某大型水利枢纽土石方平衡与调配

电力工业

某大型水利枢纽土石方平衡与调配

张洪川

（西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏

拉萨

850000）

摘要：结合西藏某大型水利枢纽土石方平衡与调配的设计方案，详细叙述调配方法及计算过程，如何求解出最短运输线路，降低成本，为西藏其他水利枢纽土石方的调配提供借鉴和参考。关键词：土石方调配砂砾石闭回路法

1工程概况

亿m3，大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，最大坝高108.0m。电站装机容量为58MW。工程总开挖量312.50万m3，总回填量788.62万m3，详见表1。

Ⅱ等大（2）型工程，由水库及电站工程、右岸副坝工程和供水工程组成。正常蓄水位4325.00m，总库容约3.75

表1项目水库及电站工程主坝泄洪洞泄洪洞出口闸交通洞发电洞溢洪道电站厂房过鱼设施小计供水工程副坝工程合计62434852686243488927526497019172916341826190804795972682992850265369898616484某大型水利枢纽位于西藏自治区日喀则市境内，为

土石方工程量表开挖（m3）土方砂砾石石方回填（m3）土方砂砾石石方16076216742585034514340843127778131783348931983103786650921838257064168951222073597226632256832921838258324605932613110118980923302093111221838267367322土石方平衡特点分析

中也属前列，做好土石方调配工作，可为项目降低大笔成本。

此工程土石方开挖部位主要有水库及电站工程、供水工程及副坝工程，填筑对象主要是水库及电站工程、供水工程及副坝工程，需要在多个填筑对象之间

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水利工程的布置一般都较为集中，土石方开挖、回填

量大，其调配受数量、质量、空间及时间的限制，对工程成本的影响较大。

此水利枢纽工程土石方调配量在西藏水利工程

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进行土石方平衡，较之一般的“多对一”的土石方平衡更为复杂，而细化土石方调配路线则尤为重要。

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鱼设施段，共62.43万m3，为第四系松散堆积物，土方回填集中主坝段，为“二对一”模式，型式简单，主坝段开挖的土方直接回填该段，其他土方作为弃渣运至弃渣场。

砂砾石开挖共163.42万m3，经现场地质勘查及试验，利用率见表2。

3开挖及回填料分析

此次工程开挖料主要有土方、砂砾石及石方。

土方开挖主要集中在水库及电站工程中的主坝及过

表2项目水库及电站工程

主坝泄洪洞泄洪洞出口闸交通洞

发电洞溢洪道电站厂房小计供水工程副坝工程合计万m3万m3万m3万m3万m3万m3万m3万m3万m3

47.9626.830.292.659.91.6589.2864.979.17163.42单位

砂砾石开挖利用量表开挖量

利用率92%95%95%96%98%90%96%94%

可利用量

44.1225.490.282.549.71.4983.6262.378.62154.615.976.63583.2459.3331.1673.67回填量570.64

弃渣量3.841.340.010.110.200.165.662.600.558.81由表2可见水库及电站工程可利用方量为83.62万m3，供水工程可利用方量为62.37万m3，副坝工程可利用方量为8.62万m3，总弃渣方量为8.81万m3。此次

表3料场名称

F1F2F3F4

料场类型砂砾石填筑料场砂砾石填筑料场砂砾石填筑料场砂砾石填筑料场

工程共设置一个弃渣场，在砂砾石取料场，工程所有弃渣均弃至该渣场。

工程共详查四个砂砾石填筑料场，指标见表3。

砂砾石填筑料场指标表料场面积（104m2）

7.219.423.9182

储量（104m3）

33.1283.31383.63640

各项指标满足规范土石坝坝壳砂砾石料要求

质量评价

由表3可见勘察料场储量满足2倍设计需要量，其中F4料场距离各回填部位都比较远，在F1、F2、F3

表4位置

F1料场

水库及电站工程供水工程副坝工程

1063

F2料场1085

料场及开挖利用率满足回填要求的情况下可作为备用料场，不参与回填。各部位回填料运距见表4。

回填输运距离表运距（km）

料场料

F3料场1.521.526

F4料场水库及电站工程2037.533

217.513

17.534.5

利用料

供水工程

副坝工程134.51

4砂砾石开挖及回填运输计算

4.1方案选择74

此次工程共需砂砾石回填料673.67万m3，F1、F2、

F3料场及开挖利用料共854.62万m3。

先假定挖填平衡，即在三个取料场中的一个或两个料场减去一部分储量使可回填料为673.67万m3。

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则有4个方案：①F1料场减少33.1万m3，F2料场减少147.85万m3；②F1料场减少33.1万m3；F3料场减少147.85万m3；③F2料场减少180.95万m3；④F3料场减少180.95万m3。

按以上四种方案依次运算，得出最小成本的即为最优方案。

表5

供料区回填区水库及电站工程A1供水工程A2副坝工程A3F1料场A4F2料场A5F3料场A6回填量（万m3）

10.62283.31202.65583.24

水库及电站工程B183.623.04

217.51310101.5

59.3359.33

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4.2计算过程

以方案4为例，采用表上作业法，计算过程如表5。

4.2.1最小元素法确定初拟方案。初拟方案成本总量为83.62×2+3.04×17.5+59.33×3+8.62×1+10.62×10+22.48×3+283.31×10+202.65×1.5=3717.77。成本计算按运距×数量，每方运输单价相同，可以不计算在内。

初拟砂砾石调配表

供水工程B2

17.534.56821.5

31.108.62副坝工程B3

134.51526

22.483

供应量（万m3）

83.6262.378.6233.10283.31202.65673.67

4.2.2采用闭回路法检校初拟方案。采用闭回路法对初拟砂砾石调配表空格处的非基变量进行检校，闭合路径见表6。形成闭合回路后，在计算检验数时起点为正，任意时针下个顶点为负，由此正负交替直到所

表6起点A1B2A1B3A2B3A3B1A3B2A4B2A5B2A5B3A6B2A6B3闭回路路径及检验数值表路径→A1B1→A2B1→A2B2→→A1B1→A4B1→A4B3→→A2B1→A4B1→A4B3→→A4B1→A4B3→A3B3→→A4B1→A2B1→A2B2→→A5B1→A2B1→A2B2→→A5B1→A4B1→A4B3→→A6B1→A2B1→A2B2→→A6B1→A4B1→A4B3→原点A1B2A1B3A2B3A3B1A4B2A5B2A5B3A6B2A6B3有顶点包括进去，例：Λ12=C12-C11+C21-C22。

由于Λ23=-6＜0，所以初拟砂砾石调配表中的解不是最优解。

4.2.3改进调配方案。①Λ23为换入变量，找出它在运输表中的闭回路，本工程换入变量在表6中可以查出。②以空格（A2B3）为第一个奇数顶点，沿闭回路的顺（逆）时针方向前进，对闭回路上的顶点依次编号；本工程编号顺序为A2B3、A2B1、A4B1、A4B3、A2B3。③在闭回路上的所有偶数顶点集合中，找出运输量最小的顶点，以该格中的变量为换出变量；本工程偶数顶点有A2B1、A4B1，对应的变量为3.04、10.62，选择其中最小数值为3.04作为23的换出变量。④将该闭回路上所有奇数顶点处的运输量都增加这一数值，所有偶数顶点处的运输量都减去这一数值，从而得出新的调配方案。新调配方案见表7。

检验数值018-651110.512.5234.531.5→A3B3→A4B3→A4B1→A2B1→A2B2→A3B2表7供料区回填区水库及电站工程A1供水工程A2副坝工程A3F1料场A4F2料场A5F3料场A6回填量（万m3）

13.66283.31202.65583.24

水库及电站工程B1运量83.62

运距217.51310101.5

改进后初拟砂砾石调配表

供水工程B2运量59.33

运距17.534.56821.5

59.33

31.103.048.6219.44副坝工程B3运量

运距134.513526

83.6262.378.6233.10283.31202.65673.67供应量（万m3）

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改进方案成本总量为83.62×2+59.33×3+3.04×4.5+8.62×1+13.66×10+19.44×3+283.31×10+202.65×1.5=3699.53，计算成本比初拟砂砾石调配成本低。再对新解进行最优性检验，改进砂砾石调配的非基变量检校数值Λ12=24，Λ13=18，Λ21=6，Λ31=5，Λ32=5，Λ42=4.5，Λ52=6.5，Λ53=2，Λ62=28.5，Λ63=10.5。检验数都＞0，改进调配方案为最优方案。4.3方案确定

《西藏科技》2019年2期（总第311期）

83.62×2+59.33×3+3.04×4.5+8.62×1+13.66×10+19.44×3+102.36×10+383.6×1.5=2161.45。

经比较，方案3最低成本相对最小。水库及电站工程为自身回填提供开挖利用料83.62万m3；供水工程为自身回填提供开挖利用料59.33万m3，为副坝回填提供开挖利用料3.04万m3，共62.37万m3；副坝工程为自身回填提供开挖利用料8.62万m3；C1料场为水库及电站工程提供回填料13.66万m3，为副坝工程提供回填料19.44万m3，共33.1万m3；C2料场为水库及电站工程提供回填料102.36万m3；C3料场为水库及电站工程提供回填料383.6万m3。

根据计算方案4的最低成本为3699.53，分别按上

述步骤计算前三种方案，得出结果为：方案1最低成本83.62×2+59.33×3+3.04×4.5+8.62×1+116.02×10+19.44×5+383.6×1.5=2200.33；方案2最低成本83.62×2+59.33×3+3.04×4.5+8.62×1+263.87×10+19.44×5+235.75×1.5=3457.06；方案3最低成本

表8料场名称S1料场类型块石料场5石方开挖及回填运输计算

个块石料场。

各部位石方的开挖及回填量见表8，此工程详查1

块石料场指标表料场面积（104m2）18储量（104m3）540质量评价长石砂岩，各项试验指标满足石料质量要求此工程石方挖填基本平衡，由于回填质量要求，水库及电站工程中有7.1万m3必须由料场运进，其他石方可用于回填工程。

计算方法和前文相同，最终方案如表9。

表9

运量

初拟砂砾石调配表

水库及电站工程B1运距

副坝工程B3运量

运距

供应量（万m3）在“多对多”条件下整理出最优调配方案，以运距最短为调配目标，从而降低施工成本。而在实际的施工过程中存在二次倒运问题，可以将二次倒运运距及装卸单价计入后再采用文章计算方法解出最优方案。

在水利水电工程中，土石方调配都比较集中而且数量大，需要系统的处理好土石方的挖、填、借、弃四种关系，使运距最短、挖填尽量平衡、减少二次倒运，从而降低费用、降低成本。

参考文献

［1］石峰，潘存德，韩守都.水利工程土石方平衡分析及弃渣量计算［J］.山西水土保持科技，2010（3）：13-15.［2］韩至成，张艳香.南水北调土石方平衡分析与调运［J］.南水北调与水利科技，2009，7（6）：331-334.［3］党耀国，朱建军，关叶青.运筹学［M］.北京：科学出版社，2015.

编校洛松拉措

水库及电站工程A182.71供水工程A2副坝工程A3S1料场A4回填量（万m3）7.189.81217.5136.53.33.20.1134.5116.582.713.20.17.193.11石方调配经过方案比较，选择上述表格方案为最终方案，其成本为82.71×2+3.2×4.5+0.1×1+7.1×6.5=226.07。

6结语

空间、时间、数量、质量是影响土石方平衡的四大

要素，文章着重分析了土石方平衡中的空间影响，76