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(nèi)，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(tǒng)和地面廠房等組成。大壩壩高132m，比國外最高的南非伏爾維丹壩（高70m）、國內(nèi)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(xiàn)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(shè)計、施工積累了經(jīng)驗。在總結(jié)成功建筑100m以下碾壓混凝土拱壩經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對壩高100m以上的薄拱壩采用碾壓混凝土筑壩進行了研究，以使我國在用碾壓混凝土建筑高拱壩的技術(shù)上繼續(xù)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、簡易纜機和溜槽方式發(fā)展到自卸汽車、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(chǔ)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(xiàn)在整個大壩全部采用碾壓混凝土。在筑壩技術(shù)有了長足進步的同時，應(yīng)用計算機模擬技術(shù)對整個施工過程進行仿真，預(yù)測任意時刻大壩的施工面貌和工期情況，亦是大壩施工組織設(shè)計和施工管理發(fā)展的方向，代表了計算機時代碾壓混凝土壩設(shè)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(xiàn)場大壩混凝土施工工藝。

　　1.3研究內(nèi)容

　　結(jié)合已開工建設(shè)、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、施工過程仿真管理系統(tǒng)，解決以下4個主要問題：

　�。�1）研究碾壓混凝土拱壩的入倉工藝，著重解決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程仿真模擬。

　　2入倉方式及施工研究

　　2.1100m級真空溜管設(shè)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、運行簡便、輸送效率高等特點，在諸多混凝土垂直入倉方式中獨樹一幟，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。100m級真空溜管的研究，是在“八五”科技攻關(guān)的基礎(chǔ)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，尚存在如下問題：

　　（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(shè)備性能等方面都有新的要求。

　　100m級真空溜管的設(shè)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)問題。在保證入倉強度和質(zhì)量的前提下，入倉設(shè)施應(yīng)簡單實用，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(jié)長4～5m；

　�。�4）溜管長度控制在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，并進行了生產(chǎn)性試驗。

　　2.1.2真空溜管設(shè)計

　　100m級真空溜管系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)見表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行，后因種種原因，實際研究和生產(chǎn)性試驗的現(xiàn)場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(jié)構(gòu)，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式震動器（ZF110型）。受料斗通過四支撐柱的地腳螺栓與基礎(chǔ)相連。

　　受料斗下面設(shè)置全封閉的雙開下料弧門，并由弧門轉(zhuǎn)動軸端的連桿與氣缸相連，以啟閉下料弧門。下料弧門下面裝有弧門與槽身之間的過渡節(jié)，過渡節(jié)是一可調(diào)整30°左右的活向節(jié)型式，以適應(yīng)溜槽槽身安裝時角度調(diào)整的需要。

　　在過渡節(jié)下面裝設(shè)“標準”長度的溜管槽身及湊合節(jié)，在湊合節(jié)下料的出口處，還裝設(shè)了出口彎頭，以防止混凝土下料時對裝運設(shè)備（自卸車）的沖擊。

　　受料斗安裝在牢固的混凝土并鋼支架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，溜管槽身支撐在鋼排架或鋼管腳手架上。支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)穩(wěn)固可靠，便于維護人員的行走。

　　研制時，針對“八五”攻關(guān)所用弧門存在的密封件磨損大、維修不便及難以形成負壓等缺點，100m級溜管的給料裝置采用了全封閉式的弧門——“碟形弧門”。在儲料斗內(nèi)有混凝土的情況下，該弧門的內(nèi)腔與外界幾乎完全隔離，且不依賴橡膠件密封，故具有啟閉力小、工作可靠、不需更換密封件等優(yōu)點。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，起著裹夾混凝土及在槽內(nèi)形成負壓的雙重作用，為達到這一目的，就要求膠帶應(yīng)盡量柔軟，以增大其與槽內(nèi)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，與云南雙江橡膠廠聯(lián)合進行了柔軟耐磨橡膠帶的研制。研制中將減少芯布的層數(shù)作為提高柔軟性的手段之一，同時力爭通過優(yōu)化配方及改進硫化工藝，進一步降低膠體硬度并將試驗?zāi)ズ挠蓢�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。

　　溜管弧門啟閉的動力采用了氣動及液動兩套方案。供氣較方便的右岸1號、2號溜管，采用氣力驅(qū)動，而對遠離氣源的左岸3號、4號溜管，則采用了液壓驅(qū)動。兩種驅(qū)動方式的開關(guān)時間均由設(shè)置在操作室內(nèi)的時間繼電控制。根據(jù)目前倉內(nèi)轉(zhuǎn)運車輛載重量為15t的情況，弧門每一工作循環(huán)的開關(guān)時間設(shè)定為：開9s→關(guān)3s→開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)量和施工強度均滿足設(shè)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m³，與利用纜機吊運比較，節(jié)約成本約80萬元。

　　大朝山100m級真空溜管試驗研究成果已應(yīng)用于沙牌大壩真空溜管的設(shè)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(jù)沙牌RCC拱壩壩址處兩岸山坡陡峭，河谷深切，加之右岸又無交通道路的情況，經(jīng)方案比較后，決定采用低線公路汽車直接入倉和高線公路左岸真空溜管入倉方案�；�坑墊座根據(jù)開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公路基坑出渣道路，在壩踵處搭設(shè)斜溜槽，倉面由裝載機和自卸車接料，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直接入倉；在1800.0m～1860.0m為左岸兩條真空溜管入倉，倉內(nèi)由自卸車接料運至碾壓條帶攤鋪；在1860.0m～1867.5m為左岸壩頂斜溜槽＋纜機和汽車直接組合入倉方案。

　�。�1）低線公路＋自卸汽車直接入倉。由低線公路經(jīng)汽車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m³。

　　（2）高線公路＋真空溜管入倉。高線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吊進倉面，同時在高線公路左壩肩搭設(shè)混凝土斜溜槽，倉面由自卸車接料聯(lián)合入倉。在離壩頂部2m高的碾壓混凝土采用高線公路汽車直接入倉方案進行。

　　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(jù)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(jié)時間，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，碾壓層厚度為30cm；倉面大于2000m²時，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(jù)入倉道路及大壩細部結(jié)構(gòu)如灌漿廊道、電梯井、觀測廊道、誘導(dǎo)縫布置等確定RCC的升層高度，整個大壩共設(shè)18個升層。

　　2.2.1.3施工機械配置

　�。�1）碾壓設(shè)備。碾壓機采用從德國進口的BW-202AD、BW201AD與BW75S，根據(jù)實測，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(jié)果，25～30cm碾壓層碾壓遍數(shù)為：無振碾壓2遍，有振碾壓6～8遍，再無振碾壓1～2遍。

　　（2）平倉設(shè)備。根據(jù)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(shè)計

　　根據(jù)沙牌拱壩的結(jié)構(gòu)，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(shè)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：

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

　�。�2）拉模裝置采用固定式錐頭螺栓與拉模埋筋連接，脫模時拉模筋與大模板分開，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兩點疊壓式卸料串聯(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）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(jù)工藝性試驗結(jié)果及大壩實際施工情況確定：大碾作業(yè)時碾壓遍數(shù)為無振2遍，有振6～8遍，無振1～2遍。實測表明，最后無振碾壓1～2遍不影響碾壓混凝土的密實，僅影響倉面的感觀；BW75S小振為無振2遍，有振28～30遍，無振1～2遍。最終以核子密度儀檢測碾壓混凝土容重，結(jié)果表明，達到規(guī)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(shù)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。

　　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(chǔ)上，針對普定碾壓混凝土與常態(tài)混凝土結(jié)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度等原因，設(shè)想通過改進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(jié)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，進一步降低筑壩成本。為此，結(jié)合沙牌工程進行了一系列有關(guān)的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗，以解決漿體設(shè)計、漿體量控制、施工工藝、質(zhì)量控制等問題。

　　2.3.2改性混凝土室內(nèi)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的碾壓混凝土體積之比表示。在室內(nèi)對改性混凝土加漿量的現(xiàn)場施工工況進行了模擬：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，測試不同加漿量對改性混凝土振實時間和強度的影響，以選擇施工時改性混凝土的加漿量，試驗成果見表2、3。

　　由表2可知：隨著加漿量的增加，改性混凝土的泛漿時間大幅度下降，加漿量由2％增至10％時，泛漿時間下降了104s。由表3可知：當加漿量為4％時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(nèi)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(shè)計要求，根據(jù)上面的試驗成果選用4％的加漿量對其各項性能進行試驗。

　　當加漿量為4％時改性混凝土的90天劈拉強度2.05MPa，抗?jié)B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(shè)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(jù)試驗成果，確定現(xiàn)場施工的加漿量為4％。

　　2.3.3現(xiàn)場施工工藝試驗

　　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。計量方法采用計時法。經(jīng)比較，溝槽鋪漿法的振實時間適合現(xiàn)場施工。

　　2.3.4改性混凝土的應(yīng)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(yīng)用于振動碾碾壓不到的死角及電梯井、廊道周邊鋼筋混凝土區(qū)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(yīng)用的基礎(chǔ)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(qū)混凝土、下游斜面混凝土均用改性混凝土代替，整個施工倉面未澆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(nèi)部密實未發(fā)生裂縫和其它缺陷。通過對改性混凝土、碾壓混凝土和基巖面結(jié)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(jié)合部無法區(qū)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(xù)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(qū)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(jié)國內(nèi)外低溫季節(jié)施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究沙牌大壩在冬季施工時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(nèi)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(nèi)卸料，整個過程共歷時30分鐘，對自卸汽車車箱采取保溫隔熱措施。

　�。�5）倉內(nèi)施工：采用自卸汽車直接入倉，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(jù)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，滿足低溫季節(jié)混凝土的施工要求。但隨著施工工序時間的延長，澆筑溫度下降，因此必須制訂相應(yīng)的施工技術(shù)措施，保證各道施工工序滿足時間控制要求。

　　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(guī)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(nèi)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(yīng)。

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

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

　　a.選擇合適時段進行施工。當日氣溫低于－3℃～－5℃時，在加強現(xiàn)場檢測和管理的同時，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行保溫，倉內(nèi)所有孔洞均應(yīng)進行封堵，并保證其嚴實性。

　　c.在上游壩面模板內(nèi)側(cè)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(cè)懸掛稻草簾，要求搭接牢靠。

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

　　e.澆筑改性混凝土?xí)r，在壩區(qū)設(shè)置制漿站和熱水箱，現(xiàn)場配制水泥粉煤灰凈漿�；炷�土攤鋪后及時灑鋪凈漿，然后馬上振搗，振搗后及時覆蓋保溫被進行保溫。

　�。�5）養(yǎng)護與拆模�；炷�土澆筑完后養(yǎng)護時間不少于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行拆模，拆模時間應(yīng)根據(jù)混凝土強度實際上升情況確定。拆模后，表面及時保溫。

　　3施工過程的計算機模擬

　　3.1概述

　　我國在水電工程混凝土壩施工中應(yīng)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行計算機模擬研究，后經(jīng)過多年的開發(fā)、完善并隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，模擬程序走過了數(shù)字、平面圖形、三維圖形直至全過程仿真的發(fā)展歷程。在二灘工程的施工應(yīng)用中，通過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度按模擬進度進行調(diào)整，并要求按此進度施工。通過多方面的努力，將開挖拖后了5個月的工期搶了回來，使二灘大壩按原計劃完成了混凝土澆筑，第一臺機組按時發(fā)電，實現(xiàn)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，并獲國際工程咨詢協(xié)會1997年度一等獎。之后又開發(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(tǒng)，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(yù)測編報工作，1999年和2000年完成的澆筑量與預(yù)測計劃量有驚人的吻合，獲得了成功。

　　經(jīng)過國內(nèi)科研院所、大專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(nèi)水電工程的輔助設(shè)計和施工中得到了不同程度的應(yīng)用。

　　3.2高碾壓混凝土拱壩施工系統(tǒng)

　　碾壓混凝土壩施工作業(yè)，按施工過程可分為兩個子系統(tǒng)，即壩面作業(yè)系統(tǒng)和混凝土運輸系統(tǒng)�；炷�土供料強度為聯(lián)系兩個子系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。碾壓混凝土壩施工受許多外界條件的影響，除了壩體結(jié)構(gòu)、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程研究的同時，也必須研究混凝土的生產(chǎn)和運輸，將兩者協(xié)調(diào)起來考慮，找出其中的關(guān)鍵因素，有針對性地進行施工過程分析，提出解決的措施，以及工期和進度。

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

　　3.3工程應(yīng)用及分析

　　3.3.1模擬計算基本參數(shù)（見表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年初開始招標，同年4月21日華西沙牌發(fā)電有限責(zé)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，開挖的實際施工進度較合同工程計劃滯后，壩肩、壩基開挖于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現(xiàn)，那么要完成大壩混凝土澆筑，到底需要多長時間？工程施工期間冬、夏季停工與否對工期影響如何？模擬系統(tǒng)將圍繞工程施工的具體問題進行方案研究。

　　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采用自卸汽車直接入倉，高線采用自卸汽車轉(zhuǎn)真空溜管入倉。根據(jù)道路布置及車輛配置情況，進行大壩混凝土運輸模擬計算。

　　從計算結(jié)果看，僅考慮大壩混凝土運輸車，其車流量僅22～25車次／h，且行車間距均在200m以上，低線和高線道路行車狀況均較閑。低線公路運輸在入倉前由于填筑道路較窄及沖洗汽車輪胎，出現(xiàn)2～3輛車排隊，但等待時間較短，排隊概率較小。高線運輸系統(tǒng)由于需經(jīng)過3km長的交通洞，洞內(nèi)行車速度按10～15km／h考慮，在交通洞進出口均出現(xiàn)不同程度的排隊等待現(xiàn)象。尤其在交通洞進口大壩真空溜管卸料處，最長出現(xiàn)5輛車排隊等待卸料的情況，但出現(xiàn)2輛車排隊情況概率較大。因此，工程實施時采取了交通洞進出口的交通管理、進口重車卸料道路和空車返回道路單向行駛、縮短卸料時間等措施�？傮w看來，沙牌大壩混凝土供料運輸相對較簡單，僅需加強道路管理即可。

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

　　針對沙牌電站的情況，壩體混凝土澆筑何時復(fù)工難以確定，且此時沙牌工區(qū)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，因此為了對未來的壩體施工進行預(yù)測，按冬季不施工，擬定了兩個2000年3月復(fù)工的方案。

　　方案2001：2000年3月復(fù)工，冬、夏季均不停工，按擬定澆筑參數(shù)預(yù)測大壩后續(xù)工期。

　　方案2002：2000年3月復(fù)工，夏季白天停工，冬季晚上停工，按擬定澆筑參數(shù)預(yù)測大壩后續(xù)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，對兩個方案進行了模擬計算。從兩個方案預(yù)測情況看，二個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個月。由此可見，在冬、夏季采取一些有效的溫控措施，花較少的代價使壩體連續(xù)施工，可獲得1.5個月工期，直接經(jīng)濟效益是非常明顯的。

　　因篇幅原因，現(xiàn)僅列出2001方案的主要模擬成果，詳見表5.施工強度柱狀圖見圖1。

　　模擬施工進度：1999年4月9日大壩澆筑至1750m高程，設(shè)置廊道，大壩停止施工10天后繼續(xù)施工，至1999年4月25日澆至1754m高程，日澆筑大壩3層，單層施工時間7～8h.工程實施進度：大壩于1999年3月9日開始澆筑混凝土，待基礎(chǔ)常態(tài)混凝土達到75％設(shè)計強度后開始進行碾壓混凝土施工，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，大壩實際澆筑進度、日上升層數(shù)與模擬軟件預(yù)測進度幾乎完全一致，說明所取施工參數(shù)和邊界條件是符合沙牌大壩施工實際的，模擬系統(tǒng)能用于指導(dǎo)后續(xù)大壩施工，并能進行合理、準確的進度預(yù)測。

　　3.4大壩施工真三維圖

　　運用深度緩沖區(qū)消隱技術(shù)，真正實現(xiàn)了大壩施工過程的三維仿真模擬，能從任意視角直觀反映壩體的施工過程。運用矩形網(wǎng)格技術(shù)對壩區(qū)周邊地形和壩肩開挖情況進行三維化處理，建立壩區(qū)地形數(shù)字模型，生成壩肩及壩基開挖三維圖，使壩體與周圍地形緊密結(jié)合，真實地反映工程所在地的開挖面貌和壩體施工過程。

　　4結(jié)束語

　　結(jié)合已開工建設(shè)、壩高132m的碾壓混凝土拱壩的施工，對施工工藝、入倉方式、施工過程仿真管理系統(tǒng)進行了研究，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)得到進一步的落實和提高。提出的大壩計算機模擬程序，為直觀地反映大壩施工過程及大壩體型研究提供了強有力的分析工具。