王璟玉,蒲 宁
(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江杭州,311122)
某抽水蓄能电站位于安徽省金寨县张冲乡境内,装机容量1 200 MW。电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房等建筑物组成,下水库坝址位于燕子河左岸支流小河湾河口。下水库主要建筑物由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、下库进/出水口等组成。该抽水蓄能电站枢纽工程等别为一等大(1)型工程,上水库大坝、输水系统、地下厂房、开关站、进厂交通洞、下水库大坝及泄洪设施等永久性主要建筑物按1级设计,其他次要建筑物按3级设计,临时导流工程建筑物按4级设计。枢纽主体工程土石方明挖762万m3,石方洞挖122万m3,土石方回填530万m3,混凝土及钢筋混凝土56万m3,钢筋制安4.94万t,固结灌浆45万m,帷幕灌浆3万m。工程施工总工期77个月。
金寨县属北亚热带湿润季风气候,四季分明、雨量充沛,降水量季节分布不均匀,雨季大部分发生在6~9月,洪水亦在这4个月内发生。多年平均降水量1 383.4 mm,最大一日降水量272.9 mm(2005年9月3日)。
下水库集水面积为7.96 km2,多年平均流量0.206 m3/s。小河湾沟总体流向NE向,沟谷狭长,平均坡降约113‰。坝址区沟谷呈“V”型,两岸山体雄厚、地形对称,两岸地形坡度约20°~40°,河谷谷底宽约50 m。坝址区覆盖层、全强风化层厚度差异大,河底主要由漂卵石夹砂砾石组成,基岩为二长片麻岩和角闪岩。
根据坝址处地形条件,两岸山体较陡,河谷谷底狭窄,结合大坝坝型及大坝填筑进度(需经历两个汛期)安排,下水库不具备分期、分时段施工导流条件。故下水库大坝施工导流采用全年围堰一次断流、隧洞泄流的方式,当大坝体填筑高程超过堰顶高程,采用坝体临时度汛挡水、隧洞泄流的方式。
图1 下水库施工导流平面布置图Fig.1 Layout plan of the construction diversion
下水库大坝为1级建筑物。根据DL/T 5397-2007《水电工程施工组织设计规范》的规定,导流建筑物为4级,相应的土石围堰洪水设计标准为重现期10~20年,选定的大坝围堰设计标准为全年重现期10年洪水,设计流量为145.0 m3/s。
根据施工进度安排,下水库大坝施工经历2个汛期,当坝体填筑高程超过堰顶高程时,为坝体临时断面挡水度汛。根据DL/T 5397-2007《水电工程施工组织设计规范》的规定,当坝体填筑超过围堰高程,拦蓄库容<0.1亿m3时,坝体施工期临时度汛洪水设计标准应取重现期20~50年。下库坝体填筑超过围堰高程(高程198.89 m)时,拦蓄库容约107万m3,选定大坝度汛标准为全年重现期20年洪水,设计流量为185 m3/s。
左右两岸地形基本对称,均无影响隧洞布置的制约性地质条件,由于永久泄放洞设置在右岸,为节省工程投资,将导流隧洞布置在右岸,与永久泄放洞相结合布置,工程施工前期作为导流隧洞,后期再改建为永久泄放洞。导流隧洞平面布置设3个转弯段。由于大坝上游围堰与大坝之间死库内设置为弃渣场,导流隧洞进口移至坝址上游约680 m处,进口高程190.00 m,出口位于大坝下游的燕子河上,出口高程160.90 m,隧洞洞身全长966.17 m,纵坡3.1%。
由于隧洞纵坡较陡,为避免隧洞泄流出现半有压流及满足隧洞开挖衬砌机械施工最小断面、隧洞断面最经济的要求,对隧洞进口断面进行扩大,即隧洞进口采用较大断面,洞身段采用较小断面。设计小流量按进口断面控制无压流计算过流能力,度汛大流量按洞身断面控制有压流计算过流能力,通过对不同洞径尺寸隧洞的经济技术比较,确定隧洞洞径尺寸。进口处洞径4.5 m×6.2 m,长度为20 m;洞身段洞径4.5 m×5.0 m(宽×高),均为城门洞型断面,顶拱中心角120°。隧洞沿线围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主,局部断层处为Ⅳ类,由于导流隧洞后期将改建为永久泄放洞,为确保下水库运行安全,采用全洞段钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度为0.6 m。
土石围堰具有地基适应性强、能充分利用导流隧洞开挖料、经济环保等特点,故上下游围堰均采用土石围堰。
大坝上游围堰采用粘土斜墙土石围堰,设计挡水标准为全年重现期10年洪水,流量145.00 m3/s,相应上游挡水水位为197.56 m,堰顶高程199.00 m,最大堰高12.0 m,围堰堰顶宽度10.0 m,全长约57.0 m。上、下游侧堰坡分别为1∶2.5和1∶1.5。利用导流隧洞的明挖石渣料作堰体,上游面设粘土斜墙防渗,粘土与石渣间设反滤层,堰基防渗采用开挖截水槽后回填粘土的形式。
下游围堰位于小河湾出口与燕子河交汇处,设计挡水标准为重现期10年洪水,交汇处流量为2 390 m3/s,天然水位为154.65 m,堰顶高程155.50 m,最大堰高1.5 m。由于水头较低,围堰填筑量较小,为方便施工,下游围堰采用粘土草包围堰,堰顶宽3.0 m,长17.0 m,上、下游侧堰坡采用1∶0.5。
导流隧洞基岩主要以角闪岩及二长片麻岩夹角闪斜长片麻岩为主。进洞口处围岩类别为Ⅳ类,洞身段进、出口段Ⅲ~Ⅳ类为主,洞身中间段围岩类别以Ⅱ~Ⅲ类为主,局部断层为Ⅳ类,出口段围岩类别为Ⅳ类。
导流隧洞开挖可由进、出口两个工作面同时全断面掘进,进、出口明挖采用潜孔钻和手风钻钻孔爆破,推土机集渣,1.0 m3挖掘机或扒渣机配10 t自卸汽车出渣。洞身段采用全断面开挖,人工简易台车配手风钻钻孔,周边光面爆破,小型扒渣机配拖拉机运输出渣。在开挖地质条件较差的Ⅳ类围岩地段时,采用喷锚支护、注浆小导管或超前锚杆支护,随后进行钢筋混凝土衬砌。
洞身混凝土衬砌采用钢模台车,3 m3混凝土搅拌车运送混凝土至浇筑部位,转混凝土泵送入仓,人工振捣浇筑。进、出口部位由3 m3混凝土搅拌车运输混凝土,卸入料罐后由汽车吊吊运入仓,人工振捣浇筑。
上游围堰为粘土斜墙土石围堰,土石方填筑量约1.60万m3,堰体的石渣填筑料采用导流隧洞的明挖和坝基开挖石渣,由10 t自卸汽车运至工作面。粘土料由下库库内土料场开采获得,1.0 m3挖掘机挖装,10 t自卸汽车运至工作面填筑。
下游围堰为粘土草包围堰,土方填筑量约371 m3,填筑量较小,粘土料利用库内土料场表土,人工装土堆填。
施工导流是水利水电施工组织设计的重要内容,是控制大坝施工进度工期的关键线路,贯穿于大坝施工全过程。在该抽水蓄能电站招标设计阶段,紧密结合下水库的流域气象、水文及地质条件,对下水库大坝的施工导流方式、导流标准、导流建筑物设计方案、施工方案等进行了详细的设计分析。该抽水蓄能电站下水库施工导流设计方案,充分考虑了大坝施工进度安排、建筑物永临结合方案、库内弃渣场布置的影响及利用工程开挖料,为大坝施工创造了良好施工条件,对节约工程投资、减少工程弃渣、减少环保水保影响有重要意义。■
[1]DL/T 5397-2007,水电工程施工组织设计规范[S].
[2]DL/T 5208-2005,抽水蓄能电站设计导则[S].
[3]廖仕信.观音岩水库工程施工导流设计[J].水利科技与经济,2014(6):18-20.