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葛洲坝和三峡工程施工中的技术创新
 
来源:中国项目管理资源网 日期:[2011-4-21]


    (2)风冷系统。其工艺为:利用拌和楼顶部的储料仓通冷风,冷却后直接进入拌和机,紧靠拌和楼另建制冷楼。常用的KL型空气冷却器体积大、重量大,为此专门研制了GKL型高效空气冷却器,其传热系统比KL型大1倍,在同样生产能力时,其面积只有后者的一半。这使制冷楼的体积和荷载大为降低。普通的离心式鼓风机,其转速低、体积大、重量大。设计者选用高效的轴流式鼓风机,转速高、体积小、重量轻,使冷耗大为降低,安装也很容易。

    (3)制冰工艺。混凝土生产用冰代替水拌和,可以利用由冰化成水所释放的冷量。如果用常规办法先制冰砖,再破碎,不仅损耗大,且拌和时间仅3min,有的冰块尚未融化掺在混凝土中,会影响混凝土的质量。设计人员从国外杂志上了解到铠片冰机原理,经过科研攻关,研制成功国产铠片冰机,投入实际运用,效果良好。

    经过上述工艺生产出的混凝土达到了温度降至7℃(按7月份气温)的要求。

    2.2三峡工程混凝土生产工艺

    三峡工程位于峡谷区,施工场地狭窄,且其低温混凝土生产规模比葛洲坝大得多,所以不能套用葛洲坝的工艺,必须进一步优化升级。如果用两次风冷,取消水冷工序,占地面积就可大为缩小。经初步研究,设想第一次风冷用0℃以上冷风将粗骨料冷至10℃的时间比水冷所需时间要短很多,还可使骨料含水量降至1%以下。第二次风冷再用-8℃冷风将粗骨料降至0℃,又不致结冰。再加片冰拌和,可使混凝土温度降至7℃以下甚至更低。

    为验证上述设想,先在一期混凝土生产系统中做中间试验。经过1a连续3次生产性试验,混凝土出机口温度为3.7~7.3℃。参加专家评审会的专家们一致认为:二次风冷粗骨料工艺设计是成功的,运行是很好的,设备选型基本上是合理的。二次风冷新工艺与以往的先水冷后风冷工艺相比,具有工艺简单、温度调幅大、冷量利用率高、占地面积少、施工期短、便于安装拆除、运行操作简便,以及节省设备和土建费用等优点。并决定在三峡二期工程中推广使用。

    三峡工程二期5个混凝土系统全部采用二次风冷加片冰拌和工艺。夏季7℃混凝土生产能力达1720m3/h,制冷系统用电负荷77409kW。2000年和2001年的夏季共生产低温混凝土500多万立方米,合格率87%(要求85%),2004年三期工程温控合格率更提高到97.6%。三峡的二次风冷工艺与伊泰普相比可减少制冷容量1/4,占地面积只有伊泰普的1/6,运行成本低30%,节省投资近1亿元。

    3三峡船闸高边坡锚固技术

    三峡双线五级船闸长1600m,是在左岸山体中挖出来的深槽中建闸,最大挖深170m。20世纪80年代以前设计方案是在深槽下部闸室部分挖成直立坡,深50m,然后建混凝土重力墙来抵挡边坡岩体压力,需混凝土400万m3。但施工期边坡稳定问题尚未解决。在初步设计中采用锚索、锚杆支护,在岩体中采用排水减少渗水压力来加固稳定边坡的新技术,并在国家铠七五科技攻关(三峡工程技术)项目中加列了船闸高边坡技术专题,共分6个子题:

    ①高边坡地质研究;

    ②地应力研究(包括初始地应力场观测及开挖卸载后地应力场变化分析);

    ③稳定及应力应变分析;%锚固设计;

    ④防水排水系统研究;

    ⑤开挖锚固排水施工程序和施工技术。长江委的设计、勘测和科研单位的相关专业参加了这项科技研究。

    边坡轮廓设计为:闸顶以上开挖边坡控制坡比为微风化和新鲜岩体1(0.3,弱风化带1(0.5,强风化带1:1,全风化带1:1~1:1.5。在坡顶外设周边沟,坡面喷混凝土并凿排水孔,山体内设排水洞和排水孔连通。闸室直立墙部分用薄混凝土板衬砌以便于锚固。

    锚固设计方案是:在中隔墩上半部加两排300吨级预应力锚索,保证直立坡稳定并限制其流变;两侧直立墙部分也加两排300吨级预应力锚索对穿,长35~45m,其中一个锚头设在排水洞内;另加一些端头预应力锚索,其中100吨级长25~30m,300吨级长35~45m。坡面普遍布置非预应力锚杆,其中系统布置的锚杆长5~8m,随机布置的锚杆则视岩体稳定状况而定,两者均为全粘接砂浆锚杆。

    施工设计所采取的施工程序为:先作坡顶地表排水系统及地下排水系统(排水洞及排水孔),以减少渗水压力,并可利用排水洞开挖作地质测绘了解地质情况,观测边坡位移,用以验证或调整锚杆数量。锚固自上而下,边挖边锚,以保证施工期边坡稳定。开挖中采用控制爆破技术(如预裂、光面、缓冲爆破、多段微差爆破技术等),以保护边坡岩体完整,并且要求预先作爆破试验以选定各项爆破参数,三峡船闸高边坡锚固方案布置参见文献[4]。由于施工设计科学、细致,并按动态设计原则及时跟踪调整施工方案,因此整个施工进展顺利,也很安全。三峡船闸于1994年开挖,1998年开始浇筑混凝土,2003年实现了正式通航。正是由于采用了这种先进的锚固技术,相对于采用重力挡墙方案,节约挖石方近1000万m3,混凝土200万m3,节省工程投资数亿元,而且保证了施工期安全。

    4先进的爆破技术

    20世纪70年代以前,我国水利水电工程建设采用的爆破技术和器材较为落后。1971年葛洲坝工程坝基开挖时因采用了大直径炮孔和大药量爆破,使坝基下软弱夹层错动受损,最终挖掉,因而增加了开挖量,延长了施工时间。为此,在停工修改设计期间,长江委施工设计处和爆破研究所开始在现场开展试验,研究先进的爆破技术。其目的是探索既能快速开挖缩短工期,又能保护地基不受损坏的爆破技术。试验研究的项目包括:

    ①利用微差爆破技术降低保护层厚度;

    ②预裂爆破;

    ③保护层快速开挖技术。

    第①和第②项在葛洲坝工程试验成功并得到大量应用。第③项虽在葛洲坝试验未取得全面成功,但在以后的其他工程中获得了成功。三峡工程施工时,大量应用水平预裂和光面爆破法快速开挖保护层,施工单位还在此基础上加以改进,采用水平预裂辅以小梯段爆破方法,在二期大坝开挖时大量应用,效果也很好。这些成果均已在水利水电系统推广,并为制定和修改水利水电工程爆破技术规范提供了科学依据。

    4.1微差爆破技术

    20世纪70年代以前,我国水利水电系统岩石地基开挖是用梯段爆破。钻孔深8~10m,孔径80~100mm,一次起爆几排孔,药量500kg(地基岩石较软弱或邻近建筑物时减为300kg),预留保护层3m左右;然后将3m保护层分4~5层开挖,每层用手风钻(直径30~50mm)钻浅孔放火炮,逐次爆炸;最后一层(约30~50cm)用风镐或人工清理爆破裂隙,进度很慢。

    上述500kg药量和3m保护层厚度为经验数据,并未准确地反映一次起爆药量和保护层厚度的关系。实际上,梯段爆破时,钻孔底部破坏深度(即保护层厚度)与首次起爆药量有关,也与最小抵抗线宽度有关。一次多排孔起爆;其内部几排孔抵抗线尺寸较大,而外部一排抵抗线尺寸小,容易损伤基岩面。如果一个梯段几排钻孔,一排一排地起爆,则每响药量减少,抵抗线也相应减小,对孔底的破坏影响也可大为减少。20世纪70年代初我国已有5段毫秒微差雷管,对底部破坏深度大为降低。反之,如果一响药量200kg,一个梯段可置炸药1000kg,其破坏深度比老方法500kg炸药还小。该方法使梯段爆破技术前进了一大步,它既可加大每梯段装药量,又不致增加破坏深度。实际工程应用表明,这加快了开挖进度,又保证了地基质量。

    4.2预裂爆破技术

    边坡开挖用爆破方法预留保护层比平地困难得多。因为有的掌子面高达8~10m,钻孔较平地困难。20世纪70年代初,国内外已有预裂爆破开挖边坡的报道。长江委施工处和长科院爆破研究所的科研人员在葛洲坝现场作了试验后,得出适合葛洲坝岩体的爆破参数,然后大量推广应用。预裂爆破效果很好,炸后沿预裂孔中线炸出一条很整齐的缝面,都在钻孔中线断开,保留岩体损伤较小,所以清理工作量很小。随后对要挖除的岩体可以用大药量快速爆破开挖,而不会破坏保留岩体。该项爆破技术在三峡工程得到大量的推广应用,取得了很好的效益。

    4.3保护层快速开挖技术

    水利水电工程开挖施工传统作法的缺点是,工期长、机械化程度低、劳力消耗多。从葛洲坝工程开始,长江委设计科研人员就探索保护层快速开挖的先进技术。后来又在万安、东江工程试验,用浅孔,小药量梯段爆破的方法取得了成功,然后在三峡工程得到了推广应用。在三峡船闸升船机和坝基开挖中,用水平预裂孔或水平光面爆破方式开挖保护层,爆后建基面平整,起伏差小于15cm,半孔率达98%以上。三峡二期大坝保护层开挖量26万m3,施工单位采用水平预裂爆破辅以浅孔梯段法开挖保护层也取得成功。

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