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        官地水電站地下廠房尾水出口圍堰方案優(yōu)化

        2011-07-09 06:26:02岳金旗
        四川水力發(fā)電 2011年5期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        岳金旗

        (四川二灘建設(shè)咨詢有限公司,四川成都 610051)

        1 概述

        官地水電站位于雅礱江干流、四川省涼山彝族自治州鹽源縣金河鄉(xiāng)打倮村境內(nèi),上游與錦屏二級水電站尾水銜接,下游與二灘水電站相距約145 km,距西昌市公路里程約80 km。

        官地水電站工程等級為一等,樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段、消力池、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成。碾壓混凝土重力壩壩頂高程1 334 m,最大壩高168 m,壩頂長516 m。溢流壩段布置5孔溢流表孔,每孔凈寬15 m,溢流堰頂高程1 311 m;在左右岸各設(shè)放空中孔,溢流壩段下游接消力池。

        引水發(fā)電系統(tǒng)采用右岸地下廠房布置方案,由進水口、引水洞、主、副廠房、母線洞、主變室、出線洞、永久通排風(fēng)系統(tǒng)、進廠交通洞、尾水管及連接洞、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、廠房排水設(shè)施及地面開關(guān)站等組成。引水發(fā)電系統(tǒng)采用單機單管供水,裝4臺單機容量為600 MW的水輪發(fā)電機組,總裝機容量為2 400 MW。

        主廠房最大開挖尺寸為243.44 m×31.1 m×76.3 m,機組安裝高程1 195.8 m。主變室位于主廠房與尾調(diào)室之間。主變室最大開挖尺寸為197.3 m ×18.8 m ×28.6 m,尾調(diào)室最大開挖尺寸為221 m ×21.5 m ×76.5 m,由兩個單室組成。尾水洞共兩條,1#尾水隧洞長407.377 m,2#尾水隧洞長515.188 m,凈斷面均為16 m×18 m的方圓型,襯厚0.8 ~1.5 m。

        2 尾水出口地質(zhì)條件與圍堰施工方案比選

        2.1 地質(zhì)條件

        出口段有斷層通過及錯動帶多組,緩傾角結(jié)構(gòu)面較發(fā)育,緩傾裂隙常呈密集帶產(chǎn)出;出口最大邊坡高達95 m左右,局部分布陡、緩錯動帶及裂隙組合,對邊坡穩(wěn)定不利,邊坡巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類沉積凝灰?guī)r,地表、地下均可見溶洞;尾水洞閘基主要置于Ⅱ、Ⅲ類巖體上,巖體較為完整。尾水洞全洞段位于地下水位以下,有裂隙承壓水存在。

        2.2 圍堰設(shè)計原則

        尾水洞出口圍堰的防洪度汛標準不得低于P=10%,并充分考慮因外部條件引起的河水壅高等不利因素的影響。廠房下部混凝土和機組埋件安裝施工期考慮到廠房施工對發(fā)電工期的影響,2009年以后將尾水洞出口的防洪度汛標準提高到P=2%,并要求滿足以下條件:

        (1)滿足施工期間右岸交通通行要求;

        (2)圍堰布置要充分考慮出口明渠段長度,少占壓或不占壓明渠段建筑物;

        (3)圍堰盡可能座落在基巖上;

        (4)滿足工程施工、工期、防洪、抗沖刷要求;

        (5)充分利用尾水出口基巖預(yù)留巖坎,減少圍堰工程量,滿足經(jīng)濟實用的目的;

        (6)便于圍堰的拆除和清渣。

        2.3 方案比選

        開工后,對出口圍堰的形式進行了多方案的比選。方案一是投標時的一類形式的代表,方案二、三為兩種結(jié)合現(xiàn)場實際情況并經(jīng)進一步查勘現(xiàn)場后的比選方案。圍堰多方案的比選,主要是基于實際工程地質(zhì)及水文情況較招標文件描述和投標文件判斷的變化;其一:導(dǎo)流洞過流后,導(dǎo)流洞過流沖刷導(dǎo)致導(dǎo)流洞出口下游及尾水出口附近河床變化、流態(tài)變化和水位壅高;其二:實際鉆探揭示的尾水洞出口附近河床基覆線與招標文件描述的地質(zhì)情況出入較大。

        (1)方案一:尾水洞出口圍堰按不低于6~9月洪水頻率P=2%設(shè)計(Q=11 000 m3/s),相應(yīng)的水位高程為1 220.2 m;考慮安全超高,圍堰頂部高程為1 221 m;圍堰采用預(yù)留巖坎加漿砌石圍堰相結(jié)合的形式,預(yù)留巖坎高程約為1 202 m。為確保巖坎圍堰穩(wěn)定和防滲要求,在圍堰基礎(chǔ)巖坎設(shè)置了一排防滲灌漿孔,孔距2 m,深入預(yù)留巖坎高程以下不小于2 m。圍堰基本斷面與迎水面垂直,背水面砌筑成臺階,坡度為1∶0.75,圍堰頂軸線長260 m,圍堰頂寬為7 m,為更好的滿足錯車要求,每隔100 m左右將堰頂適當(dāng)加寬。圍堰迎水面鋪30 cm厚混凝土防滲漏,堰頂澆筑一層20 cm厚的C15混凝土;圍堰底部的最大寬度約為14.25 m,迎水面最大堰高約為19 m,漿砌石砌筑總量為49 200 m3。

        (2)方案二:尾水洞出口圍堰采用預(yù)留巖坎與混凝土圍堰相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。堰體堰基均采用水泥灌漿技術(shù)進行基礎(chǔ)防滲處理。尾水洞出口圍堰采用巖坎與混凝土圍堰相結(jié)合的形式,軸線根據(jù)現(xiàn)場地勢并考慮下基坑道路的布置確定,圍堰設(shè)計頂高程為1 225 m,堰頂按雙車道設(shè)計為9 m,軸線長310 m,混凝土圍堰迎水面垂直,背水面邊坡為1∶0.7,圍堰混凝土標號為C15。圍堰混凝土澆筑總量為69 800 m3。

        (3)方案三:由于出口河道狹窄,河道水流湍急,為減少對基坑的占壓,并且簡化基礎(chǔ)防滲結(jié)構(gòu),出口汛期圍堰擬采用漿砌石結(jié)構(gòu),將堰基座落在基巖上?;A(chǔ)防滲采用固結(jié)灌漿,堰體通過漿砌石擋墻防滲。由于堰頂有交通要求,工程量相對較大,為節(jié)約造價,僅在迎、背水面采用漿砌石擋墻、中間箱體采用開挖石渣回填密實。為保持堰體的整體性,其基礎(chǔ)用漿砌石將上下游擋墻相連。迎水面和背水面的坡比均為1∶0.3,堰頂公路按照泥結(jié)碎石路面標準設(shè)計,堰頂寬8.5 m。預(yù)留巖坎高程1 206.58 m,堰頂高程1 221.58 m,堰頂寬8.5 m,相應(yīng)軸線長約202.9 m,最大堰高26.58 m。漿砌石砌筑總量為13 900 m3,土石方回填總量為16 700 m3。

        3 河道河床變化及工程地質(zhì)條件變化

        3.1 河道河床變化導(dǎo)致水位流量關(guān)系變化

        導(dǎo)流洞截流后,經(jīng)過2008年一個汛期,雅礱江河道尾水洞出口段底部淤積的泥沙及石渣越來越多,致使江水水位壅高,在相同流量情況下,相同部位2008年汛期以后的水位比2008年汛期以前的水位上升約5.38 m,比招標文件中提供的水位高約 5.17 m(表1)。

        3.2 尾水出口工程地質(zhì)條件變化

        表1 導(dǎo)流洞過流前后出口水位變化表

        實測圍堰底部基覆線情況與投標時推測基覆線情況出入較大,圍堰施工范圍內(nèi)底部存在很多破碎巖體,破碎巖體深度為3.7~21.26 m,其中圍堰兩個轉(zhuǎn)彎段破碎巖體最深,且尾水出口河床水位抬高約5.38 m,致使圍堰基礎(chǔ)無法座落在基巖上(表2)。

        表2 尾水出口圍堰實測基覆線高程表

        4 最終確定的圍堰方案

        根據(jù)三個方案的不同特點,在滿足圍堰設(shè)計原則的條件下,結(jié)合河道河床變化、基覆線出露情況,最終確定的圍堰方案為:尾水出口圍堰采取三期圍堰施工,二期圍堰與尾水洞巖塞聯(lián)合擋水度汛。

        一期圍堰為枯期圍堰,采用河床堆積料、尾水出口開挖砂礫石料或碎石土料填筑,做粘土心墻防滲,圍堰高程為1 208 m。

        二期圍堰為埋石混凝土(標號C15)圍堰,圍堰布置在永久結(jié)構(gòu)物外側(cè),堰體部分建在覆蓋層上,圍堰與尾水洞預(yù)留巖塞(長25 m)聯(lián)合度汛,堰頂高程1 218.5 m(不含1.2 m防浪墻),堰高16 m,堰體長211.7 m,圍堰外側(cè)布設(shè)頂 高 程 為1 207.5 m、入巖1 m、厚1 m的鋼筋混凝土防滲墻;圍堰底覆蓋層基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)布設(shè)混凝土斜墻支撐圍堰基角,防止圍堰傾覆;對埋石混凝土圍堰底部覆蓋層進行固結(jié)灌漿。防滲墻混凝土總量為2 683 m3、堰體埋石混凝土總量為24 450 m3(其中C15混凝土約為17 200 m3),見圖1、2。

        圖1 尾水出口圍堰軸線布置圖

        圍堰內(nèi)側(cè)抗傾覆加固:待尾水出口明渠靠圍堰部分開挖至設(shè)計高程后,對混凝土圍堰上游彎段0+48~0+96.76、下 游 彎 段 0+148~0+209.27段底部的覆蓋層進行清理至基巖面,然后從基巖面澆筑C20混凝土支墩置換覆蓋層,總長約110 m。C20混凝土支墩頂寬1 m,內(nèi)側(cè)坡比為1∶0.45,高度根據(jù)實際開挖情況確定。為保證C20混凝土支墩與基巖面連接牢固,在交接部位分別設(shè)置φ32,L=6 m的插筋,插筋間排距均為1.5 m,插筋錨入基巖面或混凝土圍堰4.5 m,外露部分埋入C20混凝土支墩內(nèi)。C20混凝土總量為4 980 m3。

        圖2 尾水出口圍堰防滲、灌漿、加固斷面圖

        三期圍堰為枯期圍堰,主要為拆除二期圍堰設(shè)置,堰頂高程為1 206 m。

        由于河道河床變化導(dǎo)致水位流量關(guān)系變化,致使三期圍堰的形成和二期圍堰的拆除困難加大,在形成三期圍堰前,利用一個枯期將河道清理至原河道高程,尾水出口河段水位流量關(guān)系曲線基本達到導(dǎo)流洞過流前的狀況,以達到三期圍堰施工、二期圍堰拆除、保證發(fā)電出力的目的。

        在進行尾水出口邊坡高程1 225 m以上開挖時,采取不同高程的臨時預(yù)留集渣平臺、分時段通行的方法解決右岸交通通行問題。邊坡開挖至高程1 225 m后,利用邊坡高程1 225 m的馬道,增加貼坡混凝土將馬道加寬,與尾閘交通洞連接,形成右岸道路,以保證交通通行。

        尾水出口二期圍堰拆除前,尾水閘室啟閉機及閘門必須安裝調(diào)試完成,并具備下閘擋水條件,以保證2011年安全度汛;考慮到可能不再清理或無條件清理尾水渠的情況,在二期圍堰拆除前,必須提前對尾水明渠1 208 m高程以下的結(jié)構(gòu)部分進行驗收。

        尾水出口二期圍堰的拆除分三部分進行。一是對高程1 208 m以上部分埋石混凝土圍堰進行拆除;二是對圍堰防滲墻外側(cè)臨河明渠進行開挖;三是對1 208 m高程以下圍堰底部和預(yù)留巖埂進行爆破拆除。

        5 擋水圍堰效果

        尾水出口圍堰一期、二期施工已經(jīng)完成。一期圍堰施工時段為:2008年11月~2009年1月;二期圍堰施工時段為:2009年1月~2009年5月31日;尾水閘室于2010年12月底具備擋水下閘條件。二期圍堰已經(jīng)經(jīng)歷了2009年、2010年汛期考驗,運行結(jié)果表明:

        (1)圍堰整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,運行安全、可靠。

        (2)基礎(chǔ)防滲處理效果良好、承重基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理可靠、防傾覆處理及時、合理、有效,實現(xiàn)了圍堰的整體設(shè)計意圖。

        (3)比選和優(yōu)化措施合理、經(jīng)濟,降低了施工和運行的安全風(fēng)險,右岸保通效果良好,最大限度的減少了施工干擾。

        (4)圍堰未侵占明渠結(jié)構(gòu)體型空間,施工道路布置合理、便捷,為明渠基坑施工創(chuàng)造了有利的條件。

        6 結(jié)語

        (1)尾水出口圍堰的設(shè)計、施工和運行是非常重要的,其直接影響到整體工程工期目標的實現(xiàn)、工程安全和施工安全;該工程整個尾水洞及廠房大部分均在河道枯期水位以下,廠房混凝土施工、金結(jié)、電氣、機電安裝均同步進行,安全風(fēng)險巨大,必須認真研究圍堰設(shè)計方案,嚴格控制圍堰每一道施工工序的質(zhì)量,確保圍堰整體運行安全、質(zhì)量可靠。

        (2)雅礱江官地水電站引水發(fā)電系統(tǒng)工程尾水出口圍堰設(shè)計和施工是整個工程的一個重點和難點,導(dǎo)流洞過流后導(dǎo)致導(dǎo)流洞出口近600 m河道河床發(fā)生變化,致使河道水位壅高;出口段基覆線的變化增加了圍堰設(shè)計的不確定因素,給圍堰的設(shè)計、施工、運行帶來了很大的難度和風(fēng)險;圍堰和巖塞聯(lián)合度汛的方式解決了河水壅高帶來的安全風(fēng)險和施工難度,出口段基覆線的實測勘察為圍堰結(jié)構(gòu)的選擇奠定了基礎(chǔ)。

        (3)圍堰方案確定后,施工過程的質(zhì)量控制成為圍堰成敗的關(guān)鍵。覆蓋層地基承載力的加強及圍堰內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)加固直接影響到圍堰的整體穩(wěn)定,圍堰基礎(chǔ)臨江側(cè)的鋼筋混凝土防滲墻施工質(zhì)量是堰體基礎(chǔ)防滲的關(guān)鍵,官地水電站圍堰從設(shè)計比選確定,到施工工序質(zhì)量控制都經(jīng)歷了嚴格的審核、把關(guān)。事實證明:圍堰的設(shè)計、施工和運行是成功的。

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