中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院   陈江  周绍红

　　小湾拱坝混凝土施工具有浇筑仓面大、浇筑强度高、高峰期持续时间长、金属结构安装工程量大、施工干扰大等特点，拱坝最大坝高292.5m，受坝高、地形条件限制，缆机成为浇筑拱坝的首选方案。两岸地形地质条件复杂，缆机的布置经过多方案研究，最终选定无塔架双层双平方案。为满足拱坝浇筑强度和金属结构吊运的要求，共设置5台30t平移式缆机，拌和楼及供料平台设在左岸坝肩1245m高程平台。由于施工过程中混凝土浇筑开始时间推后，坝基面调整、混凝土量增加等因素，增设了一台缆机。

1 高拱坝混凝土施工方案选择
1.1拱坝概述
　　拱坝顶拱中心线弧长901.771m，弦长798.50m，拱冠梁顶宽12m，厚高比0.25，最大拱端底宽72.912m，拱坝划分为44个坝段（含一个推力墩坝段），42条横缝，最大坝高292.5m，坝体混凝土总量860万m3。
　　拱坝坝身设有5个11mx15m泄洪表孔、6个6mx6.5m泄洪中孔、2个5mx7m放空底孔、2个6mx7m导流底孔、3个6mx7m导流中孔，坝身金属结构总重约17842t，金属结构最重件为整体门槽，约55t。大坝结构及抗震钢筋共约7.6x104t，坝身泄洪中孔和放空底孔的衬砌钢板及其附件制造安装共为约3784t。坝体上设置预应力锚索共1108根，坝身辅助吊运工程量大。
　　拱坝混凝土设计采用通仓浇筑方案，按平铺法施工，浇筑层厚按约束区、非约束区分别为1.5m、3.0m，最大仓面面积1838.5m2，浇筑仓面大。
1.2拱坝混凝土施工方案选择
　　拱坝混凝土施工具有浇筑强度高（月高峰23万m3、年高峰179万m3）、高峰期持续时间长（连续三年以上）和施工干扰大（坝身孔洞、廊道多，金属结构和预埋件多）等特点。由于坝址两岸山坡陡峻，对于300m级的高拱坝，选择的坝体施工方法需同时满足施工进度、施工质量、坝上金属结构及其他辅助吊运等要求。
　　由于缆机具有调度灵活、施工干扰小、覆盖范围大等特点，多为高山峡谷地区的大坝工程采用。根据小湾地形地质条件及枢纽布置特点，选择了缆机作为大坝混凝土浇筑垂直运输的主要入仓设备。
为保证缆机高效运行，对混凝土拌和楼到缆机起吊点之间的混凝土运输方式进行了研究，比较了有轨运输和汽车运输两种方式。由于有轨运输将占用供料平台，不利于除混凝土外的其他物资吊运，而汽车运输运行灵活方便、临建工程量小、设备投资少，故选择了汽车运输方案。由于侧卸式混凝土运输车配吊罐的方式在吊罐不脱钩的情况下卸料，可缩短循环时间，提高工效，在国内外被广泛采用。因此，选择侧卸式混凝土运输车作为混凝土的主要设备。

2缆机的选型与布置
2.1地形地质条件
　　坝址左岸的地形为沟梁相间，上游为②号山梁，下游为④号山梁，中间为龙潭干沟。龙潭干沟狭窄，基岩裸露，两侧山坡地形陡峻；上游侧②号山梁山坡平均坡度约52°，分布有饮水沟堆积体，其铅直厚度一般为30m～40m，主要由碎石、块石和砾质粉土组成，中密，块石直径一般为30cm～100cm，最大为800cm。块石以骨架形式存在，缝隙间一般充填砾质或碎石质粉土；下游侧④号山梁山坡平均坡度约51°。基岩主要为角闪斜长片麻岩夹片岩和黑云花岗片麻岩夹片岩。
　　坝址右岸的地形也为沟梁相间，中间为大椿树沟，两侧为山梁。在缆机平台高程附近及以上部位，大椿树沟沟底较为宽阔平坦，沟底宽度为50m～200m，普遍分布坡崩积层；上游侧山坡基岩裸露，地形陡峻，平均坡度约48°；下游侧山坡平均坡度约46°，表层分布坡积层，厚度一般约2m。基岩主要为角闪斜长片麻岩夹片岩和黑云花岗片麻岩夹片岩。
2.2缆机选型与布置
　　缆机的一般布置思路为：混凝土重力坝采用平移式布置，混凝土拱坝采用辐射式布置，缆机布置应合理、经济、可行。缆机选型与布置应根据工程的地形地质情况具体来分析，在满足施工进度的前提下，力求覆盖范围大、土建工程量小、缆机运行方便可靠。
　　根据小湾左右岸地形地质及枢纽布置特点，并考虑坝身混凝土浇筑强度及坝上金属结构最重件吊运的需要，缆机选用30t中高速无塔架缆机，最重件吊运方式采用双机抬吊。
缆机布置方案主要对单层4台的“左固”（固定端在左岸，移动端在右岸）、“右固”（固定端在右岸，移动端在左岸）、“双弧移动”（左岸小弧移动，右岸大弧移动）方案到双层5台的“双弧双层”（双层双弧移动布置）、“上弧下平”（上层为左固弧射式、下层平移式）、“双层双平”（上下层均为平移式）方案等多方案进行了研究。
　　对单层4台缆机的“左固”、“右固”和“双弧双层”布置方案进行了坝体混凝土浇筑计算机仿真模拟，结果表明，这三个方案的坝体施工形象面貌均不能满足2010年10月蓄水、12月发电的要求，为此，提出了增加1台30t缆机并与其它四台缆机双层布置方案。
　　缆机双层布置主要研究了“双层双弧”、“上弧下平”和“双层双平”方案。经对这三个方案进行坝体混凝土浇筑进行计算机模拟，模拟结果表明，三个方案布置均可满足2010年蓄水发电的形象面貌要求。由于前两方案的土石方工程量（尤其是右岸）均较大，会使原本紧张的施工准备期开挖工程压力加大，在“双层双弧”、“上弧下平”两个方案的基础上演变而来的“双层双平”方案，与前两方案相比，边坡开挖高度相对较小，施工对左岸饮水沟堆积体的扰动少。为此最终选定“双层双平”方案，该方案可满足拱坝混凝土浇筑高强度及两台缆机联合抬吊金属结构的要求。
　　由于小湾拱坝两岸地形极不对称，在减少左右岸缆机平台的开挖和土建工程量情况下，应尽量使缆机覆盖范围大。针对拱坝布置及两岸地形地质条件，“双层双平”方案缆机布置时，上层缆机轨道整体偏向下游，下层缆机轨道整体偏向上游，为增加上层缆机右岸的覆盖范围，将右岸向下游偏移10m。该方案存在的主要问题是右岸的1#～4#坝段和部分5#、6#坝段不在缆机覆盖范围内，需要其它辅助设备进行施工；但该布置方案上下层缆机运行干扰小，上下层穿越安全性大，并便于缆机靠拢，从而可灵活地实现多台缆机浇筑一个仓面，尤其满足拱坝下部较大仓面混凝土浇筑的需要，并且有利于双机抬吊大型金属结构重件等；平移式缆机在设计、制造上技术成熟，国内工程应用得较多，维修和操作技术便于掌握，造价相对较低。因此，招标阶段最后选定了“双层双平”的缆机布置方案。
　　“双层双平”共设5台30t平移式中高速缆机，分上下层布置，上层二台，下层三台。除下层外，上层2台缆机均考虑其工作高度覆盖到坝顶。为便于缆机重罐下坡运行，左岸缆机平台较右岸缆机平台高（视线坡度一般小于3%）。考虑主索满载时的垂度（主索垂跨比约5.5%）和吊罐距坝顶安全距离的要求，下层缆机主索出索点左岸为1330m、右岸为1317m，跨度1048.168m；上层缆机的布置高程主要考虑上层缆机能安全跨越下层缆机，按上下层高差50m考虑，左岸主索出索点为1380m、右岸为1365m，跨度1158.168m。
缆机布置示意见图1。缆机布置特性表见表1。

3缆机的主要技术参数
　　根据混凝土浇筑强度和坝上金属结构吊运的要求，选择了5台30t中高速缆机，
经招标选购，选定德国克虏伯作为缆机制造商，同时为保障缆机在高峡谷、大跨度、大提升高度的情况下高效、安全运行，在缆机运行控制和保护方面采用了最先进的设计方案。缆机主要技术参数表见表2。

4供料平台布置
　　由于拱坝混凝土的料源位于左岸，为减少骨料及混凝土的运输距离，缆机供料平台设在左岸。结合左坝肩上下游的开挖及混凝土系统的布置，供料平台设在坝顶1245m高程，过左坝肩部位采用钢栈桥。设计进料线总长288.6m，进料线与缆机主索方向垂直的长度276.4m。上层缆机有效进料线长度为 250.3m（与缆机主索垂直的长度），实际料罐停靠线长259.5m；下层缆机有效进料线长度为 216.8mm（与缆机主索垂直的长度），实际料罐停靠线长228.5m。
　　供料平台最大宽度约65m，最小宽度约62.89m，外侧1240m高程设有5m宽的料罐接料、起吊平台。
左岸混凝土生产系统主要为大坝提供混凝土，设置两组四座4x3m3拌和楼，布置在缆机供料平台上。拌和楼至供料线外缘的宽度为35.39m～37.5m，供混凝土运输的平台宽度为35.39m～65.00m，供料距离平均250m。供料平台见图2。
　　为减少左岸1245m高程供料平台的吊运压力，分别在缆机覆盖范围内的右岸进水口1139m高程平台及左岸拱坝上游1130m高程设置了辅助吊物平台。
　　混凝土由侧卸式混凝土运输车自1245m高程混凝土拌和楼接料，运输至供料平台外侧，将混凝土卸入停靠在1240m高程上不脱钩的9m3立罐中，通过缆机吊运入仓。混凝土吊罐为圆形立罐，外形高约4.9m，直径约2.8m，吊罐的底部设有卸料口，立罐吊至仓面后打开卸料口直接卸料。为提高缆机的效率，一般情况主要考虑运输车等待卸料，一旦立罐就位即可卸料，以减少卸料的时间。

5拱坝的施工
　　拱坝已于2005年12月12日开始浇筑，截至2007年5月底已完成约250×104m3混凝土的浇筑，5月底拱坝最低浇筑至1046m高程(22#坝段)、最高浇筑至1075m高程(29#坝段)。
　　坝体混凝土浇筑初期，缆机吊运混凝土单个循环的时间一般10～15min，最短约6min，单套缆机的小时循环数为4～6罐，小时浇筑强度约为30～60m3/h，缆机的实际工作效率较低。要满足拱坝底部大仓面采用平铺法浇筑，需要至少4台缆机同时浇筑一仓，这样用于辅助吊运和两岸坝基清基出渣的缆机只剩一台，为确保坝体混凝土浇筑和两岸的清基工作同时进行，采用了大台阶法浇筑。施工中采用3台缆机同时浇筑一个仓面（浇筑层厚1.5m），缆机向同一方向运行（一般由上游往下游浇筑），每台缆机负责0.5m厚的浇筑坯层，台阶宽度8～12m，这样的施工方法满足了拱坝的施工质量要求，提高了缆机的使用效率。为满足坝面上的辅助吊运，增加缆机用于吊运混凝土的时间，在拱坝下游布置了一台门机和一台塔机，承担辅助吊运任务。
　　随着缆机运行时间的增长，操作手熟练程度不断提高，循环中各工序（装料、运行、卸料等）的时间有所减少，至2006年7月，缆机吊运混凝土单个循环的时间一般6.6～8.6min，最短约5.4min，单套缆机的小时循环数为7～9罐，小时浇筑强度约为63～83m3/h，拱坝的浇筑采用3～4台缆机进行平铺法的浇筑；至2007年5月，缆机吊运混凝土单个循环的时间一般5.2～7.0min，最短约5.0min，单套缆机的小时循环数为8～11.5罐，小时浇筑强度约为72～103m3/h，拱坝大仓面浇筑采用3台、小仓面采用2台缆机按平铺法进行浇筑。
　　缆机浇筑强度从开始的月强度5万m3，到2007年5月约20万m3，小湾缆机浇筑大坝混凝土强度随着缆机操作人员操作的熟练程度、坝面浇筑人员的熟练程度和大坝可浇仓面的增多等，5台缆机的效率已经达到了月均18～20万m3的强度，为小湾大坝2009年9月的下闸封堵提供有力保障。

6施工中增加一台缆机
　　由于拱坝混凝土开始浇筑时间推后，坝基开挖高程降低、混凝土量增加，但2009年10月底第1台机组发电计划未变，缆机在较长时间内需保持较高强度（约3年半），每台月平均强度3.0～3.6万m3，高峰月强度3.75～4.49万m3，5台缆机高峰强度为18.75～22.45万m3。
　　此外，在施工过程中还存在以下的原因：由于拱坝施工分为两个标段，在仓面安排、缆机调度、缆机利用率等方面会产生不利影响，缆机实际的浇筑能力可能比预计的减小；另外由于缆机电机性能不稳定的原因，缆机的时间利用系数受到影响，缆机的浇筑能力被降低；坝基清基等吊运工作量较大，会占用缆机浇筑拱坝混凝土的时间。（施工中为尽量减少缆机吊运钢筋模板及小型辅助机械等，最大限度地增加缆机用于吊运混凝土的时间，开始浇筑时在下游水垫塘部位布置了2台门塔机，2007年在大坝上下游共布置了4台门塔机用于左右岸的部分辅助吊运工作量）。
　　为完成各年的度汛面貌，确保实现2009年10月底首台机组发电目标，2006年3月经研究决定在高缆平台增设1台缆机，缆机布置为上层3台下层3台，这样可以降低平均单台缆机小时循环数和平均单台缆机月浇筑强度，6台缆机在满足施工进度要求的前提下，可使施工强度较为均衡，提高了施工进度的保证率。2006年7月缆机开始制造，2007年3月中旬开始安装，并于2007年5月底试运行，于2007年6月投入使用，正好可参与高峰时段2007年6月～2008年5月间的混凝土浇筑。

7结语
　　小湾拱坝施工的主要入仓设备选择缆机是合适的。“双层双平”的缆机布置方式更好地适应了拱坝左右岸地形和地质条件，降低了边坡开挖高度，减少支护工程量；同时平移式缆机便于拱坝的浇筑、金属结构的吊运，在设计、制造上技术成熟，维修和操作技术便于掌握，造价相对较低，满足小湾大坝浇筑长时间、高强度的施工需要。
　　小湾缆机在数量、额定起重量，吊钩扬程方面，在国内已建工程和在建工程都居首位。在以后的施工中还需要求拱坝施工的左右岸两个标段合理安排仓面、合理调度使6台缆机闲置率较低，缆机需由熟练人员操作，减少料罐接料和仓面卸料的时间，降低缆机的循环时间，同时进一步完善缆机日常维护、保养，为确保实现2009年10底第一台机组发电提供有力保证。
　　在缆机布置的设计过程中得到了谭靖夷院士、马洪琪院士及其他咨询专家的指导，在此深表感谢!