水库工程大坝施工导流设计研究

发布于：2015-06-05 08:40:05 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1、工程概况
　　中桥水库工程位于贵州省遵义市中心城区东北面，地处湘江左岸支流仁江下游新田湾河段内，坝址距仁江河口13．6km，距遵义市城区中心21．Okm，距中桥集镇2．4km，现有乡村公路通到水库坝址下游540m处。水库坝址以上流域面积598．2km2。，多年平均径流量31980万m3。，坝址以上河长68．5km，河道比降7．03％o。水库总库容7380万m3。，规划正常蓄水位812m，正常蓄水位库容5570万m3。，兴利库容5230万m。，城市供水能力30万m3／d，同时灌溉农田3．012万亩并解决4．6009万人的人饮(集镇4万人，农村0．6009万人)。
　　工程任务为城市供水、农田灌溉兼顾集镇及农村人畜饮水，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定，工程规模为中型，工程等别为III等。工程由大坝枢纽、提水泵站、供水管道及灌溉工程等组成，工程概算总投资105970万元，大坝工程施工工期24个月，整个工程施工总工期36个月。
　　2、施工导流及度汛
　　2．1 施工导流
　　水库坝址所在河流属山区河流，坝址段河面宽23~36m，坝址左右岸地形总体较完整，多以连续的斜坡为主，近河床为零星不连续分布的一级阶地，宽约5～15m。其上至826m高程地形坡角35度～45度，826m高程以上多为呈台阶状耕植地分布，坡角约20度～25度，坡顶高程1100m，靠河床侧略向河床凸出，坡角不均匀，786m高程以下为陡坎状耕地，其上坡角相对平顺，地形坡角40度～45度，坡顶高程838m。下部为一开阔平缓台地，台地高程785～ 793m。
　　2．1．1导流方式
　　水库所在的仁江河属典型的山区峡谷河流，洪水主要由暴雨形成，水位变幅大。根据坝址地形地质及水文条件、枢纽建筑物布置及结构特点、施工工期要求等因素，基本不具备分期导流及涵管导流建筑物的布置条件。经综合比较，水库大坝施工导流采用全段围堰+右岸隧洞过水的导流方式。导流隧洞按城门洞型设计，全长425m，导流隧洞设计过水断面3．5m×5．0m(宽×高)，隧洞进口设置下闸蓄水封堵闸门槽、放空兼冲沙闸井及龙抬头段，下闸蓄水后改为放空兼冲沙隧洞，其结构按永久建筑物设计，底板采用30am厚C25钢筋混凝土衬砌、侧墙及顶拱采用50cm厚C25钢筋混凝土全衬砌，并对洞身进行固结及回填灌浆。施工导流平面布置和导流隧洞轴线纵剖面分别如图l和图2所示。

2.1.2 施工导流标准及流量选择
　　水库为中型水库，拦河大坝为70m以下的混凝土面板堆石坝，工程等别为III等，主要建筑物大坝、溢洪道等为3级建筑物，提水泵站主要建筑物等级为3级，次要建筑物为4级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303－2004）规定，大坝施工导流洪水标准为5~10年。结合工程实际特性，大坝施工导流洪水标准设计为5年一遇（P＝20%）。根据工程施工需要，按4个不同的施工分期进行洪水计算，施工分期分别为：10~4月、11~4月、11月~3月、12~4月及全年。分期洪水由湘江水文站分期洪水成果按水文比拟法计算，大坝施工分期洪水计算成果如表1所示。

根据施工总进度计划的安排，水库大坝需在第二年汛期达到设计度汛高程806m，为充分保证坝体填筑工期，通过适当延长导流时段，保证第二年汛期大坝填筑高程能够满足度汛洪水标准要求，因此，大坝施工导流洪水标准5年一遇（P＝20%）的10~4月份，相应导流洪峰流量Q＝122立方米/S。
　　2．2 施工度汛
　　2．2．1度汛标准及洪水流量
　　根据工程施工进度计划安排和大坝填筑强度测算，第一施工年度枯季的6个月内大坝可填筑至806m高程以上，左岸溢洪道开挖成型，大坝相应拦洪库容2840×104m。。因大坝为混凝土面板堆石坝，且拦洪库容已超过1000万ITl3，下游有中桥村集镇及326国道，根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)的规定，中桥水库大坝施工期临时度汛洪水标准取50年一遇(P=2％)，相应入库洪峰流量Q=15OOm ／s。
　　2．2．2施工度汛方式
　　根据水库大坝枢纽区各建筑物的布置特点，因大坝为面板堆石坝，汛期若允许坝顶过水，坝面临时保护工程量较大，同时坝体汛期施工风险也较大；若只采用导流隧洞泄洪，则隧洞断面太大，临时工程量投资增大，不经济，根据枢纽工程施工总进度计划安排，第二施工年度拟定采用大坝临时断面挡水+导流隧洞+左岸溢洪道下泄超标洪水的度汛方式；第三施工年度大坝填筑及混凝土面板均已完工，大坝施工己达到完整的设计面貌，导流隧洞进口已下闸封堵改为由闸门控制的冲沙兼放空隧洞，且施工度汛可由溢洪道下泄洪水，无需单独考虑度汛设施。
　　导流隧洞设计过流能力为导流洪水标准(P=20％)的10～4月，大坝施工采取在第一施工年度的9月底截流，10月份开始河床基坑开挖，保证坝体第一个枯季时段高峰填筑强度的实施，将大坝在第二施工年度的主汛期来临前填筑到806m高程以上，并做好坝面临时保护工作，具备临时挡水功能；左岸溢洪道进口底板(798m高程)混凝土浇筑完毕，闸墩、堰顶、泄槽段及出口消力池等部位的混凝土待第二施工年度汛期结束后进行浇筑，将溢洪道作为度汛分流建筑物，大坝施工度汛采用导流隧洞+溢洪道缺口泄洪的度汛方式。
　　2．2．3度汛洪水分流计算
　　根据拟定的大坝施工期临时度汛方案与导流隧洞、溢洪道缺口的结构尺寸，度汛时段导流隧洞水力学按照有压管流进行计算，溢洪道过流按照宽顶堰计算。水库大坝施工度汛洪水分流计算成果如表2所示。

　
从表2可知，在50年一遇(P=2％)洪水标准时最大入库洪峰流量Q=1500m3／s，坝前水位达805．08m使库水位不再上涨，达到设计度汛标准，相应拦洪库容2840万m3。大坝施工考虑安全超高，主汛前大坝挡水的施工坝面高程取806．OOm，坝体填筑工程量约31万m3。上游坝面采用C5挤压混凝土护面度汛，溢洪道进口底板高程798．OOm，底板及侧墙混凝土浇筑完毕，具备过水条件，可实现安全度汛。
　　3、导流工程施工
　　3．1 导流隧洞
　　导流隧洞进出口引渠覆盖层土方采用挖掘机挖装、自卸汽车出渣。引渠石方及洞口闸井削坡按自上而下分层的梯段开挖方式，手风钻钻孔，人工装药，预裂爆破的，开挖弃渣采用挖掘机挖装、自卸汽车出渣。边坡支护根据地质情况采用随机锚杆+喷混凝土进行临时支护处理。导流隧洞洞身开挖长349m，单面进尺174．5m，开挖断面4．5m×10．8m～4．5m×5．8m(宽×高)，开挖断面面积48．87～24．32m2 。施工除尘及通风换气考虑在进出口各布置一台轴流式风机进行压入式供风，洞内照面采用绝缘线路沿侧墙布置。
　　根据《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》(DL／T5099—1999)规定，隧洞为中型断面开挖，采用新奥法开挖，全断面掘进、一次成型的方式施工，特殊地质情况采取开挖与临时支护衬砌交叉施工方式；开挖采用自制钢桁架配合凿岩机或架钻台钻孔，III类围岩洞身段循环进尺3～5m。洞身设计轮廓部位采用周边预裂及光面爆破方式，槽孔的孔位偏差不宜大于5am，爆破实施后残留炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布，炮孔痕迹保存率：完整岩石在80％以上，较完整和完整性差的岩石不小于50％，较破碎和破碎岩石不小于20 。
　　导流隧洞采用进出口两端进洞的开挖方式，当相向开挖的两个工作面相距30m或5倍洞径距离放炮时，双方人员必须撤离工作面，相距15m时，应停止一方工作，单向开挖贯通。隧洞开挖出渣采用装载机配合自卸汽车出渣，除用于围堰填筑的沿河岸临时堆放外，其余部分运至左岸弃渣场堆放。隧洞开挖完毕未进行衬砌混凝土浇筑前在围岩变形显著、偏压、高应力区及地质构造带等部位设置围岩监测点。对风化较深的围岩，在开挖前采用小导管超前支护，开挖后进行及时衬护。
　　隧洞钢筋混凝土衬砌采用简易钢模台车浇筑侧墙及顶拱，拉模浇筑底板的方式，人工安装立模，混凝土由左岸临时工程混凝土拌合站供料，混凝土罐车运至洞口转混凝土泵压送入仓，软轴式振捣器振捣密实，模板安装及混凝土表面平整度必须符合水工混凝土施工规范要求，衬砌混凝土拆模后人工洒水喷雾养护。
　　冲沙兼放空隧洞闸门井778．55m高程以上的井筒混凝土在导流隧洞衬砌完毕后进行浇筑，混凝土水平运输采用罐车运至右岸825m高程后转混凝土泵送入仓，插入式振捣器振捣密实。进口龙抬头洞身段顶拱、侧墙及闸井隔板混凝土在导流隧洞衬砌时浇筑，龙抬头C20毛石混凝土在导流隧洞下闸封堵蓄水后进行浇筑，洞身衬砌混凝土顶拱、侧墙及底板每隔15m设置横缝一条，缝宽2cm，缝内埋设橡胶止水带。闸井及排架为高空作业内容，混凝土浇筑必须在满堂脚手架及安全防护网的保护下进行施工。
　　3．2 挡水围堰
　　(1)上游围堰。上游围堰填筑土石料主要采用大坝坝肩及导流隧洞进口端的开挖弃渣料，粘土料在大坝下游左岸III号或Ⅳ号土料场开采。根据导流隧洞进口底板高程及截流流量，上游围堰的截流戗堤高程774m，可以利用现有拦河坝作为截流戗地，粘土心墙与土石填筑堰体同时施工，围堰填筑至堰顶高程后对上有面进行削坡及干砌块石护坡施工，围堰土石渣填筑参照碾压式土石坝的施工工艺执行。
　　(2)下游围堰。下游围堰截流戗堤顶高程769m，采用坝肩及隧洞开挖石渣从左至右单仓立堵堆筑，戗堤堆筑至顶高程后进行围堰土石方及粘土心墙填筑施工，围堰填筑施工方法、材料来源与上游围堰相同。上、下游围堰土石渣料填筑均采用装载机装料、自卸汽车运输，平仓机铺料整平，振动碾压实，粘土采用反铲挖掘机挖装、自卸汽车运输至围堰填筑部位，推土机铺料整平，碾压方式与堰体土石方填筑同步施工。
　　3．3 围堰拆除
　　根据工程施工进度计划安排，水库大坝在第二施工年度主汛前大坝可填筑至805．08m高程，且大坝度汛期间的泄洪任务主要由导流隧洞及左岸溢洪道完成，下游围堰位于导流隧洞及溢洪道出口上游，为保证汛期非洪水时段大坝施工的跨河交通需求，考虑下游围堰施工期间不作拆除处理，在工程完工后进行下游河道清理时一并拆除。上游挡水围堰堰顶高程低于冲沙隧洞进口底板高程，对工程施工度汛和水库运行的影响不大，拟定留于库内，不作拆除处理。下游围堰拆除采用挖掘机挖装渣、自卸汽车运输至弃渣场堆放。
　　4、结语
　　经专家评审，中桥水库工程施工导流设计方案满足实际施工条件和工程特性的要求，将临时建筑物与永久建筑结合考虑，总体布置及结构设计科学合理，设计理念对节省工程投资有利，同时，工程施工的每一道工序的合理安排和良好衔接，施工时段安排及进度计划能够保证大坝工程的施工及度汛。施工工艺合理，对水利工程施工导流工程的设计与施工起到良好的现实指导和借鉴作用。