1.工程简介
阿尔塔什水利枢纽工程位于塔里木河源流之一的叶尔羌河干流山区下游河段的新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县库斯拉甫乡境内,是一座在保证向塔里木河干流生态供水目标的前提下,承担防洪、灌溉、发电等综合利用任务的大型骨干水利枢纽工程。水库工程正常蓄水位为1820.0m,水库设计洪水位为1821.62m,校核洪水位为1823.69m,总库容22.49亿m3;电站装机容量755MW。阿尔塔什水利枢纽工程为大(1)型Ⅰ等工程。
枢纽工程由:拦河坝,1号、2号表孔溢洪洞,中孔泄洪洞,1号、2号深孔放空排沙洞,发电引水系统,电站厂房,生态基流引水洞及其厂房,过鱼建筑物等主要建筑物组成。阿尔塔什水库混凝土面板砂砾石堆石坝,坝轴线全长795.0m,坝顶高程1825.80m,坝顶宽度为12m,最大坝高164.8m,上游坝坡采用1∶1.7,下游坝坡坡度为1∶1.6。面板坝直接建造于河床深厚覆盖层上,覆盖层最大厚度94m。大坝抗震设计烈度为9度,100年超越概率2%的设计地震动峰值加速度为320.6gal。
阿尔塔什水库大坝最大坝高164.8m,覆盖层深度94m,大坝加上可压缩覆盖层深度,总高度达258.8m,超过世界上已建成最高233m的水布垭面板坝,也超过了目前可研准备收口的坝高244m的古水面板坝及坝高254m的茨哈峡面板坝,为300m级高面板堆石坝,其坝基、大坝及各部位变形协调和控制问题更为突出。
2.工程应用
阿尔塔什水利枢纽大坝施工坝体分区较多,各区坝料级配不一,碾压质量控制与碾压施工工艺也不同。采用高精度的北斗卫星定位技术、压实度传感器以及无线传输网络,建立和开发阿尔塔什水利枢纽大坝碾压施工质量监控系统。
(1)大坝碾压施工控制参数确定。大坝设计资料中,大坝坝体填筑压实度为90%,因此,在这样的施工质量目标基础上,需要在碾压试验过程中,结合高精度北斗卫星定位系统以及挖坑检测等确定实际施工过程中的施工控制指标,作为实际工程施工过程中利用高精度卫星定位系统与新型压实度传感器进行施工过程实施监控的标准,确保工程建设过程可控、施工质量真实可靠。
(2)大坝碾压质量GNSS施工过程控制关键技术。阿尔塔什水利枢纽大坝为混凝土面板堆石坝库,是整个工程中最重要的水工建筑物。碾压质量控制将严格执行《混凝土面板堆石坝施工规范》及标书文件中的有关规定,施工中严格按设计图纸、设计文件施工。利用目前先进的北斗大坝施工过程控制系统,保证工程施工质量,为阿尔塔什水利枢纽创优质工程提供重要的技术手段与支撑。
利用实时动态定位(RTK)系统(要求由一台基准站和至少一台流动站及相配套的数据通信链组成),建立无线数据通信以保证实时动态测量,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据,随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。
土石坝碾压施工中,大坝坝料的碾压是控制大坝施工质量的关键。本项目中拟采用专用设备对碾压施工过程进行严格的施工过程控制,保证坝料的碾压施工过程中的碾压起振力、振动激振力、碾压设备行走速度、碾压遍数、碾压轨迹等信息,满足相关规程规范要求。
主要的研究与控制方法:在施工区域附近设定基准站,在平仓机械及碾压机械上安装北斗高精度定位接收机作为流动站,另设立一个中央处理系统实时处理基准站和流动站接收的数据,实时精确定位碾压机具的行进轨迹,分析碾压机具在坝体不同区域的碾压遍数和行车速度,及时发现是否存在漏碾或少压现象,实现对施工过程的实时控制。另外,在施工过程数据处理的基础上,对于发现漏碾或少压的区域,可以进行针对性检测和加大检测量,及时发现碾压质量问题及时处理。
通过该部分内容的研究,最终实现坝料碾压轨迹、行车速度、压后高程、压实厚度和激振力以及施工时间等重要施工信息的自动监控,并根据分析成果进行施工过程的实时控制。
(3)大坝施工过程质量控制管理系统。根据阿尔塔什水利枢纽工程中的大坝碾压管理规定以及施工实际情况,建立大坝施工质量管理系统。大坝施工质量管理系统平台由网络层、数据结构层(基础地理数据和基础设施数据等)、技术层(空间信息技术平台、管理信息技术平台和综合信息技术平台等)和保障层(标准与规范、政策与法规等)组成。主要内容如下。
a.大坝设计信息的展示,主要包括大坝设计平面图以及典型剖面信息等基础信息展示模块开发。
b.黏土心墙砂卵砾石堆石坝的三维空间设计信息展示功能模块开发。
c.大坝施工过程中碾压轨迹、碾压遍数、碾压设备行进速度等数据分析与显示功能模块。将施工中通过GNSS等设备实时监测到的相关数据通过系统模块进行处理与分析,并利用图形直观地显示出来,输出的图形图像等结果以利于业主、监理方以及建设方及时了解工程施工状况,保证施工工程质量。
d.大坝施工过程采集到的相关信息分析、整理及输出打印模块开发。
e.系统网络化技术的开发。
利用建立的阿尔塔什大坝填筑施工过程智能化监控系统,可以实现大坝填筑施工过程的实时监控。施工设备的实时施工状态与施工参数,都可以在系统中进行展示,如图8-123～图8-125所示。
图8-123 阿尔塔什大坝填筑施工过程智能化监控系统界面
图8-124 阿尔塔什大坝填筑施工过程智能化监控系统首页
图8-125 阿尔塔什大坝填筑施工过程智能化监控系统中施工信息实时展示
1)大坝碾压施工实时分析。利用大坝碾压实时分析,可以得到当前状态下施工区域内每一台碾压设备的实时碾压信息,包括在界面上实时显示各碾压设备的碾压施工过程,如图8-126所示。
图8-126 阿尔塔什大坝碾压施工过程智能化监控系统中施工信息实时展示(www.xing528.com)
图8-127 平面分析参数输入界面
左下角的方框中是每一台碾压机械的实时施工信息,主要包括设备的行进速度、碾压设备的振动频率、碾压设备的行驶方向,碾压设备的实时坐标等参数,在展示界面中用一个带有编号的圆圈代表不同的碾压设备。
在图8-126中右下角是对坝料碾压不同遍数所对应的颜色标识,可以根据此标识了解目前的施工区域内大坝坝料的碾压遍数。
2)大坝已有碾压历史数据的分析。在平面分析界面中,输入需要分析的区域范围,主要有以下几个参数,包括高程、层厚、桩号范围等,如图8-127所示。
参数输入完毕后,单击“分析”按钮,展示该区域内的已有碾压施工信息,如图8-128所示。
图8-128 平面分析界面示意图
根据图形显示区域上部的功能分析条,可以对已有碾压数据的振动碾压遍数、静碾压遍数、碾压行进速度平均值、碾压机械振动频率、碾压沉降量以及碾压轨迹回放等进行分析,如图8-129～图8-134所示。
图8-129 振动碾压遍数分析界面
剖面分析主要提供垂直坝轴线与平行坝轴线的任意剖面的生成,在生成的剖面上可以形象地展示每层坝料的厚度以及碾压遍数等施工参数,如图8-135～图8-137所示。
图8-130 振动碾压遍数分析界面
图8-131 碾压行进速度分析界面
图8-132 碾压机械振动频率分析界面
图8-135 剖面分析中剖面确定界面
图8-133 碾压沉降置分析界面
图8-134 碾压轨迹回放分析界面
图8-136 剖面分析示例(一)
图8-137 剖面分析示例(二)
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