双江口水电站施工阶段填筑道路规划

刘经彪

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都610081)

1 工程概况

双江口水电站是大渡河流域水电规划“3库22级”开发方案的第5级,位于四川省阿坝州马尔康县、金川县境内大渡河上源足木足河、绰斯甲河汇口以下约2 km河段。双江口水电站为一等大(1)型工程。装机容量200万kW,多年平均年发电量约77.07亿kW·h。枢纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成。拦河坝为砾石土心墙堆石坝,坝顶高程2 510.00 m,河床部位心墙底高程2 200.00 m,基底设2 m厚混凝土基座,最大坝高312.00 m,坝顶宽16.00 m、长639.0 m,上游坝坡坡比1∶2.0,下游坝坡坡比1∶1.9,下游坝坡设置“之”字形上坝公路。挡水大坝坝体分为防渗体、反滤层、过渡层和坝壳四大区,大坝填筑总量约4 520万m3。

大坝道路规划主要边界条件：上游坝壳料及过渡料来自上游河口料场,下游坝壳料及过渡料来自下游飞水岩料场,上下游反滤料均来自下游飞水岩沟的反滤料加工系统,砾石土料由下游当卡土料场开采、掺拌以后经皮带机输送至大坝下游堆存场上坝。投标施工组织设计中,大坝填筑工期72个月,平均填筑强度63万m3/月,高峰强度约108万m3/月。前期业主只修建了部分施工主干道,大坝填筑运输大部分需要自行规划和修建。

2 道路规划存在的主要问题

双江口水电站大坝标于2016年11月进场开始施工。围堰于2017年5月下旬填筑到顶,大坝基坑正在开挖,目前填筑运输道路规划已经完成,正在陆续施工中。道路规划是一个系统工程,施工阶段制约和影响道路规划的主要边界条件和投标文件相比发生了重大变化,主要体现在料场受移民征地、岷江柏木处置方式、石料场岩画、高压线路等影响,目前还不能启动,总工期及填筑强度未能最终确定,但是大坝填筑道路数量多、工程量巨大、施工期长,前期工程中只修建了部分施工道路,其余填筑需要提前规划并修建,道路规划主要问题有:

(1)料场开采存在较大不确定性。根据投标阶段施工组织设计,上游河口料场开采有用料自然方1 452万m3,下游飞水岩料场开采自然方2 104万m3,施工阶段料场规划出现了很大的不确定性,上游河口料场主要制约因素是该料场开采区存在国家一级文物唐卡岩画,完全解决岩画保护事宜需要2～3年。下游飞水岩料场制约因素是料场下方的移民征地、料场内岷江柏木处置方式、高压线路拆迁等,完全解决至少需要约1年时间,原本同时向大坝供料的两个主料场不仅供料时间延后一年左右,而且在供料时间上河口石料场较飞水岩石料场晚1～2年,这会导致下游飞水岩料场有用料开采增加,料场开采范围会发生变化；如果料场开采容量不发生变化,就存在前期飞水岩下游料场向大坝上游供料和后期河口料场向大坝下游供料,必将导致运输线路非常复杂,增加道路工程量。

(2)填筑强度视填筑开始时间而定。由于料场开采和填筑施工道路施工都受制于移民征地等影响,大坝填筑开始时间待定,但是根据设计导流规划及蓄水计划,三条导流洞下闸蓄水时间都是在枯水期11月,施工期间大坝防洪度汛标准是不变的,为了满足防洪度汛及下闸蓄水的要求,因此不同的开始填筑时点填筑强度是不同的。另外,根据当地实际情况,政府要求当地社会车辆参与填筑运输,当地车辆都是25吨自卸汽车,制约填筑强度。填筑高峰强度未能完全确定,对道路设计标准的确定及线路布置方案比选带来了很大的困难。

(3)不利的地形及地质条件。坝址处地形狭窄、两岸陡峻,左岸边坡自然坡度35°～53°；右岸边坡自然坡度一般在45°～60°,右岸2 400 m高程以下基岩陡壁坡度达70°～75°,这对道路的线路布置制约较大。坝址区出露地层岩性主要为可尔因花岗岩杂岩体——燕山早期木足渡似斑状黑云钾长花岗岩(2K5γ)和晚期可尔因二云二长花岗岩(35ηγ)。坝区外岩体风化卸荷较强烈,部分崩塌堆积于坡面之上,有较多的孤石及危岩体,这对道路的边坡稳定影响较大。河床覆盖层一般厚 48～57 m,从下至上(由老至新)可分为 3 层,由下至上分别为漂卵砾石层、(砂)卵砾石层、漂卵砾石层,在3个大层里面夹有11个粉细砂的亚层,路基需要换填。

(4)填筑总高差大,分层道路控制高差小。大坝总填筑高差为312 m,为目前世界之最,但是河谷狭窄,围堰以下坝高约110 m,坝体中部坝高110～240 m,坝轴线长约230～500 m,可以利用坝前临时“之”字路解决分层道路高差问题,在临时坡比不超过10%的制约下,控制高差不超过50 m,因此道路分层较多,且都集中在左岸上下游,道路平面布置难度很大。

3 道路布置问题排序分析评估及规划思路

3.1 道路布置问题排序分析评估

双江口大坝填筑运输道路规划未定因素较多,需要解决的问题较多,作为世界最高的堆石坝,填筑道路数量多、工程量巨大、施工期长。因此,不可能待所有边界条件明确以后再规划实施,必须针对以上提出的问题,提前做好动态规划。在众多问题中,进行分析评估,找出解决问题的优先顺序。对料场开采范围、填筑强度、地质及地形地貌、填筑高差控制等问题,重要性及可能的解决方式进行了评估,问题排序分析评估见表1。

通过表1分析,在道路布置存在的问题中,针对解决的思路及办法多寡对问题解决顺序进行了分析和排序,找出了解决问题的优先顺序。首先是道路高差控制,没有调整的余地；其次是填筑强度必须满足大坝防洪度汛及下闸蓄水要求；第三是结合地形地貌,合理选线；最后是料场道路布置。

3.2 道路布置思路的确定

在找出了解决问题的优先顺序后,拟定道路布置的思路为：①合理确定道路与大坝填筑面接口高程,这是满足大坝施工最为重要的条件；②通过分析大坝度汛形象面貌要求及下闸蓄水要求,确定填筑高峰强度；③结合地质及地形地貌,合理选线,主要是考虑技术和经济的结合；④确定料场主干道道路接口高程,主要是通过分析料场的平面尺寸,在料场内部布置道路,来适当加大料场主干道之间的控制高差；⑤规划好大坝接口与料场接口的连接主干道路。

4 实施阶段道路布置规划

4.1 运输主干道路与大坝接口高程确定

填筑运输主干道路与大坝填筑面接口高程的确定,主要是考虑充分利用围堰下基坑开挖道路,大坝上游已经修建和其他标段提供的施工道路,上游临时“之”字形路可能控制的高差,下游永久上坝公路在左岸岸坡拐点,大坝上下游压重区平台高程等。详细接口高程及确定依据见表2。

表1 问题排序分析评估

表2 填筑运输主干道路与大坝接口高程

4.2 大坝度汛和下闸蓄水对强度影响分析

双江口大坝导流度汛分成3个阶段：第1阶段为初期导流,由上游围堰挡水,1号导流洞过流,要求在第3个填筑年的汛前(即5月底),坝体填筑高程从2 198 m达到2 327 m,满足100年一遇的防洪度汛要求，填筑工程量1 468万m3；第2阶段为中期导流,大坝挡水，要求在第4个填筑年的汛前(即5月底),填筑高程达到2 374 m,满足200年一遇的防洪度汛要求，填筑工程量906万m3；第3阶段为后期导流,大坝挡水，坝体填筑高程达到2 510 m，填筑工程量1 673万m3，满足3条导流洞分别在枯期下闸蓄水的要求。根据目前移民推进的实际进度,在分析大坝填筑强度时,初拟填筑开始节点延后9、12、15个月3种情况。在分析填筑强度时,本着如下原则：在延后9个月填筑、总工期不变时,各度汛形象面貌基本上提前3个月完成；在延后12个月填筑时,所有节点在招标控制节点基础上推迟一年；在延后15个月填筑时,为满足度汛要求,各节点同时延后12个月,但总工期压缩了3个月。为了便于分析填筑高峰强度,填筑有效工期根据心墙砾石土的有效施工天数计算。为了满足防洪度汛和下闸蓄水要求,在延后9、12、15个月开始填筑时,大坝填筑强度分析见表3。

表3 下闸蓄水对填筑强度影响分析

注：填筑强度未包括大坝上下游压重区填筑,该压重区施工时段可以错开高峰强度施工,不会导致高峰强度增加。

表4 道路选线分析

通过表3分析,大坝填筑强度在延后9、12、15个月的情况下,大坝填筑高峰强度基本维持不变,在113万m3/月左右,与投标阶段分析的108万m3/月相比,填筑水平相当。大坝在初期导流阶段,填筑强度有所变化,但都没超出90万m3/月,后期填筑高峰强度都在80万m3/月这个级别。基于以上分析,大坝填筑运输高峰强度约为110万m3/月,主要满足大坝200年一遇的防洪度汛要求,大坝填筑高峰强度在坝高1/3左右,此部位填筑面积最大,具备高强度填筑条件,因此大坝填筑运输道路标准按110万m3/月进行规划设计是合理的。

大坝砾石土心墙料运输线路为固定线路,除了砾石土运输外,大坝坝壳料、过渡料和反滤料分上下游运输,上下游高峰运输能力都在50万m3/月左右,道路高峰通行强度72辆/h,根据GBJ 22—87《厂矿道路设计规范》或DL/T 5243—2010《水电水利工程场内施工道路技术规范》,主干道按场内二级道路标准设计,荷载等级为汽-80,道路路面宽11～12 m,主干道为混凝土路面。

4.3 道路选线分析

坝址处地形狭窄、两岸陡峻,左岸边坡自然坡度35°～53°,右岸边坡自然坡度45°～60°,右岸2 400 m高程以下基岩陡壁坡度达70°～75°,同时右岸还布置有较多的泄洪建筑物。针对以上边界条件,在左右分层布置道路方面,大坝运输道路主要布置在左岸,右岸只在上游大坝中部布置一条隧洞至2 345 m高程；在线路选择上,陡峻部位和上下作业干扰部位选择隧洞,其他布置明线。道路选线分析见表4。

4.4 主干道路与料场接口高程的确定

大坝坝壳料和过渡料直接由料场开采上坝,开采料场分别是上游的河口石料场和下游的飞水岩石料场,尽管两个料场开采范围未能最终确定,但是两个料场有用料运输主干道高程基本可以确定,料场主干道接口高程见表5。

表5 主干道与料场接口高程

表6 大坝与料场连接主干道布置

4.5 大坝与料场连接主干道路布置

在确定大坝填筑运输道路与大坝接口高程、料场接口高程以后,根据已经确定的道路设计标准,考虑地形地貌以后,布置大坝接口和料场接口之间的连接主干道,新建连接道路特性见表6。

5 结 语

双江口300 m级砾石土心墙堆石坝实施阶段道路规划是一个系统工程,要同时满足总工期、料场、防洪度汛、地形地貌、坝体填筑高差控制等要求,在规划过程中,工期、料场、填筑强度等都在变化中,未能完全锁定。因此道路规划是一个多目标的动态规划,这是本工程道路规划的主要特点和难点。

本文在对这些多目标进行了分析和评估以后,找出了满足这些目标的优先解决顺序,然后根据优先顺序依次确定道路规划的步骤。首先是控制道路高差；其次是道路运输强度必须满足大坝防洪度汛及下闸蓄水要求；第三是结合地形地貌,合理选线,最后是料场主干道高程的确定。据此提出了道路规划分五个步骤的思路,即首先通过对大坝坝体尺寸的分析,并结合实际地形,确定填筑道路与大坝的接口高程；第二步是通过导流和大坝防洪度汛要求的分析,并以砾石土心墙施工为主线,分析出高峰强度的范围,据此确定道路设计标准；第三步是通过实际的地形地貌和地质条件,确定合理的线路；第四步是确定料场主干道接口高程；第五步是在前四步的基础上,布置大坝接口和料场接口之间的连接道路,并适当增加循环线,提高保证率。

本文利用了系统工程的一些思路,把一个复杂、动态的道路规划变成了5个相对单一的子模块,每个子模块尽管存在较多不确定的边界条件,但是通过分析评估,可以锁定主要的边界条件,让动态的道路规划变的相对静态,同时对可变的边界条件,还有较大的适应性和灵活性,对300 m级的高堆石坝在规划填筑运输道路时可以提供借鉴。

[1] 李永红, 等. 双江口水电站可研报告书[R]. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司, 2015．

[2] GBJ 22—87 厂矿道路设计规范[S]．

[3] DL/T 5243—2010 水电水利工程场内施工道路技术规范[S]．