XX水电站大坝截流施工方案

-1-1工程说明1.1工程概况XX水电站工程位于新疆维吾尔自治区呼图壁县的西南面，坝址区位于呼图壁河中游河段。是呼图壁河中游河段河流规划中的第三级水电站，水库正常蓄水位1240.00m，死水位1185.00m，调节库容为7016×104m3，具有年调节能力，电站装机容量95MW，多年平均发电量2.14亿kWh。本标段主要承担大坝及引水系统进水口的施工，其中沥青心墙砂砾石坝坝坝顶高程1243.00m，最大坝高106.00m，坝顶全长312.51m，坝顶宽10m，坝体最大底宽约392m；左岸引水系统进水口为岸塔式，进水口底板高程1175.00m，塔顶操作平台高程与坝顶高程同为1243m。1.2依据与规范（1）《大唐新疆呼图壁河XX水电站大坝及引水系统进水口土建工程招标文件》技术部分；（2）《水利水电工程施工组织设计手册》（中国水利水电版）；（3）《防洪标准》（GB50201―94）；（4）《水利水电建设工程验收规程》（SL223―1999）；（5）《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SLI74―96）；（6）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148―2001）；（7）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）；（8）《水电站基本建设工程验收规程》（DL/T5123―2000）。1.3本次导截流的特点及对策1.3.1本次导截流的特点根据现场踏勘并结合我局多年来在新疆同类工程施工经验，本工程导截流及上游围堰施工有以下特点：（1）戗堤“合龙”时壅水过高：因围堰轴线处河床高程为EL1148.22m，导流洞进口底板高程为EL1160m。故在截流时，戗堤前水位壅高约12m才具备分流条件。经计算分析，戗堤“合龙”时龙口水流流速大（3.08m/s），上下游落差大（6.37m）。（2）上游围堰堰基渗水、排水量大：在戗堤“合龙”时，龙口需抛投大量块石，因块石间空隙大，势必在龙口处渗漏水较多。为确保上游围堰填筑-2-施工质量（上游围堰为坝体一部分），需加大上游围堰基础渗水、排水工作，为上游围堰填筑提供旱地作业条件。（3）上游围堰施工场地过小：依据设计图纸，上游围堰上游坡脚与戗堤下游坡脚相接，造成上游围堰施工场地过小，且不利于戗堤后排水坑槽布置。（4）上游围堰沥青心墙砼需在冬季施工：根据合同节点工期要求，2010年9月份实现截流施工后，需要完成戗堤压实、闭气、基坑抽排水、上游围堰基础开挖、上游围堰EL1166.5m高程以下的砂砾料填筑及高喷板墙等施工作业，最快也需二个多月，即到2010年11月底完成上述工作。随后进行上游围堰EL1166.5m高程以上堰体填筑及沥青心墙砼防渗体施工，此时业已进入冬季（合同技术条款文件要求，沥青心墙施工外界最低温度不低于5℃），给堰体沥青心墙砼施工带来诸多不便。1.3.2拟采取的措施针对以上导截流及上游围堰施工特点分析，我部拟采取如下相应措施：（1）戗堤“合龙”时壅水过高：根据现场地形，经过仔细研究，为避免壅水过高，现将上游围堰戗堤位置确定在导流洞进口下游30m处，距离上游围堰轴线210m；同时由于“6.22”洪水影响，现河床高程有所抬高，对截流相对有利。根据水利计算，戗堤壅水高程大约控制在6m左右，最大流速3.76m，但河流来水量较小，龙口合拢施工中采用大块石进行龙口抛投，可顺利实现截流施工。（2）上游围堰堰基渗水排水量大：上游围堰堰基渗水问题解决的关键是截流戗堤的闭气施工，计划在戗堤上游铺盖粘土，同时在下游挖截水槽，并做粘土心墙，加大加宽戗堤，尽量减少戗堤的渗水量，同时加大戗堤渗漏水排水工作，从而保证上游围堰堰基旱地施工条件。（3）上游围堰施工场地过小：合理安排围堰各工序施工，加强现场协调，作到人、材、机有序流动，从而加快围堰施工进度。（4）上游围堰沥青心墙砼需在冬季施工：前期进行沥青混凝土冬季施工生产性试验，根据以往工程经验，采取保温措施进行冬季沥青心墙砼施工；若因天气影响，则调整施工时段，在2011年4月底完成EL1166.5m高程以上的上游围填筑和沥青心墙施工。-3-1.4导流方式及导流时段（1）导流方式本工程为三等工程，主要永久性建筑物按3级建筑物设计，坝高106m，次要永久性建筑物按4级建筑物设计，临时工程建筑物按4级建筑物设计。导流方式采取不过水围堰一次拦断河床，利用隧洞（泄洪洞）泄流的导流方式。（2）导流时段本工程位于新疆寒冷地区，11月~次年3月为枯期时段，结合施工总进度对导流建筑物工期的要求，采用全年导流方案，有效施工时段为4月~10月，洪水标准为全年10年一遇，相应流量为270m3/s。（3）导流程序根据招标文件和本标段总体施工进度计划，确定相应的导流程序：1）2010年9月20日，泄洪洞具备过流条件，满足大坝截流的要求；2）大坝坝体填筑高程未超过上游围堰EL1176.0m时，由泄洪洞导流，上下游围堰挡水，导流流量为270m3/s，堰前水位EL1169.3m。3）大坝坝体高程超过EL1176.0m低于EL1189m时，库容小于0.1亿m3，坝体施工期临时度汛标准为全年20年一遇，相应洪峰流量389m3/s，由导流洞（泄洪洞）过流，上、下游围堰挡水，上游围堰堰前水位EL1175.2m。4）坝体高程超过EL1189.0m时，库容大于0.1小于1.0亿m3，坝体施工期临时度汛洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为563m3/s，由导流洞（泄洪洞）过流，大坝临时断面挡水度汛，堰前水位EL1188.0m。2012年5月导流洞（泄洪洞）下闸，水库开始蓄水。2导流建筑物2.1泄水建筑物本工程利用泄洪冲沙洞兼作施工期导流隧洞，共一条。由引渠段、岸塔式进水口、有压洞段、闸门井段、无压隧洞、出口消能工组成。引渠全长约116m，底板高程EL1160m，进口采用岸塔式，塔顶部高程EL1243m。隧洞长614m，坡度i=4.61%，断面采用城门洞型，尺寸为9.0×8.5m（宽×高），衬砌厚度0.8m。泄洪冲沙洞由其他标段施工，预计2010年9月20日具备过流条件。-4-2.2上游围堰本工程上游围堰作为坝体的一部分，按全年20年一遇洪水流量设计，设计流量389m3/s，上游围堰挡水水位为EL1175.2m；上游围堰堰顶高程为EL1176.0m，河床底高程EL1148.6m，最大堰高27.4m，堰顶宽10m，堰顶长度120.8m，堰基覆盖层最大深度12.1m。堰体由砂砾料、防渗体、护坡块石组成。迎水面堰坡和大坝坡度一致，为1:2.2，背水面堰坡1:2，上游围堰堰脚与截流戗堤之间用砂砾料回填保护堰脚，以利于大坝及围堰稳定。围堰防渗体EL1166.0m以下堰体及堰基覆盖层采用高喷板墙防渗，高喷板墙施工平台高程确定为EL1166.5m，嵌入基岩50cm，组成全封闭垂直防渗体系。墙体长101.5m，钻孔延米2116m；EL1166.5m高程以上堰体防渗，采用沥青混凝土心墙防渗。沥青混凝土心墙位于围堰堰体中部，心墙轴线与围堰轴线重合。心墙顶高程EL1176.0m，顶部厚0.50m，上、下侧按1：0.0054的坡度放坡，至EL1166.5m高程与高喷板墙相连。2.3下游围堰下游围堰利用原老坝挡水。老坝坝顶高程EL1155.0m，中间缺口顶高程EL1135.3m，均高于下游围堰全年10年一遇洪水流量时堰顶高程EL1133.5m，因此无需补缺即可满足下游挡水要求。3导截流施工方案根据合同约定，本标段导截流施工内容主要包括：（1）河床截流和大坝上游围堰的施工；（2）基坑排水；（3）施工期安全渡汛；（4）本合同内工程项目的渡汛、防汛工作等。本年度主要实施前两项工作内容，其中实现河床截流是本项工程的控制性节点，是确保大坝施工后续项目展开的关键性项目。3.1河床截流3.1.1截流时段选择根据大坝及引水系统进水口招标文件和本标段总进度计划安排，本标段河床截流时段初步安排在9月下旬，即9月30日。3.1.2截流流量选择-5-按照规范标准，截流标准采用截流时段内重现期5～10年月或旬平均流量，截流戗堤的安全超高可取1.0m～2.0m。本工程采用坝址多年9月平均流量23m3/s作为截流设计流量。经计算该时段导流洞全部过流，上游水位为EL1161.51m，截流戗堤加高1.8m，顶高程确定为EL1163.30m。3.1.3截流方式选择由于本工程导流洞底板高程较高（EL1160m），而对应戗堤位置河床水位为EL1154m，故在截流时，戗堤前水位壅高6m才具备分流条件，因此截流落差大，增加了截流的难度，但9月份截流流量小，可适当降低截流难度，因此截流方式选用单戗单向立堵方式截流。上游截流戗堤选在距上游围堰轴线210m上游处，此处河床在枯水期宽约53.0m，河床水位在EL1154.0m以下，戗堤顶宽20.0m，上游坡比为1：1.5，下游坡比为1：1.5，沿戗堤进占方向坡度为1：1.5。上游围堰截流戗堤轴线长210m，初拟龙口宽为30m。截流前采取左、右岸戗堤预进占。截流采用单戗堤立堵法，戗堤预进占自左、右两岸双向同时进占，截流龙口设于主河床偏右岸。3.1.3截流水力条件及截流材料3.1.3.1截流龙口水力特性计算根据原河床及导流建筑物的水位～流量关系，依据我局以往同类截流工程的施工经验，采用图解法计算截流龙口水力特性，比较接近工程实际。（1）截流设计流量在截流中分为四部分Q=Qg+Qd+Qr+Qs（1-1）其中：Q——截流设计流量Qg——龙口流量Qd——分流建筑物泄流量Qr——上游河道调蓄流量Qs——截流基坑渗流量截流时将Qd、Qr和Qs作为安全裕度不予考虑。则Q=Qg（2）不同龙口宽度水力学特性计算龙口宽度根据不同流态采用不同公式分别计算。-6-计算基本假定：视龙口为梯形或三角形过水的宽顶堰；槛顶水面是平的，忽略坡状水面影响；淹没流时上游水深等于下游水深，不计回弹落差；非淹没流时上游水深为临界水深。淹没流时龙口泄流量用式1-2计算：（1-2）式中：m———流量系数，采用0.30～0.32；本次计算m=0.319；n———淹没系数，龙口呈梯形断面时，hn/H≥0.7时为淹没流，n查巴浦洛夫斯基淹没系数表；龙口呈三角形断面时，hn/H≥0.8时为淹没流，n查别列津斯基淹没系数表Bcp———龙口平均宽度，Bcp=Shn+bb———龙口底部宽度（m）；nh———龙口下游水位(m)；H———龙口上游水头(m)非淹没流时龙口泄流量用式5-3计算：（5-3）式中：m———流量系数，采用0.30～0.32，本次计算m=0.31；cpB———龙口断面平均宽度，Bcp=Shn+bkh———临界水位(m)；其它符号同式1-2根据龙口流量判别流态，相应选取式1-2、1-3进行不同龙口水力特性计算。（3）龙口平均流速计算龙口平均流速按下式计算：（1-4）其中ph———临界水位(m)；（4）龙口抛投材料计算龙口抛投材料块径按下式计算：（1-5）式中：d———石块折算为球体的直径（m）；vmax———最大流速，计算时取龙口最大平均流速，m/sg———重力加速度，取9.8m/s2pcpghBQv2max/)(2vdmgk23cpH2gmBQ龙2/3cpH2gmQBn龙-7-m———抛投体密度，暂取2.2t/m3———水密度，取1t/m3k———稳定系数，本次截流不护底，取k=0.72。（5）水力特性计算成果根据我局类似工程截流的成功经验，单戗立堵进占用流速计算抛投料的粒径比较符合实际。从计算结果看，按照式1-5计算的块体粒径和以往资料比较接近，抛投材料最大粒径116cm。设计流量采用5年一遇9月月平均流量23m3/s。截流水力学计算成果见表1-1。表1-1龙口水力学特性表项目预进占区（Ⅰ）龙口区（Ⅱ）龙口宽度（m）504030252015105上游水位（m）1156.431156.561159.681159.761159.891160.061160.301160.73导流洞分流量（m3/s）000000.52.57.5龙口泄流量（m3/s）232323232322.520.515.5戗堤渗流量（m3/s）000000