1前言

　　1.1工程概況

　　沙牌水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內，是岷江支流草坡河上游的龍頭電站。電站由碾壓混凝土拱壩、泄洪洞、引水系統和地面廠(chǎng)房等組成。大壩壩高132m，比國外最高的南非伏爾維丹壩（高70m）、國內建成的普定壩（高75m）均高，是目前世界上最高的碾壓混凝土拱壩。壩址處河谷呈“V”形，兩岸谷坡40°～70°，河面寬40～80m.大壩為全碾壓混凝土拱壩，混凝土量36.3萬(wàn)m³，壩型為三心圓單曲拱壩，壩底高程1735.5m，壩頂高程1867.5m，底寬28m，頂寬9.5m。

　　1.2碾壓混凝土拱壩施工現狀

　　1986年我國建成了第一座碾壓混凝土坑口重力壩，1989年通過(guò)論證決定在普定采用碾壓混凝土拱壩，1993年該壩建成。該壩的建成，在碾壓混凝土材料、入倉工藝、壩面作業(yè)等方面都取得了高水平的科研成果，為100m以下碾壓混凝土拱壩的設計、施工積累了經(jīng)驗。在總結成功建筑100m以下碾壓混凝土拱壩經(jīng)驗的基礎上，對壩高100m以上的薄拱壩采用碾壓混凝土筑壩進(jìn)行了研究，以使我國在用碾壓混凝土建筑高拱壩的技術(shù)上繼續居于世界領(lǐng)先地位。

　　碾壓混凝土壩入倉及施工工藝，已從初期的自卸汽車(chē)、簡(jiǎn)易纜機和溜槽方式發(fā)展到自卸汽車(chē)、真空溜管和高速皮帶機、塔帶機、斜坡道等入倉方式；在碾壓混凝土使用部位上，從基礎墊層混凝土、上下游面防滲層、建筑物周邊及與岸坡接觸段等部位采用常態(tài)混凝土到現在整個(gè)大壩全部采用碾壓混凝土。在筑壩技術(shù)有了長(cháng)足進(jìn)步的同時(shí)，應用計算機模擬技術(shù)對整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行仿真，預測任意時(shí)刻大壩的施工面貌和工期情況，亦是大壩施工組織設計和施工管理發(fā)展的方向，代表了計算機時(shí)代碾壓混凝土壩設計和施工管理的趨勢。本研究從碾壓混凝土入倉工藝、改性混凝土使用范圍、冬季施工及計算機仿真大壩施工等方面，提出了碾壓混凝土拱壩施工模擬程序及現場(chǎng)大壩混凝土施工工藝。

　　1.3研究?jì)热?/p>

　　結合已開(kāi)工建設、壩高132m的碾壓混凝土拱壩的快速施工研究，對100m級以上高碾壓混凝土拱壩的施工工藝、入倉方式、冬季施工措施、施工過(guò)程仿真管理系統，解決以下4個(gè)主要問(wèn)題：

　�。�1）研究碾壓混凝土拱壩的入倉工藝，著(zhù)重解決100m以上高差、采用真空溜管輸送碾壓混凝土的入倉工藝；

　�。�2）研究改性混凝土的使用范圍和施工工藝；

　�。�3）大壩冬季施工方案及措施；

　�。�4）高碾壓混凝土拱壩施工全過(guò)程仿真模擬。

　　2入倉方式及施工研究

　　2.1100m級真空溜管設計和試驗研究

　　2.1.1概述

　　真空溜管輸送混凝土入倉工藝，以投資少、運行簡(jiǎn)便、輸送效率高等特點(diǎn)，在諸多混凝土垂直入倉方式中獨樹(shù)一幟，得到了越來(lái)越廣泛的應用。100m級真空溜管的研究，是在“八五”科技攻關(guān)的基礎上，為擴大真空溜管的使用范圍，完善“八五”攻關(guān)的成果而進(jìn)行的一次積極的嘗試。

　　真空溜管技術(shù)輸送碾壓混凝土，在普定水電站工程50m左右高差情況下，已有較成功的經(jīng)驗。但輸送碾壓混凝土高差達100m級時(shí)，尚存在如下問(wèn)題：

　�。�1）輸送高差大，如何保證碾壓混凝土質(zhì)量及保證達到不飛濺、不堵塞、不分離；

　�。�2）碾壓混凝土輸送出口速度的控制；

　�。�3）對工藝、材料、設備性能等方面都有新的要求。

　　100m級真空溜管的設計研究，主要解決碾壓混凝土壩入倉高差在100m情況下的技術(shù)問(wèn)題。在保證入倉強度和質(zhì)量的前提下，入倉設施應簡(jiǎn)單實(shí)用，方便施工，具有明顯的經(jīng)濟效益。主要技術(shù)經(jīng)濟指標如下：

　�。�1）真空溜管輸送混凝土高差達到100m級；

　�。�2）輸送強度不低于180m³／h；

　�。�3）管徑控制在0.4～0.8m，管節長(cháng)4～5m；

　�。�4）溜管長(cháng)度控制在90～120m；

　�。�5）輸送二級配或三級配碾壓混凝土，最大骨料粒徑控制在80mm。

　　此外，為使真空溜管使用高差達100m級并使輸送強度達200m³／h左右，還對真空溜管的制造工藝作了研究，并進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗。

　　2.1.2真空溜管設計

　　100m級真空溜管系統的主要設計參數見(jiàn)表1。

　　2.1.3真空溜管制造工藝及生產(chǎn)性試驗

　　真空溜管制造及生產(chǎn)性試驗原定在四川沙牌水電站進(jìn)行，后因種種原因，實(shí)際研究和生產(chǎn)性試驗的現場(chǎng)為云南大朝山水電站C3標工地。

　　大朝山水電站利用真空溜管入倉澆筑的混凝土大部分為碾壓混凝土，共布置4條溜管。在右岸布置1號和2號溜管，受料斗高程均為856.45m；1號溜管受料斗出口中心在壩下0＋038.00m，2號溜管在壩下0＋030.00m；1號溜管的出料口高程為807.2m，2號溜管為813.00m。兩溜管最大垂直輸送高差58m.

　　在左岸布置3號和4號溜管，受料斗高程均為906.00m；3號溜管的出料口高程為817.00m，4號溜管出料口高程為820.00m。3號溜管最大垂直高差89m，4號溜管最大垂直高差86m。

　　受料斗的上面尺寸為3400mm×3400mm，下面尺寸為600mm×600mm，高度2900mm.受料斗為鋼結構，罐體鋼板材質(zhì)為Q235－A，板厚6mm，在受料斗的外壁上裝有附著(zhù)式震動(dòng)器（ZF110型）。受料斗通過(guò)四支撐柱的地腳螺栓與基礎相連。

　　受料斗下面設置全封閉的雙開(kāi)下料弧門(mén)，并由弧門(mén)轉動(dòng)軸端的連桿與氣缸相連，以啟閉下料弧門(mén)。下料弧門(mén)下面裝有弧門(mén)與槽身之間的過(guò)渡節，過(guò)渡節是一可調整30°左右的活向節型式，以適應溜槽槽身安裝時(shí)角度調整的需要。

　　在過(guò)渡節下面裝設“標準”長(cháng)度的溜管槽身及湊合節，在湊合節下料的出口處，還裝設了出口彎頭，以防止混凝土下料時(shí)對裝運設備（自卸車(chē)）的沖擊。

　　受料斗安裝在牢固的混凝土并鋼支架結構的基礎上，溜管槽身支撐在鋼排架或鋼管腳手架上。支撐結構應穩固可靠，便于維護人員的行走。

　　研制時(shí)，針對“八五”攻關(guān)所用弧門(mén)存在的密封件磨損大、維修不便及難以形成負壓等缺點(diǎn)，100m級溜管的給料裝置采用了全封閉式的弧門(mén)——“碟形弧門(mén)”。在儲料斗內有混凝土的情況下，該弧門(mén)的內腔與外界幾乎完全隔離，且不依賴(lài)橡膠件密封，故具有啟閉力小、工作可靠、不需更換密封件等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)一年多的使用證明，研制是比較成功的。

　　真空溜管槽身的橡膠帶，起著(zhù)裹夾混凝土及在槽內形成負壓的雙重作用，為達到這一目的，就要求膠帶應盡量柔軟，以增大其與槽內混凝土的接觸面積；而為了提高膠帶的使用壽命，又要求其具有良好的耐磨性。為此，與云南雙江橡膠廠(chǎng)聯(lián)合進(jìn)行了柔軟耐磨橡膠帶的研制。研制中將減少芯布的層數作為提高柔軟性的手段之一，同時(shí)力爭通過(guò)優(yōu)化配方及改進(jìn)硫化工藝，進(jìn)一步降低膠體硬度并將試驗磨耗由國際橡膠輸送帶的0.8％降至0.4％。目前，溜管采用的橡膠帶為兩層膠夾一層尼龍芯布，工作面膠厚3.5mm，非工作面膠厚1mm。

　　溜管弧門(mén)啟閉的動(dòng)力采用了氣動(dòng)及液動(dòng)兩套方案。供氣較方便的右岸1號、2號溜管，采用氣力驅動(dòng)，而對遠離氣源的左岸3號、4號溜管，則采用了液壓驅動(dòng)。兩種驅動(dòng)方式的開(kāi)關(guān)時(shí)間均由設置在操作室內的時(shí)間繼電控制。根據目前倉內轉運車(chē)輛載重量為15t的情況，弧門(mén)每一工作循環(huán)的開(kāi)關(guān)時(shí)間設定為：開(kāi)9s→關(guān)3s→開(kāi)9s→關(guān)。

　　從大朝山水電站100m級真空溜管的生產(chǎn)性試驗和大壩混凝土入倉運行情況看，用100m級高差真空溜管輸送碾壓混凝土入倉是完全可行的，質(zhì)量和施工強度均滿(mǎn)足設計和施工要求。至2000年4月，大朝山水電站共利用真空溜管輸送混凝土42.6萬(wàn)m³，與利用纜機吊運比較，節約成本約80萬(wàn)元。

　　大朝山100m級真空溜管試驗研究成果已應用于沙牌大壩真空溜管的設計及制造，為沙牌大壩上部混凝土采用真空溜管入倉及保證混凝土質(zhì)量創(chuàng )造了條件。

　　2.2壩面作業(yè)工藝研究

　　2.2.1施工工藝研究

　　2.2.1.1混凝土入倉布置方案

　　根據沙牌RCC拱壩壩址處兩岸山坡陡峭，河谷深切，加之右岸又無(wú)交通道路的情況，經(jīng)方案比較后，決定采用低線(xiàn)公路汽車(chē)直接入倉和高線(xiàn)公路左岸真空溜管入倉方案�；�坑墊座根據開(kāi)挖后揭露的良好地質(zhì)狀況，抬高至1738.0m，墊座混凝土入倉采用低線(xiàn)公路基坑出渣道路，在壩踵處搭設斜溜槽，倉面由裝載機和自卸車(chē)接料，由平倉機攤鋪澆筑混凝土；在1738.0m～1800.0m利用壩下游入倉道路汽車(chē)直接入倉；在1800.0m～1860.0m為左岸兩條真空溜管入倉，倉內由自卸車(chē)接料運至碾壓條帶攤鋪；在1860.0m～1867.5m為左岸壩頂斜溜槽＋纜機和汽車(chē)直接組合入倉方案。

　�。�1）低線(xiàn)公路＋自卸汽車(chē)直接入倉。由低線(xiàn)公路經(jīng)汽車(chē)直接入倉澆筑壩體混凝土的總量為140517m³，占壩體混凝土總量的38.6％；澆筑壩體高度為62.0m，占壩體總高度的48.0％。入倉道路填筑石渣總量約4.7萬(wàn)m³。

　�。�2）高線(xiàn)公路＋真空溜管入倉。高線(xiàn)公路入倉的碾壓混凝土總量為216347m³，占混凝土總量的59.5％。真空溜管澆筑壩體高度60m。

　�。�3）20t纜機＋汽車(chē)和溜槽聯(lián)合入倉方案。由于在高程1860.0m以上真空溜管已失去作用，故改用20t纜機在入倉公路1800.0m吊進(jìn)倉面，同時(shí)在高線(xiàn)公路左壩肩搭設混凝土斜溜槽，倉面由自卸車(chē)接料聯(lián)合入倉。在離壩頂部2m高的碾壓混凝土采用高線(xiàn)公路汽車(chē)直接入倉方案進(jìn)行。

　　2.2.1.2碾壓層厚及升層高度確定

　�。�1）碾壓層厚的確定。根據大壩RCC澆筑的入倉方案、拌合運輸能力、倉面面積以及碾壓混凝土的凝結時(shí)間，綜合考慮RCC施工中的碾壓層厚度及升層高度。當倉面面積小于2000m²時(shí)，碾壓層厚度為30cm；倉面大于2000m²時(shí)，碾壓層厚度為25cm.在1742m～1760m，為30cm一層，共60層；在1760m～1867.5m為25cm一層，共計430層。

　�。�2）大壩碾壓升層高度的確定。根據入倉道路及大壩細部結構如灌漿廊道、電梯井、觀(guān)測廊道、誘導縫布置等確定RCC的升層高度，整個(gè)大壩共設18個(gè)升層。

　　2.2.1.3施工機械配置

　�。�1）碾壓設備。碾壓機采用從德國進(jìn)口的BW-202AD、BW201AD與BW75S，根據實(shí)測，大碾平均行走速度為1.25km／h。按照工藝試驗及大壩施工碾壓檢測結果，25～30cm碾壓層碾壓遍數為：無(wú)振碾壓2遍，有振碾壓6～8遍，再無(wú)振碾壓1～2遍。

　�。�2）平倉設備。根據施工倉面及施工堆料情況，倉面配置2臺平倉機，其中一臺為日本小松D31P濕地推土機，另一臺為美國D3CLGP平倉機。

　　2.2.1.4模板設計

　　根據沙牌拱壩的結構，參照普定RCC施工模板、二灘拱壩常態(tài)混凝土施工模板，該工程使用的施工大模板，其面板尺寸設計為上游3m×3.1m，下游3m×3.2m（寬×高）。面板采用4mm厚鋼板，鋼板與次梁之間用螺栓連接，支撐桁架由〔18、〔12、〔10槽鋼組成，整塊模板重1.5t.該套模板有如下特點(diǎn)：

　�。�1）上下模板吊裝就位時(shí)的連接不用螺栓，改為“Y”式承插對位，可縮短立模時(shí)間；

　�。�2）拉模裝置采用固定式錐頭螺栓與拉模埋筋連接，脫模時(shí)拉模筋與大模板分開(kāi)，使大模板退位迅速，拉模桿不易丟失；

　�。�3）大模板各部件之間全采用螺栓連接，維護、拆裝運輸方便。

　　2.2.1.5壩面作業(yè)工藝

　�。�1）鋪料與平倉�；炷�土料在倉面上采用自卸車(chē)兩點(diǎn)疊壓式卸料串聯(lián)攤鋪作業(yè)法，鋪料條帶從上游向下游垂直于水流向（或平行于壩軸線(xiàn)）布置。

　�。�2）倉面的碾壓。沙牌大壩為全斷面碾壓混凝土的高拱壩，根據工藝性試驗結果及大壩實(shí)際施工情況確定：大碾作業(yè)時(shí)碾壓遍數為無(wú)振2遍，有振6～8遍，無(wú)振1～2遍。實(shí)測表明，最后無(wú)振碾壓1～2遍不影響碾壓混凝土的密實(shí)，僅影響倉面的感觀(guān)；BW75S小振為無(wú)振2遍，有振28～30遍，無(wú)振1～2遍。最終以核子密度儀檢測碾壓混凝土容重，結果表明，達到規定要求。

　　2.3改性混凝土擴大使用范圍研究

　　2.3.1改性混凝土定義

　　改性混凝土是在碾壓混凝土拌和物中鋪灑一定數量的水泥粉煤灰凈漿，使碾壓混凝土改性�？捎米冾l振搗器振實(shí)。

　　在收集分析普定碾壓混凝土拱壩有關(guān)改性混凝土施工及其漿液配制等的基礎上，針對普定碾壓混凝土與常態(tài)混凝土結合部施工互相制約，拌和樓因改換混凝土品種而造成相互干擾、影響碾壓混凝土施工進(jìn)度等原因，設想通過(guò)改進(jìn)改性混凝土施工的工藝措施，擴大其使用范圍，即將原基巖面與碾壓混凝土結合部的常態(tài)混凝土改為改性混凝土，避免倉面因多品種混凝土施工而相互制約，以及拌合樓拌多種混凝土而相互干擾，以提高碾壓混凝土施工速度，進(jìn)一步降低筑壩成本。為此，結合沙牌工程進(jìn)行了一系列有關(guān)的室內試驗和現場(chǎng)試驗，以解決漿體設計、漿體量控制、施工工藝、質(zhì)量控制等問(wèn)題。

　　2.3.2改性混凝土室內試驗和性能試驗

　　2.3.2.1加漿量選擇

　　加漿量以漿體體積與密實(shí)的碾壓混凝土體積之比表示。在室內對改性混凝土加漿量的現場(chǎng)施工工況進(jìn)行了模擬：先灑一定量的漿液，然后鋪上一定量的碾壓混凝土拌和物，用震搗棒振實(shí)，測試不同加漿量對改性混凝土振實(shí)時(shí)間和強度的影響，以選擇施工時(shí)改性混凝土的加漿量，試驗成果見(jiàn)表2、3。

　　由表2可知：隨著(zhù)加漿量的增加，改性混凝土的泛漿時(shí)間大幅度下降，加漿量由2％增至10％時(shí)，泛漿時(shí)間下降了104s。由表3可知：當加漿量為4％時(shí)改性混凝土的容重為2516kg／m³，在不同加漿量的改性混凝土中最大；90天抗壓強度26.3MPa，為碾壓混凝土的102％；90天抗折強度2.05MPa，為碾壓混凝土的117％。綜合室內試驗成果，沙牌碾壓混凝土改性加漿量以4％為宜。

　　2.3.2.2改性混凝土的性能試驗

　　為了檢測改性混凝土的各項性能指標是否達到沙牌工程的設計要求，根據上面的試驗成果選用4％的加漿量對其各項性能進(jìn)行試驗。

　　當加漿量為4％時(shí)改性混凝土的90天劈拉強度2.05MPa，抗滲大于S8，90天極限拉伸值1.29×10-4，彈性模量為15.91GPa，全部達到了設計要求，與碾壓混凝土一樣反映出了高拉伸低彈模的特性。根據試驗成果，確定現場(chǎng)施工的加漿量為4％。

　　2.3.3現場(chǎng)施工工藝試驗

　　不同的鋪漿方法對改性混凝土的施工速度和施工質(zhì)量有很大影響。在沙牌工程對表面灑鋪法、溝槽鋪漿法和打孔注漿法三種鋪漿工藝進(jìn)行了試驗研究。沙牌工程選用加漿量4％和溝槽鋪漿法作為改性混凝土的鋪漿施工工藝。計量方法采用計時(shí)法。經(jīng)比較，溝槽鋪漿法的振實(shí)時(shí)間適合現場(chǎng)施工。

　　2.3.4改性混凝土的應用范圍

　　在“八五”攻關(guān)的普定RCC施工中，已成功地將改性混凝土應用于振動(dòng)碾碾壓不到的死角及電梯井、廊道周邊鋼筋混凝土區域。為了更快地提高RCC的施工速度，沙牌電站在普定工程改性混凝土應用的基礎上，擴大了使用范圍，將與兩岸坡基巖面接觸的墊層常態(tài)混凝土、壩面上游防滲區混凝土、下游斜面混凝土均用改性混凝土代替，整個(gè)施工倉面未澆1m3常態(tài)混凝土，壩面上除了碾壓混凝土外就是改性混凝土。施工完后混凝土面層光滑、內部密實(shí)未發(fā)生裂縫和其它缺陷。通過(guò)對改性混凝土、碾壓混凝土和基巖面結合部的取芯檢查，芯樣致密光滑，改性混凝土和碾壓混凝土結合部無(wú)法區分辯認，從而證明了在基巖面上用改性混凝土代替常態(tài)混凝土施工，技術(shù)上是可靠的。

　　2.4冬季施工研究

　　沙牌碾壓混凝土拱壩采用全斷面通倉碾壓、連續上升施工工藝，由于施工期將跨越1999年、2000年及2001年冬季（12月至次年2月），而壩區在12月至次年2月月平均氣溫分別為0.7℃、－1.6℃、0.2℃，極端最低氣溫為－10.6℃，冬季氣候較為寒冷。為了確保碾壓混凝土拱壩冬季亦能正常施工，需在總結國內外低溫季節施工經(jīng)驗的基礎上，研究沙牌大壩在冬季施工時(shí)段特別是在負溫情況下的碾壓混凝土施工工藝和防凍保溫措施。

　　2.4.1熱工計算分析

　　2.4.1.1計算條件

　�。�1）計算前提：選取全年最冷月元月份進(jìn)行熱工計算。

　�。�2）砂石骨料溫度：取高于元月平均氣溫1.6～1.8℃作為砂石料的計算溫度值。

　�。�3）拌和水溫度：在科研樓配水箱內配置140kW電熱管，改裝成為熱水箱，并在水箱外包裹隔熱材料，要求能提供45℃左右的熱水。

　�。�4）運輸條件：考慮從拌和樓裝料到倉內卸料，整個(gè)過(guò)程共歷時(shí)30分鐘，對自卸汽車(chē)車(chē)箱采取保溫隔熱措施。

　�。�5）倉內施工：采用自卸汽車(chē)直接入倉，采取退鋪法依次卸料以及邊攤鋪邊碾壓的施工措施。

　　2.4.1.2混凝土出機口溫度、入倉溫度及澆筑溫度

　　根據上述計算條件，計算混凝土的出機溫度、入倉溫度及澆筑溫度。由計算成果可知：在環(huán)境氣溫為－3℃～－5℃的低溫情況下，能控制混凝土的出機溫度在5℃以上，澆筑溫度在3℃左右，滿(mǎn)足低溫季節混凝土的施工要求。但隨著(zhù)施工工序時(shí)間的延長(cháng)，澆筑溫度下降，因此必須制訂相應的施工技術(shù)措施，保證各道施工工序滿(mǎn)足時(shí)間控制要求。

　　2.4.2冬季施工的技術(shù)措施

　　綜合上述基本資料分析以及熱工計算成果，按規范要求，制訂沙牌工程冬季施工技術(shù)保證措施，主要有以下內容：

　�。�1）骨料儲存及保溫。成品料倉必須有足夠的堆料高度，堆料高度以不小于6m為宜。

　�。�2）混凝土拌和。采用45℃左右的熱水拌和，熱水由科研樓配水箱改裝成的熱水箱供應。

　�。�3）混凝土運輸。自卸汽車(chē)車(chē)廂左右兩側擋板外側貼4cm厚的泡沫塑料，底板上密鋪3cm厚的木墊板，車(chē)廂上覆蓋保溫被，被上縫鐵環(huán)后套在與車(chē)廂板焊接的鋼筋上。

　�。�4）混凝土施工與保溫。沙牌工程采用蓄熱保溫法在露天進(jìn)行混凝土碾壓施工。但沙牌壩區的元月份月平均氣溫較低，結合具體施工條件，采取如下措施：

　　a.選擇合適時(shí)段進(jìn)行施工。當日氣溫低于－3℃～－5℃時(shí)，在加強現場(chǎng)檢測和管理的同時(shí)，做好停止施工的準備。在大雨、大雪天停止施工。

　　b.利用保溫被對外露混凝土面進(jìn)行保溫，倉內所有孔洞均應進(jìn)行封堵，并保證其嚴實(shí)性。

　　c.在上游壩面模板內側緊貼2～3cm厚泡沫塑料板或雙層氣墊薄膜保溫層，在下游壩面模板外側懸掛稻草簾，要求搭接牢靠。

　　d.采取退鋪法依次卸料，攤鋪時(shí)輔以人工鏟料，做到邊攤鋪邊碾壓。澆筑倉內小范圍的平倉攤鋪未及碾壓部位，用保溫被隨時(shí)覆蓋，碾壓時(shí)揭開(kāi)保溫被，碾壓完畢又立即恢復覆蓋。

　　e.澆筑改性混凝土時(shí)，在壩區設置制漿站和熱水箱，現場(chǎng)配制水泥粉煤灰凈漿�；炷�土攤鋪后及時(shí)灑鋪凈漿，然后馬上振搗，振搗后及時(shí)覆蓋保溫被進(jìn)行保溫。

　�。�5）養護與拆模�；炷�土澆筑完后養護時(shí)間不少于28天（或至上一層混凝土覆蓋前）。

　　上、下壩面模板要盡量晚拆，特別避免在夜間或氣溫驟降期間進(jìn)行拆模，拆模時(shí)間應根據混凝土強度實(shí)際上升情況確定。拆模后，表面及時(shí)保溫。

　　3施工過(guò)程的計算機模擬

　　3.1概述

　　我國在水電工程混凝土壩施工中應用計算機模擬技術(shù)始于20世紀80年代初。1984年，我院與天津大學(xué)聯(lián)合對二灘水電站雙曲拱壩混凝土柱狀分塊澆筑進(jìn)行計算機模擬研究，后經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)、完善并隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，模擬程序走過(guò)了數字、平面圖形、三維圖形直至全過(guò)程仿真的發(fā)展歷程。在二灘工程的施工應用中，通過(guò)多方案模擬和計算分析，提出了大壩施工的最優(yōu)方案，并對施工單位所報施工進(jìn)度按模擬進(jìn)度進(jìn)行調整，并要求按此進(jìn)度施工。通過(guò)多方面的努力，將開(kāi)挖拖后了5個(gè)月的工期搶了回來(lái)，使二灘大壩按原計劃完成了混凝土澆筑，第一臺機組按時(shí)發(fā)電，實(shí)現直接經(jīng)濟效益37億元，受到業(yè)主和有關(guān)單位的一致好評，并獲國際工程咨詢(xún)協(xié)會(huì )1997年度一等獎。之后又開(kāi)發(fā)了三峽二期工程大壩混凝土和永久船閘混凝土澆筑模擬系統，在三峽工程施工管理中完成三峽公司向國務(wù)院年度和季度澆筑計劃的預測編報工作，1999年和2000年完成的澆筑量與預測計劃量有驚人的吻合，獲得了成功。

　　經(jīng)過(guò)國內科研院所、大專(zhuān)院校十多年的艱苦努力，模擬技術(shù)已成功運用于水電行業(yè)的各個(gè)方面，除混凝土壩（重力壩、拱壩）外，碾壓混凝土壩、土石壩（心墻壩、面板堆石壩）、超大型地下洞室施工等建筑物的施工模擬研究也有所突破，在國內水電工程的輔助設計和施工中得到了不同程度的應用。

　　3.2高碾壓混凝土拱壩施工系統

　　碾壓混凝土壩施工作業(yè)，按施工過(guò)程可分為兩個(gè)子系統，即壩面作業(yè)系統和混凝土運輸系統�；炷�土供料強度為聯(lián)系兩個(gè)子系統的中間環(huán)節。碾壓混凝土壩施工受許多外界條件的影響，除了壩體結構、施工機械、施工工藝等對壩面施工有直接影響外，混凝土料的生產(chǎn)和運輸也是制約碾壓混凝土壩施工的重要因素。因此，在認真做好壩面施工過(guò)程研究的同時(shí)，也必須研究混凝土的生產(chǎn)和運輸，將兩者協(xié)調起來(lái)考慮，找出其中的關(guān)鍵因素，有針對性地進(jìn)行施工過(guò)程分析，提出解決的措施，以及工期和進(jìn)度。

　　本研究運用計算機模擬技術(shù)和Windows編程技術(shù)建立數學(xué)模型，對混凝土運輸和大壩澆筑過(guò)程進(jìn)行仿真模型處理，編制了相應的模擬程序，對大壩施工全過(guò)程進(jìn)行模擬澆筑，以實(shí)現快速、多方案和定量化分析。

　　3.3工程應用及分析

　　3.3.1模擬計算基本參數（見(jiàn)表4）

　　3.3.2模擬計算及分析

　　沙牌水電站碾壓混凝土拱壩施工于1997年初開(kāi)始招標，同年4月21日華西沙牌發(fā)電有限責任公司與水電八局簽訂了施工合同。由于受各種因素的影響，開(kāi)挖的實(shí)際施工進(jìn)度較合同工程計劃滯后，壩肩、壩基開(kāi)挖于1999年2月底基本完成。鑒于此情況，1999年底第一臺機組發(fā)電的總目標肯定不能實(shí)現，那么要完成大壩混凝土澆筑，到底需要多長(cháng)時(shí)間？工程施工期間冬、夏季停工與否對工期影響如何？模擬系統將圍繞工程施工的具體問(wèn)題進(jìn)行方案研究。

　　3.3.2.1方案擬定

　�。�1）大壩混凝土運輸模擬。大壩混凝土運輸方式低線(xiàn)采用自卸汽車(chē)直接入倉，高線(xiàn)采用自卸汽車(chē)轉真空溜管入倉。根據道路布置及車(chē)輛配置情況，進(jìn)行大壩混凝土運輸模擬計算。

　　從計算結果看，僅考慮大壩混凝土運輸車(chē)，其車(chē)流量?jì)H22～25車(chē)次／h，且行車(chē)間距均在200m以上，低線(xiàn)和高線(xiàn)道路行車(chē)狀況均較閑。低線(xiàn)公路運輸在入倉前由于填筑道路較窄及沖洗汽車(chē)輪胎，出現2～3輛車(chē)排隊，但等待時(shí)間較短，排隊概率較小。高線(xiàn)運輸系統由于需經(jīng)過(guò)3km長(cháng)的交通洞，洞內行車(chē)速度按10～15km／h考慮，在交通洞進(jìn)出口均出現不同程度的排隊等待現象。尤其在交通洞進(jìn)口大壩真空溜管卸料處，最長(cháng)出現5輛車(chē)排隊等待卸料的情況，但出現2輛車(chē)排隊情況概率較大。因此，工程實(shí)施時(shí)采取了交通洞進(jìn)出口的交通管理、進(jìn)口重車(chē)卸料道路和空車(chē)返回道路單向行駛、縮短卸料時(shí)間等措施�？傮w看來(lái)，沙牌大壩混凝土供料運輸相對較簡(jiǎn)單，僅需加強道路管理即可。

　�。�2）大壩施工過(guò)程模擬。經(jīng)業(yè)主、監理工程師和沙牌施工局的共同努力，大壩壩基開(kāi)挖施工于1999年2月底基本完成，同年3月9日開(kāi)始大壩混凝土澆筑，4月21日壩體澆筑至1754m高程（墊座以上4m，1750m廊道施工完成）。后進(jìn)行鉆孔取芯和試驗，至1999年9月18日壩體開(kāi)始復工澆筑，11月4日壩體澆筑至1768m高程，因資金周轉問(wèn)題，壩體澆筑被迫停止，至1999年12月底仍無(wú)復工跡象。

　　針對沙牌電站的情況，壩體混凝土澆筑何時(shí)復工難以確定，且此時(shí)沙牌工區日平均氣溫在0℃左右，尤其夜晚氣溫均在0℃以下，施工條件較差，因此為了對未來(lái)的壩體施工進(jìn)行預測，按冬季不施工，擬定了兩個(gè)2000年3月復工的方案。

　　方案2001：2000年3月復工，冬、夏季均不停工，按擬定澆筑參數預測大壩后續工期。

　　方案2002：2000年3月復工，夏季白天停工，冬季晚上停工，按擬定澆筑參數預測大壩后續工期。

　　3.3.2.2模擬計算及分析

　　按擬定的方案及施工邊界條件，對兩個(gè)方案進(jìn)行了模擬計算。從兩個(gè)方案預測情況看，二個(gè)方案施工強度和月上升高度均基本一致，不同之處在于冬、夏季停工與否將直接影響發(fā)電工期1.5個(gè)月。由此可見(jiàn)，在冬、夏季采取一些有效的溫控措施，花較少的代價(jià)使壩體連續施工，可獲得1.5個(gè)月工期，直接經(jīng)濟效益是非常明顯的。

　　因篇幅原因，現僅列出2001方案的主要模擬成果，詳見(jiàn)表5.施工強度柱狀圖見(jiàn)圖1。

　　模擬施工進(jìn)度：1999年4月9日大壩澆筑至1750m高程，設置廊道，大壩停止施工10天后繼續施工，至1999年4月25日澆至1754m高程，日澆筑大壩3層，單層施工時(shí)間7～8h.工程實(shí)施進(jìn)度：大壩于1999年3月9日開(kāi)始澆筑混凝土，待基礎常態(tài)混凝土達到75％設計強度后開(kāi)始進(jìn)行碾壓混凝土施工，至1999年4月8日，大壩澆筑至1748m高程，同年4月24日大壩澆筑至1754m高程，大壩停工鉆孔取芯。對比分析，大壩實(shí)際澆筑進(jìn)度、日上升層數與模擬軟件預測進(jìn)度幾乎完全一致，說(shuō)明所取施工參數和邊界條件是符合沙牌大壩施工實(shí)際的，模擬系統能用于指導后續大壩施工，并能進(jìn)行合理、準確的進(jìn)度預測。

　　3.4大壩施工真三維圖

　　運用深度緩沖區消隱技術(shù)，真正實(shí)現了大壩施工過(guò)程的三維仿真模擬，能從任意視角直觀(guān)反映壩體的施工過(guò)程。運用矩形網(wǎng)格技術(shù)對壩區周邊地形和壩肩開(kāi)挖情況進(jìn)行三維化處理，建立壩區地形數字模型，生成壩肩及壩基開(kāi)挖三維圖，使壩體與周?chē)�地形緊密結合，真實(shí)地反映工程所在地的開(kāi)挖面貌和壩體施工過(guò)程。

　　4結束語(yǔ)

　　結合已開(kāi)工建設、壩高132m的碾壓混凝土拱壩的施工，對施工工藝、入倉方式、施工過(guò)程仿真管理系統進(jìn)行了研究，提出了碾壓混凝土的入倉工藝、冬夏季施工及溫控措施、改性混凝土使用范圍及施工方法和工藝，試驗和研究提出的方法滿(mǎn)足了大壩混凝土的施工要求，使碾壓混凝土施工工藝及筑壩技術(shù)得到進(jìn)一步的落實(shí)和提高。提出的大壩計算機模擬程序，為直觀(guān)地反映大壩施工過(guò)程及大壩體型研究提供了強有力的分析工具。