孟底沟水电站大坝混凝土施工仿真分析

李 鹏， 程 保 根， 黄 玮， 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 概 述

水电工程中拱坝混凝土浇筑由于其坝体结构复杂、混凝土浇筑量大、温控要求严格、施工资源配置要求高等特点，通常是一项受多种因素影响的系统工程[1-3]。为更准确验证其施工方案可行性和施工进度合理性，采用施工仿真技术对大坝混凝土浇筑模拟显得尤为必要[4-6]。依托孟底沟水电站进行大坝混凝土施工仿真分析，以期为类似工程提供一定借鉴和参考。

孟底沟水电站位于四川省甘孜州与凉山州交界的雅砻江干流上，系雅砻江中游七级开发方案中的第五个梯级，上游衔接楞古梯级，下游衔接杨房沟梯级。拦河大坝采用混凝土双曲拱坝，两岸地形呈基本对称的“V”形，大坝坝顶高程2 259 m，最大坝高198 m，拱冠顶厚10 m，底宽42 m，厚高比0.212。坝顶中心线弧长483.42 m，设置22条横缝，分23个坝段，坝段宽度16～23 m。2孔导流底孔尺寸5 m×7 m(宽×高)，孔底高程2 118 m；4孔深孔尺寸5 m×6 m(宽×高)，其中2孔孔底高程2 169 m，2孔孔底高程2 171 m；5孔表孔尺寸11.5 m×13 m(宽×高)，孔底高程2 241.5 m。大坝坝身混凝土总量约220万m3。

2 施工仿真参数

孟底沟水电站混凝土双曲拱坝施工仿真分析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进行开展，该系统广泛应用于二滩、溪洛渡、锦屏一级、小湾、大岗山等工程，具有成熟、稳定、可靠的特点。

(1)孟底沟拱坝施工仿真模型见图1，模型中据实模拟了大坝体型及坝身导流底孔、泄洪中孔及泄洪表孔的展布情况。

图1 孟底沟拱坝施工仿真模型图

(2)经分析论证，大坝施工采用3台30 t辐射式缆机浇筑，吊罐容量9 m3。接缝灌浆各灌区高度控制在9～12 m，当各罐区灌浆开始时，上部依次是同冷区、过渡区和盖重区，同时各罐区应同时满足温控要求及最新龄期要求。参考类似工程，非孔洞影响区、非固结灌浆影响区， 1.5 m厚度块最小间歇期5～7 d， 3 m厚度块最小间歇期7～8 d， 4.5 m厚度块最小间歇期9～10 d。闸门槽影响区域内最小间歇期10～12 d。孔洞钢衬安装时间为35 d。单层混凝土铺筑厚度为0.5 m。超过28 d龄期的混凝土作为老混凝土。缆机的水平安全距离最小值取12 m。坝段悬臂最大允许高度72 m(孔口悬臂最大不超过60 m)，最大相邻高差不超过15 m，全坝最大高差不超过30 m。基础约束区和孔洞约束区均分层厚度为3 m，根据结构需要局部调整为1.0～1.5 m。

3 仿真成果分析

3.1 大坝施工工期

根据仿真分析，该工程混凝土拱坝浇筑工期为33个月，计划于第5年10月开始大坝混凝土浇筑，第8年6月大坝混凝土浇筑到顶，第8年10月接缝灌浆坝顶。大坝主要浇筑结果统计见表1，第5年～第7年12月底大坝施工面貌见图2～4，图中标注格式为：坝段号-柱体号-顶高程-厚度，如11号-1-2085-3，表示11号坝段顶高程为2 085 m、厚度为3 m的仓面。

图2 第5年12月底大坝施工面貌

表1 大坝主要浇筑结果统计表

3.2 大坝浇筑强度

根据仿真计算成果，大坝混凝土浇筑月高峰强度为9.1万m3，月浇筑平均强度为5.67万m3，不均衡系数为1.6。月高峰浇筑58仓，月平均浇筑29仓。月最大上升高度9 m，月平均上升高度6 m。月浇筑强度曲线见图5，月浇筑仓数曲线见图6。

图3 第6年12月底大坝施工面貌

图4 第7年12月底大坝施工面貌

图5 月浇筑强度曲线图(2024年对应第5年，下图同)

图6 月浇筑仓数曲线图

3.3 缆机资源配置

根据仿真计算成果，1～3号缆机的月浇筑情况统计见表2。根据单台缆机月浇筑强度，缆机最高月强度36 622 m3，参考溪洛渡、二滩、锦屏一级等工程实践情况(均采用30 t缆机)，该工程各台缆机月浇筑高峰强度满足30 t缆机的运行规律。1～3号缆机累计浇筑方量占比分别为31%、35%、34%，说明各台缆机工作量比较相当，缆机资源配置是合适的。

表2 1～3号缆机的月浇筑情况统计表 /m3

缆机小时平均循环次数见表3，单仓平均小时循环次数在8～10次/h的仓面达到61.7%(高峰小时强度将达到12～14次/h)，对缆机运行调度管理水平要求较高。

3.4 混凝土生产系统容量

该工程采用2座HL360-4F4500型自落式混凝土搅拌楼，每座混凝土搅拌楼的常态混凝土生产能力为360 m3/h，每月常态混凝土生产能力超过11万m3。

根据仿真成果，大坝混凝土月浇筑高峰强度为9.1万m3，混凝土拌和系统月生产能力满足大坝混凝土月浇筑高峰强度需求；大坝混凝土小时平均浇筑强度最大为125.3 m3/h，混凝土拌和系统小时高峰生产强度为330.8 m3/h，说明混凝土拌和系统生产能力满足大坝混凝土浇筑入仓强度要求。

3.5 接缝灌浆进度

根据仿真结果，大坝浇筑与接缝灌浆进度曲线见图7。由图可见，第6年5月大坝浇筑最低高程2 106 m，大坝接缝灌浆高程2 070 m，低于围堰顶高程2 138.5 m，汛期采用围堰挡水、导流洞过流方式；第7年5月大坝浇筑最低高程2 175 m，接缝灌浆高程2 142 m，高于围堰顶高程2 138.5 m，汛期采用大坝挡水、导流洞过流方式。整体看来，大坝施工形象面貌满足度汛要求。

图7 大坝浇筑与接缝灌浆进度曲线图

3.6 同类工程对比

近几年国内已完建的类似拱坝工程，其施工条件和浇筑方案与孟底沟水电站相近，国内类似工程混凝土浇筑指标对比见表4。从表中可以看出，该工程混凝土浇筑平均月上升速度与锦屏一级基本相同，均处于同一水平。该工程单台缆机施工仿真模拟高峰月浇筑强度3.66万m3，初步对比分析表明：孟底沟拱坝混凝土浇筑工期可行，但考虑到施工仿真采用优于平均先进的施工水平参数，模拟结果反映出缆机利用率偏高，说明拱坝混凝土浇筑工期安排较为先进，需要较高的施工组织管理水平和可靠的设备以保证性能。

表4 国内类似工程混凝土浇筑指标对比表

3.7 分析成果

从仿真成果来看，该工程大坝月浇筑强度、月上升高度符合类似工程经验，缆机资源配置和混凝土拌合系统配置合理可靠，大坝施工形象面貌满足防洪度汛要求，因此大坝混凝土浇筑工期33个月是合适的。

4 结 语

孟底沟水电站大坝工程控制着整个工程施工工期，关系到各个节点工期目标的实现。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对大坝施工工期、大坝浇筑强度、缆机资源配置、混凝土系统容量及接缝灌浆进度进行仿真和论证，结果表明导流规划拟定的大坝施工形象面貌以及工程施工总进度计划是合理的。