中國三峽集團(tuán)向家壩工程建設(shè)部 彭 岡 張海泉

向家壩水電站位于四川省宜賓縣與云南省水富縣交界的金沙江河段，是金沙江下游最末一個(gè)梯級。電站距宜賓市33km，距水富縣城1.5km，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、通航、灌溉以及為溪洛渡水電站提供反調(diào)節(jié)等綜合效益的巨型電站。電站水庫正常蓄水位高程380m，總庫容51.63億m3，調(diào)節(jié)庫容9.03億m3，最大裝機(jī)容量640萬KW，保證出力201萬KW，年平均發(fā)電量308.8億度。樞紐工程攔河大壩為混凝土重力壩，最大壩高162m。

向家壩水電站規(guī)模巨大、水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，大壩深淺層抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定問題突出，并具有高壩底流消能、大型地下廠房等特點(diǎn)，加之受工期、社會環(huán)境等綜合因素的影響，技術(shù)復(fù)雜、施工難度大。在工程規(guī)劃與建設(shè)過程中，開展了大量的科研攻關(guān)，并通過精心組織施工，向家壩工程在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)處理、大壩快速施工、泄洪消能設(shè)施設(shè)計(jì)與施工、大型地下廠房開挖、超大規(guī)模砂石系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行、導(dǎo)流底孔采用液壓啟閉下閘方案等方面取得了重大突破，取得了一系列建設(shè)管理與技術(shù)創(chuàng)新的豐碩成果。

一、大型沉井群用于深厚覆蓋層地基處理

向家壩水電站工程采用分期導(dǎo)流方式，縱橫向圍堰均需修建在深厚覆蓋層地基之上，尤其是二期縱向圍堰大壩上游段，堰基覆蓋層深達(dá)45～62m，如采用常規(guī)處理方式，工期過長且難以滿足工程布置需求，進(jìn)而影響工程整體進(jìn)度及施工期安全。

為此，采用了10個(gè)尺寸為23m×17m

沉井下沉施工。 攝影/高峰

沉井單側(cè)取土糾偏示意圖。 制圖/張海泉的大型沉井群作為堰基開挖時(shí)一期土石圍堰的擋土墻。每個(gè)沉井共分6個(gè)井格，井壁厚2m，沉井間距僅2.0m，沉井群最大深度57m，須穿過砂卵石層、細(xì)砂層和崩塊石層，最終嵌入基巖中。通過沉井群設(shè)計(jì)理論研究，開創(chuàng)了大規(guī)模、小間距的沉井群設(shè)計(jì)思路，首次提出了在深厚覆蓋層條件下大型沉井群平面布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降排水設(shè)計(jì)等技術(shù)方案；首次建立了水電工程領(lǐng)域井間間距小、下沉深度大、覆蓋層深厚且含大孤石、地層差異性大等復(fù)雜條件下的沉井群下沉施工技術(shù)體系，解決了分序交錯下沉、安全監(jiān)測和動態(tài)糾偏、降低地下水位等關(guān)鍵性技術(shù)問題；借鑒堆石混凝土技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了沉井填芯拋石混凝土施工技術(shù)，解決了常規(guī)沉井填芯混凝土施工進(jìn)度慢、成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等技術(shù)難題，拋石率達(dá)到50%～60%（體積比），成本與工期分別為常規(guī)技術(shù)的3/5和1/5，取芯檢測表明混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度等性能均滿足技術(shù)要求。

向家壩水電站大型沉井群技術(shù)的成功應(yīng)用為二期縱向圍堰上游段的按期形成奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，確保了向家壩工程按期截流。

二、復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的大壩抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定問題

向家壩水電站壩基基巖主要為三迭系上統(tǒng)須家河組的砂巖、泥巖夾煤線地層，巖性巖相變化大，交錯層理發(fā)育。壩址位于NEE向的糖房灣短軸背斜東傾伏段，壩基發(fā)育有NW向的立煤灣膝狀撓曲核部破碎帶、擠壓破碎帶、緩傾角夾層等，且地層巖體透水性較大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，大壩深淺層抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定成為向家壩工程關(guān)鍵技術(shù)問題之一，直接關(guān)系到大壩運(yùn)行安全。

大壩抗滑穩(wěn)定問題處理

①對撓曲核部破碎帶及擠壓破碎帶，深挖后置換混凝土。根據(jù)不良地質(zhì)體的分布情況，將左非6～沖沙孔壩段建基面由原高程242m～222m調(diào)整至最低開挖高程196m；部分泄洪壩段及左岸廠房壩段壩基則增設(shè)寬大的深齒槽，齒槽底寬近40m，深度37m，建基面高程由222m調(diào)整為203m；部分基巖較完整的建基面則抬高到高程240m左右。壩基開挖方案調(diào)整后，開挖量增加160萬m3，混凝土澆筑量增加100萬m3。②對右消力池基礎(chǔ)，結(jié)合撓曲核部破碎帶的處理，深挖后回填混凝土，使消力池底板混凝土最大厚度達(dá)42m，在壩后形成大壩抗力體。③采取滿堂固結(jié)灌漿方案改善建基巖體的完整性和均勻性，提高基巖承載能力，同時(shí)在一定程度上提高壩基抗?jié)B能力。④采用灌漿帷幕+排水孔相結(jié)合的壩基封閉抽排方案，降低壩基揚(yáng)壓力，提高抗滑穩(wěn)定性。⑤增加壩底寬度（泄洪壩段最大底寬166m，左岸廠房壩段最大底寬140.5m，高寬比分別達(dá)到1∶1.17、1∶1），以適當(dāng)降低對壩基承載力的要求。⑥對壩體進(jìn)行橫縫灌漿，加強(qiáng)大壩的整體性。

壩基滲透穩(wěn)定問題處理

由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，如何保證壩基的長期滲透穩(wěn)定性是另一個(gè)關(guān)鍵問題。招標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到壩基以下相對不透水層T31埋深大，采用了常規(guī)的帷幕灌漿設(shè)計(jì)方案，泄洪壩段深齒槽開挖后，受開挖深度的限制，尚余部分撓曲核部破碎帶巖體，為此將該部位的防滲方案調(diào)整為“防滲墻+帷幕灌漿”的方案（防滲墻軸線長88m，最大深度60m），以確保滲透穩(wěn)定性和防滲效果。但在左岸廠房壩段上游主帷幕、下游封閉帷幕基本形成后，進(jìn)行上游主排水孔試驗(yàn)性施工時(shí)發(fā)現(xiàn)排水量非常大，且有排水?dāng)y砂現(xiàn)象，對此進(jìn)行了深入分析論證與多次專家咨詢，下決心對滲控工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了一系列調(diào)整，主要為：

出露撓曲核部破碎帶和擠壓帶。 制圖/張海泉

左岸擠壓帶在壩踵齒槽下游坡面上的出露情況。 制圖/張海泉

壩址地質(zhì)缺陷示意圖。 制圖/張海泉

壩基上出露的緩傾角夾層。 制圖/張海泉

①將河床部位的左非5～泄12壩段的上游帷幕加深至相對不透水層T31附近，帷幕深度普遍在130m以上，最大深度165m，幕底以下巖體透水率平均2.2Lu；左非6～18壩段及左壩頭相對不透水層埋深太大，且壩體結(jié)構(gòu)相對簡單，未再加深帷幕，但增設(shè)了2道順?biāo)鞣较虻姆指翎∧唬宰钃跎襟w繞滲水。初期蓄水后，左岸壩基排水量較大，說明分隔帷幕有效阻擋了左岸的繞滲水流。

②優(yōu)化排水孔布置。排水孔布置以不穿過撓曲核部破碎帶和擠壓破碎帶為原則，并在排水孔內(nèi)設(shè)置了組合式過濾體，對孔壁起到支撐保護(hù)作用，防止塌孔和細(xì)小顆粒流失。排水孔施工過程中，當(dāng)單孔出水量大于100L/min時(shí)，不再加深排水孔，并立即下設(shè)過濾體；如排水孔出渾水或帶砂，則將該排水孔灌漿封孔。

③所有排水孔均設(shè)置閥門，可調(diào)節(jié)出水量大小，形成可調(diào)控的抽排系統(tǒng)。初期蓄水后，根據(jù)揚(yáng)壓力等安全監(jiān)測資料分析計(jì)算后，設(shè)定各排水孔合適的排水量。

對帷幕灌漿的施工質(zhì)量控制，首先是充分進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，選定最優(yōu)工藝和參數(shù)，施工中除加強(qiáng)過程控制外，還采取了業(yè)主采購灌漿自動記錄儀、實(shí)行灌漿水泥周核銷制度、灌后質(zhì)量檢查全部委托第三方實(shí)施等措施，加強(qiáng)了施工質(zhì)量管理，帷幕灌漿施工質(zhì)量合格，蓄水后壩基排水孔排水量在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

三、大壩混凝土快速施工

如前所述，向家壩一、二期工程中均遭遇大型地質(zhì)缺陷處理的難題。與招標(biāo)設(shè)計(jì)相比，左岸壩基深挖26m，右岸壩基深挖37m，開挖后增加回填混凝土達(dá)100萬m3，使工期滯后達(dá)4個(gè)月，為此，研究采取了一系列措施，實(shí)現(xiàn)了快速施工。2010年、2011年整個(gè)工程的混凝土澆筑量分別達(dá)397萬m3、427萬m3；2012年1～9月完成混凝土澆筑228萬m3，其中最高月強(qiáng)度達(dá)54萬m3/月（2010年12月），確保了工程按期實(shí)現(xiàn)下閘蓄水目標(biāo)。

大量使用碾壓混凝土

可研階段除左岸導(dǎo)流缺口壩段回填為碾壓混凝土外，大壩其它部位全部采用常態(tài)混凝土。為加快施工進(jìn)度，充分利用碾壓混凝土快速施工的特點(diǎn)，實(shí)施階段將部分部位改澆碾壓混凝土。碾壓混凝土共約400萬m3。針對碾壓混凝土施工，深入研究施工方案，精心組織施工，嚴(yán)格工藝管理，確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度。

①根據(jù)混凝土生產(chǎn)能力、現(xiàn)場施工條件及不同季節(jié)，深入研究RCC入倉方案、分縫分塊方案及升層高度，實(shí)現(xiàn)快速上升。特別是精心組織大倉面RCC施工（最大倉號1.6萬m2），采用了汽車直接入倉、塔帶機(jī)和胎帶機(jī)澆筑、溜槽+汽車倉內(nèi)轉(zhuǎn)料等綜合性的高強(qiáng)度入倉手段。在此基礎(chǔ)上，低溫季節(jié)采用翻轉(zhuǎn)模板連續(xù)上升，如左岸導(dǎo)流缺口壩段4層翻轉(zhuǎn)模板同時(shí)使用，一次最大澆筑高度達(dá)18m；高溫季節(jié)采用4.5～6m升層，均配以冷卻水管通水冷卻，進(jìn)度、質(zhì)量控制良好。高升層RCC不僅施工速度快，而且施工縫面相對較少，有利于質(zhì)量控制。

碾壓混凝土施工。 攝影/高峰

②精細(xì)管理，確保RCC施工質(zhì)量。RCC施工，快速覆蓋是關(guān)鍵。倉面設(shè)計(jì)時(shí)，按坯層覆蓋時(shí)間4h配置資源，實(shí)際施工時(shí)確保4～6h覆蓋一層。盡可能采用較小的Vc值，以不陷碾為原則，為此應(yīng)加密檢測砂的含水率，并視天氣情況動態(tài)調(diào)整Vc值；為確保層面泛漿效果，在試驗(yàn)確定混凝土配合比的基礎(chǔ)上，密切關(guān)注砂的石粉含量，偏少時(shí)可啟動粉煤灰代砂預(yù)案；高度重視變態(tài)混凝土本身及其與RCC的結(jié)合質(zhì)量，并廣泛使用機(jī)拌變態(tài)混凝土；對倉面加漿的變態(tài)混凝土施工，嚴(yán)格實(shí)行定人、定部位、定工具、定加漿量“四定”管理，并將挖槽、加漿工藝制成明白卡，嚴(yán)格執(zhí)行。

③研究落實(shí)高溫多雨季節(jié)RCC施工預(yù)案。高溫季節(jié)施工時(shí)，除應(yīng)快速覆蓋外，一是配備足夠數(shù)量的高質(zhì)量的噴霧機(jī)，噴霧降溫形成倉面小環(huán)境；二是RCC碾壓好后及時(shí)覆蓋保溫被或防雨布。同時(shí)，制訂了RCC雨季施工措施，并規(guī)定防雨、排水措施不落實(shí)則不準(zhǔn)開倉，確保了RCC質(zhì)量。

④適當(dāng)推遲RCC開始通水冷卻的時(shí)間，在確保RCC密實(shí)性的基礎(chǔ)上抓好溫控。冷卻水管在碾壓施工中易受損而漏水，影響混凝土密實(shí)性。根據(jù)RCC的凝結(jié)特性，在滿足混凝土最高溫度的前提下，盡量將通水的起始時(shí)間控制在RCC初凝甚至終凝以后，此措施確保了混凝土密實(shí)性，并兼顧了溫控要求，很好地處理了兩者之間的關(guān)系。

通過采取上述綜合措施，攻克了高溫多雨季節(jié)澆筑碾壓混凝土的難關(guān)，高質(zhì)量、快速地完成了RCC澆筑，大大加快了大壩混凝土施工進(jìn)度。同時(shí)，向家壩施工的碾壓混凝土鉆孔取芯檢查混凝土質(zhì)量時(shí)，單根芯樣長達(dá)18.58m，受到金沙江質(zhì)量檢查專家組的好評。

塔帶機(jī)高效利用

向家壩工程大壩混凝土主要施工設(shè)備為3臺TC2400塔帶機(jī)和3臺30t高塔架平移式纜機(jī)，并輔以胎帶機(jī)和門塔機(jī)，其中大量設(shè)備為在三峽工程中使用過多年的舊設(shè)備。在向家壩工程建設(shè)中，通過大膽創(chuàng)新、靈活運(yùn)用，并加強(qiáng)管理，充分發(fā)揮了各種大型設(shè)備特別是塔帶機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)了大壩混凝土的快速施工。采取的主要措施為：

運(yùn)行中的塔帶機(jī)。 攝影/高峰

①二期大壩混凝土澆筑前，對三峽塔帶機(jī)成套設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)的大修與改造，確保設(shè)備性能滿足工程需要；塔帶機(jī)使用過程中，運(yùn)行維護(hù)管理比較到位，設(shè)備完好率和利用率保持在較高水平。

②優(yōu)化了混凝土澆筑一條龍?jiān)O(shè)備配套，并實(shí)施雙倉“套澆”工藝。采用大型拌和樓和倉面設(shè)備與塔帶機(jī)配套。其中1#塔帶機(jī)采用汽車+供料線的混凝土輸送方案，采用2臺4×3m3拌和樓同時(shí)供料，2#、3#塔帶機(jī)采用全程供料線方案，各配一座4×4.5m3拌和樓，混凝土生產(chǎn)供應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)在倉面上配備2臺大型振搗臂，并輔以人工振搗，可較好地發(fā)揮塔帶機(jī)澆筑能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，研究實(shí)施了在非高溫季節(jié)一臺塔帶機(jī)同時(shí)澆2倉混凝土的“套澆”工藝。即選取結(jié)構(gòu)相似、位置相距較近的2倉混凝土同時(shí)用一臺塔帶機(jī)澆筑，2倉混凝土均用平鋪法澆筑，各倉獨(dú)立配置倉面設(shè)備，塔帶機(jī)在一個(gè)倉面上連續(xù)布料一整個(gè)坯層后轉(zhuǎn)倉布料，振搗作業(yè)則連續(xù)進(jìn)行?！疤诐病惫に嚇O大地提高了澆筑工效，配合使用4.5m高升層模板，創(chuàng)造了單臺塔帶機(jī)月澆筑13萬m3的記錄，比原工效提高1倍多。2011年，向家壩1#塔帶機(jī)10個(gè)月澆筑74萬m3，2#塔帶機(jī)年澆筑83萬m3，也創(chuàng)了新記錄（三峽工程單臺塔帶機(jī)最高月澆筑強(qiáng)度6.19萬m3，最高年澆筑強(qiáng)度約60萬m3）。

③受地形條件限制及升船機(jī)壩段阻隔，大壩下游無法布置施工棧橋，加之塔帶機(jī)頂升高度受限，在大壩澆至高部位后，僅靠纜機(jī)澆筑，施工手段不足。為此，將胎帶機(jī)布置在大壩高塊，采用塔帶機(jī)定點(diǎn)下料+胎帶機(jī)接力布料的方案，既可加快澆筑進(jìn)度，同時(shí)可騰出纜機(jī)多進(jìn)行鋼筋、大件和倉面設(shè)備吊裝。

四、高壩底流消能

底流消能設(shè)計(jì)

向家壩泄洪消能具有高水頭、大單寬流量、多泥沙、泄洪時(shí)間長等特點(diǎn)，校核洪水時(shí)上下游水位差約85m，最大下泄總功率約40000MW，壩面中孔泄槽最大單寬流量339m3/(s·m)，消力池內(nèi)最大單寬流量約225m3/s·m，入池流速達(dá)38m/s左右，各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)在國內(nèi)外壩工建筑物中名列前茅。電站下游緊鄰水富縣城和大型企業(yè)云南天然氣化工廠，消能方式應(yīng)盡可能減輕泄洪霧化對環(huán)境帶來的影響。

為此，在組織國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，選用了中表孔間隔布置、高低坎底流消能型式，其高速水流脫離底板技術(shù)處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。其消力池消能防沖水力學(xué)控制指標(biāo)如下：

①消力池臨底流速在100年一遇洪水和以下時(shí)不大于16m/s，大于100年一遇洪水時(shí)不大于20m/s。

②消力池底板脈動壓強(qiáng)均方根值為4×9.8kPa左右。

泄洪消能建筑物包括10個(gè)中孔和12個(gè)表孔，中表孔間隔排列，并在中表孔壩面泄槽之間設(shè)置3m寬的中隔墩；中表孔跌坎為高低坎，表孔跌坎高16m，中孔跌坎高8m。消力池共設(shè)2個(gè)，以便枯水期時(shí)互為備用檢修。

消力池（含泄水壩段）示意圖。制圖/田宗偉

高標(biāo)號抗沖耐磨混凝土施工

①關(guān)于混凝土配合比。在中表孔流道及消力池部位采用高性能的抗沖磨混凝土，主要標(biāo)號為C9055、C9050、C9040，其配合比充分結(jié)合向家壩工程灰?guī)r人工骨料的特性，采用“灰?guī)r骨料+摻粉煤灰+低水灰比+PVA纖維”的技術(shù)線路。其中，采用粉煤灰替代硅粉，不但抗沖磨能力滿足設(shè)計(jì)要求，而且更方便施工，易于養(yǎng)護(hù)。

②關(guān)于低熱水泥的應(yīng)用。針對高標(biāo)號抗沖耐磨混凝土水化熱溫升較大、溫控難度大的特點(diǎn)，開展了采用低熱水泥的試驗(yàn)研究，并在消力池部位大量使用。與中熱水泥相比，可將高標(biāo)號抗沖耐磨混凝土的最高溫度降低6～8℃，溫控防裂效果良好。

③為確保泄洪消能建筑物施工質(zhì)量，研究采取了一系列質(zhì)量控制措施：

a）抗沖耐磨混凝土的密實(shí)性是混凝土各項(xiàng)性能之本，必須確保，為此開展了中表孔隔墩及消力池導(dǎo)墻配筋優(yōu)化及布筋調(diào)整工作以方便備倉和澆筑。

b）中表孔側(cè)墻和底板采用一次澆筑成型方案，其中側(cè)墻采用大型懸臂鋼模板，底板采用拉?；蚍Ｊ┕ぁＲ淮螡仓尚吞岣吡私Y(jié)構(gòu)的整體性。

c）C9055高標(biāo)號抗沖耐磨混凝土水泥用量達(dá)284kg/m3（二級配）和241kg/m3（三級配），水泥水化熱溫升高，混凝土最高溫度控制難度大，且初期冷卻完成后混凝土溫度仍較高。為此采取了兩方面的應(yīng)對措施：一是中表孔流道部位設(shè)置2套冷卻水系統(tǒng)，初期冷卻用低溫水系統(tǒng)，以加強(qiáng)初期冷卻；初期冷卻結(jié)束后20天進(jìn)行中期冷卻，中期冷卻用中溫水系統(tǒng)，減少通水溫差，通水時(shí)間按將混凝土溫度下降6～8℃控制（日降溫幅度0.5℃以內(nèi)）。二是強(qiáng)化高標(biāo)號混凝土的保溫保濕，在高溫季節(jié)重點(diǎn)抓好流水養(yǎng)護(hù)，建立混凝土養(yǎng)護(hù)責(zé)任制，確保不間斷流水且整個(gè)混凝土面均保持濕潤；對中表孔側(cè)墻、消力池導(dǎo)墻，在現(xiàn)場階段性噴涂聚氨酯發(fā)泡材料（厚1.5cm），以起到更好的保溫保濕作用。

d）建立并執(zhí)行針對監(jiān)理和施工人員的泄洪消能建筑物混凝土施工檔案制度，認(rèn)真落實(shí)各工序的施工、質(zhì)檢、監(jiān)理責(zé)任制，并嚴(yán)格考核和獎懲。

五、大型地下電站施工組織管理

向家壩右岸地下電站位于右岸壩肩上游山體內(nèi)，設(shè)計(jì)安裝4臺最大單機(jī)容量為800MW的水輪發(fā)電機(jī)組，由引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)等3大部分組成。其中主廠房最大開挖跨度為33.4m，最大開挖高度為85.5m，引水隧洞開挖直徑16.3m，變頂高尾水洞開挖斷面38.2m×24.3m，尺寸之大，均位居世界前列。

進(jìn)度控制與施工方案調(diào)整

對于主廠房開挖，結(jié)合其洞室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工通道布置和開挖支護(hù)設(shè)備的性能，共分9層開挖，其主要施工措施為：合理分層，并適當(dāng)增設(shè)施工支洞，各層均形成雙通道，減少開挖與支護(hù)之間的干擾，并有利于上下層銜接；使用多臂鉆、噴漿臺車、反井鉆機(jī)等大型設(shè)備，提高工效，加快施工進(jìn)度；控制好頂拱、巖錨梁、高邊墻開挖支護(hù)三大難關(guān)，避免二次處理耽誤工期。其中第Ⅰ層開挖歷時(shí)11個(gè)月，占開挖總工期的1/3，巖錨梁開挖3個(gè)月。

對于主廠房混凝土澆筑，將與發(fā)電機(jī)層同高程的第三層灌排廊道擴(kuò)挖，方便混凝土罐車通行，并通過增設(shè)支洞，布置皮帶機(jī)向主廠房輸送混凝土，再接溜筒、溜槽下料，既可大大改善混凝土入倉條件，又可有效減少與主廠房機(jī)電安裝的干擾，對施工進(jìn)度和機(jī)電安裝環(huán)境均很有利。

在引水隧洞斜井段、下平段開挖施工中，根據(jù)現(xiàn)場情況，及時(shí)增設(shè)施工支洞，并調(diào)整了引水隧洞下平段壓力鋼管安裝方案（由進(jìn)水口進(jìn)洞安裝改為從主廠房內(nèi)安裝），既加快了施工進(jìn)度，又減小了安全風(fēng)險(xiǎn)；在尾水?dāng)U散段和尾水支洞開挖施工中，充分發(fā)揮布置在尾水?dāng)U散段的施工支洞的作用，并及時(shí)將施工方案調(diào)整為“洞內(nèi)繞洞、折線樓梯”的方案，克服空間和高差限制，提前對尾水?dāng)U散段和尾水支洞進(jìn)行全斷面開挖，避免了后期開挖爆破影響主廠房混凝土澆筑，既加快了尾水?dāng)U散段和尾水支洞的施工進(jìn)度，又保證了主廠房關(guān)鍵線路的進(jìn)度。

在引水隧洞斜井段、下平段開挖施工中，根據(jù)現(xiàn)場情況，及時(shí)增設(shè)施工支洞，并調(diào)整了引水隧洞下平段壓力鋼管安裝方案（由進(jìn)水口進(jìn)洞安裝改為從主廠房內(nèi)安裝），既加快了施工進(jìn)度，又減小了安全風(fēng)險(xiǎn)；在尾水?dāng)U散段和尾水支洞開挖施工中，充分發(fā)揮布置在尾水?dāng)U散段的施工支洞的作用，并及時(shí)將開挖保護(hù)層的施工方案，其中中部拉槽寬23.4m，先預(yù)裂爆破、再梯段爆破；保護(hù)層寬4～5m，采用光面爆破，其中巖臺區(qū)采用雙向光面爆破法施工。爆破鉆孔時(shí)精心設(shè)計(jì)鉆孔樣架，采用內(nèi)、外雙導(dǎo)向管“傻瓜式”鉆孔（固定孔向和孔深）；光面爆破孔實(shí)行“均勻微量化裝藥”，變“集中”裝藥為“分散”裝藥，減小對結(jié)構(gòu)面的損傷。通過精心控制，巖錨梁開挖平均超挖4.4cm，半孔率96.7%，不平整度4.6cm，爆破松動范圍0.2～0.7m，開挖質(zhì)量優(yōu)良。

地下電站主廠房分層開挖示意圖。 制圖/張海泉

巖錨梁混凝土澆筑采用布料機(jī)澆筑，不使用泵送混凝土，提高了混凝土內(nèi)在質(zhì)量。

（3）尾水主洞開挖與襯砌混凝土澆筑

針對尾水主洞超大斷面的特點(diǎn)，在完成第Ⅰ層開挖后，先施工掛頂混凝土，再開挖以下各層，確保了頂拱的安全穩(wěn)定，開挖順序?yàn)椋旱冖駥娱_挖→掛頂砼→第Ⅱ～Ⅳ層開挖→底板及邊墻襯砌。尾水主洞頂拱及邊墻混凝土均采用鋼模臺車澆筑，質(zhì)量好、速度快、安全可靠。

右岸地下電站各階段工期統(tǒng)計(jì)表單位：月

通過采取上述措施和合理組織施工，32個(gè)月完成了主廠房開挖支護(hù)，4臺機(jī)組均提前或按時(shí)向機(jī)電交面，預(yù)計(jì)2012年11月首批2臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

關(guān)鍵部位施工方案與控制技術(shù)

（1）主廠房頂拱開挖

因圍巖節(jié)理呈緩傾角分布（傾角15°～20°），層狀結(jié)構(gòu)面對頂拱穩(wěn)定性影響較大，采用分多步擴(kuò)挖、支護(hù)的方案。開挖程序?yàn)椋褐猩蠈?dǎo)洞開挖→中上導(dǎo)洞擴(kuò)挖→中導(dǎo)洞下臥開挖→兩側(cè)擴(kuò)挖，并根據(jù)監(jiān)測情況，控制爆破、調(diào)整支護(hù)方案。

（2）巖錨梁開挖與混凝土澆筑

巖錨梁開挖采用先中部拉槽、再

六、大型砂石骨料系統(tǒng)運(yùn)行管理

向家壩水電站主體工程混凝土總量約1400萬m3，共需混凝土骨料約3000多萬t。由于主體工程施工期砂石骨料需用量大、強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)了國內(nèi)規(guī)模最大的砂石加工系統(tǒng)：初碎能力3200t/h，成品料生產(chǎn)能力2600t/h。該砂石系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：

①采用31km長的皮帶機(jī)輸送半成品骨料。由于本工程所選灰?guī)r骨料料場距工地直線距離達(dá)30km，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后選用了長距離皮帶機(jī)輸送半成品骨料的方案。該輸送線主要布置在隧洞內(nèi)（9條洞合計(jì)長29.3km），由5條皮帶機(jī)組成，帶速4m/s，設(shè)計(jì)輸送能力3200t/h。該皮帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行及自動控制系統(tǒng)均突破了很多難關(guān)，為國內(nèi)其它水電站類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

②采用立軸破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂的半干法生產(chǎn)工藝，并進(jìn)行石粉回收。施工過程中，通過適當(dāng)微調(diào)制砂工藝，可滿足RCC和常態(tài)混凝土對人工砂石粉含量的不同要求。

③充分利用馬延坡成品料加工系統(tǒng)附近的有利條件，建設(shè)了配套的尾渣庫，將該系統(tǒng)的施工廢水全部抽排到水庫中沉淀，實(shí)現(xiàn)了廢水的零排放，且澄清后的水可回收利用，既減小了對環(huán)境的污染，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

目前，向家壩人工砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行6年，保證了工程高強(qiáng)度混凝土澆筑的需要。31km長皮帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行期間單位能耗僅為0.094kw·h/t·km，有效地節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)了低碳環(huán)保的綜合效益。

七、導(dǎo)流底孔下閘采用液壓啟閉提升方案

向家壩工程共設(shè)6個(gè)導(dǎo)流底孔，招標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)均采用傳統(tǒng)的卷揚(yáng)機(jī)下閘方案，實(shí)施過程中，經(jīng)充分試驗(yàn)和比選論證，決定1#～5#導(dǎo)流底孔采用液壓張緊裝置啟閉方案，最后下閘的6#導(dǎo)流底孔則仍采用卷揚(yáng)機(jī)下閘方案（該閘門啟閉容量為2×450t，相對較小）。

導(dǎo)流底孔下閘順序示意圖。 制圖/張海泉

作為臨時(shí)工程，用液壓張緊裝置啟閉閘門的方案具有結(jié)構(gòu)輕巧簡單、同步性能高、經(jīng)濟(jì)性好等多方面的優(yōu)勢，但在國內(nèi)水工行業(yè)屬首次使用，經(jīng)驗(yàn)不多，其主要風(fēng)險(xiǎn)為存在閘門小開度時(shí)的流激振動問題。為此，委托國內(nèi)多家科研院所開展了大量水力學(xué)模型試驗(yàn)，證明流激振動問題可通過設(shè)置補(bǔ)氣裝置妥善解決。1～5#導(dǎo)流底孔已于2012年10月10日下閘，下閘過程順利，6#導(dǎo)流底孔也于當(dāng)晚成功下閘，順利實(shí)現(xiàn)下閘蓄水目標(biāo)。兩方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)對比見下表：

六號導(dǎo)流底孔封堵閘門液壓提升系統(tǒng)原型試驗(yàn)。 攝影/高峰

卷揚(yáng)機(jī)方案與液壓啟閉方案對比表

八、結(jié)語

向家壩水電站規(guī)模巨大、地質(zhì)條件非常復(fù)雜，并具有高壩底流消能、大型地下廠房等特點(diǎn)，加之受工期、社會環(huán)境等綜合因素的影響，技術(shù)復(fù)雜、施工難度大。通過科學(xué)管理，大膽創(chuàng)新，提前規(guī)劃，精心組織，攻克了一系列難題，取得了豐碩的成果，在快速施工的同時(shí)保證了較高的質(zhì)量水平。目前，向家壩工程已按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了初期蓄水目標(biāo)，下一步將有望按期實(shí)現(xiàn)首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電及后續(xù)各項(xiàng)目標(biāo)。