组合，选用现场神钢SK250LC型挖掘机打锚，山推TY220型推土机为拖碾牵引源。挖掘机、推土机相互配合解决了拖碾(YZT10D)从坝底到坝顶沿坡面作上下运动和拖碾(YZT10D)在斜坡面上沿大坝轴线方向做水平移动，从而完成对大坝斜坡面的碾压工作。

挖掘机、推土机是主体工程施工必备的主力设备且配备充足。在大坝主体工程开挖、填筑基本完成后，工程施工强度由高峰期开始逐渐回落，设备工作使用时间、利用率将降低，部分设备将出现半闲置状态，因此，有效地提高设备使用效率也是项目后期施工成本管理长期探讨的课题。在斜坡碾压设备配置过程中，有效地利用挖掘机自身质量重又可以行走的特点，将其作为移动式地锚，既解决了斜坡碾压移动地锚的难题，又提高了设备使用效率，不失为是一个两全其美的选择。利用推土机在大坝顶平面上作往返行走，并通过钢丝绳及滑车系统牵动拖碾沿坝斜坡面上下移动。在高原缺电的情况下，既节约了发动机，又节省了一台卷扬机，有效地提高了现场设备的使用效率，对降低项目施工成本不失为一个好的选择。

4 结语

在该工程大坝斜坡坝面碾压施工中，以液压履带式挖掘机、履带式推土机等设备为主体工程投入设备，仅有拖式振动碾为斜坡面碾压专用设备。设备配置在原有开挖设备的基础上，仅添置了一台多功能压路机(YZT10D)。通过施工实践，多功能压路机(YZT10D)、液压履带式挖掘机、履带式推土机等主要机械施工设备及相关工器具的组合使用，有效地加快了堆石坝斜坡面碾压施工的进行，保证了工程质量，按合同工期实现了工程目标，为今后充分利用现场设备资源，提高机械设备利用率，降低施工成本，实现设备的合理投入拓展了思路并积累了经验。

从设备管理、资源配置角度看这个问题，笔者认为这是一个经典设备合理配置和设备有效利用的案例。在此介绍给大家，只想为设备、土建施工技术人员起到抛砖引玉的作用，为大家在今后的工作中发挥每一位工程技术管理人员的聪明才智起到一丝启发，为合理配置施工机械设备资源而努力实践和探索。