叶巴滩水电站大坝混凝土浇筑施工仿真研究

李 鹏， 杜 长 劼， 李 心 睿， 蒋 林 魁

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 叶巴滩水电站大坝施工特性

叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13个梯级水电站的第7级。拦河大坝采用混凝土双曲拱坝，位于“V”形对称峡谷中，大坝坝顶高程2 894.00 m，最大坝高217.0 m，拱冠顶厚11 m，底宽46.0 m，厚高比0.212。在坝身高程2 804.00 m高程布置有4孔泄洪深孔；在坝身高程2 877.00 m高程布置有5孔泄洪表孔，采用骑缝布置。在坝身高程2 760.00 m高程布置2孔导流底孔。大坝混凝土总量约280.6万m3，整个坝体共分为27个坝段。

2 大坝混凝土浇筑施工条件及仿真参数

2.1 仿真分析平台

叶巴滩大坝混凝土拱坝施工仿真采用中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司开发的混凝土拱坝施工仿真系统。该系统经过二滩、小湾、溪洛渡、锦屏一级、大岗山等大型拱坝工程的建设实践，平台成熟、稳定、可靠，具备综合分析各仓面是否满足间歇期、备仓时间、机械干扰、入仓强度、坝块间的压块关系、相邻块高差、浇筑机械配套、接缝灌浆要求等必备开仓要素，同时也可模拟大坝浇筑过程，优化浇筑顺序并计算工期、制定浇筑计划，对大坝施工方案进行全面综合分析。

2.2 施工条件及仿真参数

(1)叶巴滩拱坝顶高程2 894.00 m，建基面高程2 677.00 m，最大坝高217.00 m。共分为27个坝段，坝体共布置5个泄洪表孔、4个中孔，2个导流底孔，大坝体形混凝土工程量约为260.0万m3。叶巴滩拱坝混凝土浇筑施工仿真计算模型见图1。

图1 叶巴滩拱坝混凝土浇筑施工仿真计算模型图

(2)经分析论证，并经多次咨询审查，确定大坝混凝土浇筑采用4台30 t平移式缆机方案。平移式缆机布置及运行参数见表1。

(3)接缝灌浆灌区高度12.0～15.0 m，待灌区开始灌浆时，其上部依次为同冷区、过渡区、盖重区，各区需满足温控技术要求的控温过程和龄期要求后，灌浆区才可进行接缝灌浆。

(4)非孔洞影响区域、非固结灌浆影响区域内，厚度1.5 m块最小间歇期7～9 d，3 m块最小间歇期812 d。闸门槽影响范围内最小间歇期1 214 d。孔洞钢衬安装时间按40 d考虑。

(5)相邻坝段高差按不大于12 m控制，整个坝体最大高差按30 m控制。

表1 平移式缆机布置及运行参数表

(6)混凝土铺层厚度为0.5 m。

(7)混凝土龄期超过28 d视为老混凝土。

(8)缆机运行水平最小安全距离12 m。

(9)各坝段允许悬臂最大高度60 m。

(10)月有效施工天数见表2。

3 仿真成果分析

3.1 大坝施工工期分析

根据施工总进度及导流规划初拟的大坝施工形象进行施工仿真。大坝混凝土浇筑工期共44个月，计划第五年10月开浇，预计第九年5月浇筑到顶，接缝灌浆至高程2 894.00 m为第九年9月底。大坝施工仿真形象较导流规划要求的形象略领先，故施工总进度及导流规划拟定的大坝施工形象是合理的。大坝主要浇筑结果统计见表3。大坝典型施工面貌见图2～图4。

表2 月有效施工天数统计表

注：月有效施工天数为扣除每月大于10 mm以上降雨、6级以上大风以及能见度较低的大雾天气、重要节日、突发事件等的每月有效施工天数。

表3 大坝主要浇筑结果统计表

图2 第六年12月底大坝施工面貌

3.2 大坝浇筑强度分析

图3 第八年6月底大坝施工面貌

图4 第九年6月底大坝施工面貌

根据仿真计算结果，大坝月浇筑高峰强度为9.1万m3，月浇筑平均强度5.89万m3，不均衡系数为1.55。高峰月浇筑54仓，平均月浇筑27仓。最大月上升高度为9 m，平均每月上升4.92 m。月浇筑强度曲线见图5，月浇筑仓数曲线见图6。

图5 月浇筑强度曲线图

图6 月浇筑仓数曲线图

3.3 缆机资源配置分析

根据仿真计算成果，1～4#缆机的月浇筑方量见表。从单台缆机单月浇筑强度来看，单台缆机最高月强度26 401 m3，参考二滩、溪洛渡、锦屏一级等同样采用30 t缆机的工程实际情况来看，本工程缆机月高峰强度符合30 t缆机的实际浇筑能力。1～4#缆机的累计浇筑量分别为24%、27%、27%、22%，各台缆机工作量较为均衡，说明各缆机布置比较合理。

3.4 混凝土系统容量论证分析

工程混凝土拌合系统采用2座HL360-4F4500型自落式混凝土搅拌楼，设计小时生产能力为400 m3/，月生产能力13.5万m3。

从仿真成果来看，大坝混凝土浇筑月强度高峰9.1万m3，系统月生产能力满足大坝高峰强度要求；小时平均浇筑强度最高126.2 m3/h，小时高峰强度352.9 m3/h，混凝土生产拌合系统小时生产能力满足浇筑入仓强度需求。

3.5 接缝灌浆进度分析

根据仿真结果，大坝接缝灌浆进度见表。由表可见，第七年汛前大坝接缝灌浆高程2 724.00 m，低于围堰顶高程2 766.00 m，汛期采用围堰挡水、导流洞过流方式，大坝浇筑面貌满足度汛要求。第八年5月，坝体接缝灌浆高程至2 784.00 m，高于围堰堰顶高程2 766.00 m，汛期采用大坝挡水、导流洞过流方式，汛期最高水位2 783.42 m，大坝施工面貌满足度汛要求。

3.6 边界条件敏感性分析

3.6.1 浇筑高差控制参数

拱坝的浇筑过程受悬臂高度、相邻坝段高差等高差控制参数制约，为研究不同高差控制参数对本工程浇筑进度的影响，分别采用表所示的参数组合进行仿真分析。

针对上述方案进行仿真分析，不同方案工期对比见表7。

采用常规高差控制方案压缩工期2个月；进一步放宽高差控制，采用宽松高差控制方案，在各仓面间歇期等其他条件不变的情况下，总工期基本保持不变。

根据表，放宽高差控制参数，对大坝浇筑初期的面貌影响不明显；适当放宽高差控制有利于加快大坝中部高程的浇筑；过于宽松的高差控制，不利于大坝浇筑面貌的均衡性，反而可能制约大坝浇筑进度。

表4 1～4#缆机月浇筑情况统计表 /m3

3.6.2 分层厚度

基本方案中，拱坝孔口部位各浇筑仓基本采用3.0 m厚度(钢衬底部等局部调整层采用13 m)，岸坡基础约束区浇筑仓也均采用3.0 m厚度，符合当前高拱坝工程实际施工中采用的分层厚度方案。

表5 接缝灌浆进度表

表6 高差控制参数敏感性分析方案设置

表7 不同方案工期对比表

为研究孔口约束区和基础约束区均采用薄层浇筑对大坝进度的影响，拟定了对比方案，将泄洪中孔和导流底孔上、下15m范围内浇筑仓厚度均采用1.5 m，基础约束区0.4 L(L为仓面长边长度)高度范围内浇筑仓厚度采用1.5 m。计算结果对比见表。从表中可以看出，采用约束区薄层浇筑的方案，对大坝浇筑进度影响显著，工期延长约4个月。

表9 不同层厚方案工期对比表

3.6.3 开工时间

由于拱坝坝肩基坑开挖和建基面处理进度受多种因素影响，地质条件等因素不确定性大，坝体浇筑的开工时间可能提前或滞后。为研究不同开工时间对大坝工期的影响，分别对第五年11月份开浇、第六年3月份开浇进行仿真计算。仿真结果与基本方案对比见表10。

表10 不同开工时间方案工期对比表

从表中可以看出，若延迟至第五年11月开浇，完工时间延迟约1个月，浇筑及接缝灌浆基本满足总进度及关键节点要求；若延迟至第六年3月开浇，完工时间延迟约5个月，难以满足总进度及关键节点要求。

3.6.4 缆机台数

为研究采用缆机台数对大坝浇筑进度的影响，在基本方案其他边界条件不变的基础上，采用3台缆机进行大坝浇筑过程仿真，仿真成果与基本方案对比见表11。

从表11中可以看出，采用3台缆机大坝浇筑工期延长约1个月，大坝浇筑工期满足总进度和发电目标工期要求。从缆机的高峰强度和利用率来看，采用3台缆机，高峰强度和浇筑利用率有较大提高，高峰强度3.67万m3，符合类似工程实际浇筑能力经验参数。总体来看，采用3台或4台缆机均满足总工期要求，考虑到坝肩基坑开挖进度滞后、施工管理水平及其他众多不确定因素，采用4台缆机相比3台缆机方案能进一步保障大坝浇筑工期。

表11 不同缆机台数工期对比表

3.7 分析成果

从仿真成果来看，工程工期满足发电目标要求，大坝浇筑强度、上升高度符合类似工程实际经验，缆机配置和混凝土拌合系统配合合理，符合各年度大坝施工面貌安全度汛要求。大坝施工仿真形象较导流规划要求的形象略领先，因此施工总进度及导流规划拟定的大坝施工形象是合理的。

4 结 语

在合理分析大坝主要施工条件及仿真参数的基础上，对大坝混凝土浇筑进行了针对大坝施工工期、混凝土浇筑强度、缆机资源配置、混凝土系统容量、接缝灌浆进度及边界条件敏感性等方面的施工仿真，仿真结果表明本工程工期满足发电目标要求，各年度大坝施工面貌符合安全度汛要求，施工总进度及导流规划拟定的大坝施工形象是合理的。