洮河九甸峡水利枢纽施工组织设计

王海霞

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

1 概述

九甸峡水利枢纽工程主要由混凝土面板堆石坝、左岸1#和2#溢洪洞、右岸泄洪洞、引洮供水工程总干渠进水口、引水发电洞及发电厂房等建筑物组成[1]。混凝土面板堆石坝最大坝高136.5m，坝轴线长232.0m，坝体填筑量约300万m3；左岸1#、2#溢洪洞平行布置，洞身泄槽段长747m；右岸有压泄洪洞为圆形断面，洞身段长316.9m；引水发电洞布置于右岸，进口位于泄洪洞进口上游侧，洞身段全长2248.1m，调压井为阻抗式调压井，高84m[2]；电站厂址位于坝址下游约2.5km处的洮河右岸桥道堡沟口南侧，为地面式厂房，安装3台100MW机组，总装机容量300MW，主副厂房呈一字形布置，总长122.5m，宽24m[3]。

2 施工导流

2.1 导流标准及方式

该工程属Ⅱ等大(2)型工程，其永久性主要建筑物级别为2级。根据SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》，相应导流建筑物为4级临时建筑物[4]。考虑深基坑地基处理工程量较大，超标洪水破堰将造成较大损失并影响工程总体进度，导流标准采用4级临时建筑物上限20年一遇全年洪水1720m3/s；施工期坝体临时拦洪度汛标准采用100年一遇全年洪水2560m3/s。

洮河属山区性河流，洪水年际变化较大。坝址区河道平直，河床狭窄，枯水季水面宽30～60m。根据坝址处的地形条件、水文特征和枢纽总体布置，以及面板堆石坝的施工特点，施工导流采用围堰一次拦断河床，隧洞过流的方式。

2.2 导流建筑物布置

(1)导流洞工程

导流洞布置在河床左岸，进口处基岩裸露高程在2106～2108m之间，坡积物较少，岩壁近乎直立(71°～73°)。根据其地形、地质条件及施工条件，进水口设置成喇叭形，顶拱及右侧边墙均按四分之一椭圆曲线设计，喇叭形进口后22.5m处设闸门井，闸门井处孔口尺寸11m×13m，一孔布置。导流洞喇叭形进口前开挖明渠段长46m，底板高程2093.0m。

导流洞桩号0+030.5～0+680.7m为洞身段，全长650.2m，断面为城门洞型，尺寸为11m×13m(拱顶圆心角150°)。进口底板高程2095.0m，出口底板高程2088.0m，设计纵坡10.8‰，采用钢筋混凝土衬砌。封堵堵头、坝轴线及防渗轴线位置设于桩号0+201.0～0+241.0m处，长40m。出口消能段布置在桩号0+673.0～0+693.0之间，全长20m，采用扩散式挑流消能。

导流洞于2002年12月开工建设，2004年3月贯通并通水。

(2)围堰设计

大坝上游土石围堰设计拦挡全年5%频率洪峰流量1720m3/s。经调洪计算，相应的上游水位为2120.5m，加波浪爬高及安全超高后取上游土石围堰顶高程为2122.0m；覆盖层以上堰体最大高度33.0m，堰顶长度95.0m，堰顶宽度8.0m，迎水面、背水面边坡均为1∶1.75。下游土石围堰挡水水位为2097.0m，考虑交通要求，取下游土石围堰顶高程为2100.0m。覆盖层以上堰体最大高度14m；堰顶长度50.0m；堰顶宽度10.0m，迎水面边坡为1∶1.75，背水面边坡为1∶1.5。

受覆盖层深槽影响，围堰防渗问题突出，经综合技术经济比选，防渗体结构型式为：上游土石围堰高程2102.0m以下、下游围堰高程2092.0m以下堰体和堰基均采用80cm厚混凝土防渗墙，以上接复合土工膜防渗心墙[5]。实际实施中由于塌孔影响施工，下游围堰防渗墙调整为悬挂墙，下部采用沙砾石灌浆处理[6]。

3 料场的选择和开采

3.1 料场选择与规划

九甸峡面板堆石坝坝体总填筑量近300万m3，其中主堆石料209.84万m3，下游次堆石料47.51万m3，过渡料20.45万m3，垫层料及小区垫层料14.77万m3，下游超径块石护坡2.69万m3。混凝土粗细骨料62.7万m3。坝体上游面设挤压边墙[7]。

根据坝料填筑设计指标，经料场规划比选，垫层区(2A)和特殊垫层区(2B)填筑料合计14.77万m3，利用隧洞洞挖石渣经二次加工掺配而成；过渡料20.45万m3，全部利用隧洞洞挖石渣填筑；主堆石料采用料场开采的新鲜灰岩料填筑；下游次堆石填筑47.51万m3，利用料场开采的弱风化灰岩及其他建筑物开挖的弃料填筑。混凝土粗细骨料采用人工骨料，制备骨料的毛料全部来源于块石料场开采料。

在工程区范围内有三个可选石料产地，1#堆石料产地位于坝线上游约1km处右岸引洮平台2350.0m高程以上，2#堆石料产地位于坝址左岸瓦力沟口下游，3#堆石料产地位于坝线下游约200m的荨麻沟右侧。三料场岩石基本裸露，岩性均为上石炭～下二迭巨厚层灰岩，致密坚硬、耐风化，天然密度2.69g/cm3，比重2.72，饱和吸水率0.21，单轴饱和抗压强度78MPa，软化系数0.77。经多次现场查勘，从坝料质量、开采运输条件、坝料平衡、施工布置、环境影响、经济合理性等多方面综合比较，选择1#料场为备用堆石料场，2#料场为主堆石主料场，3#料场为混凝土人工骨料场。

3.2 料场开采

根据2#堆石料场地形情况，将2#堆石料场分为上下两个料区。上料区开挖向上、下游分为三个开采区；下料区位于2#堆石料场下游侧扒泥沟右侧山体，自下游向上游亦分三个开采区。两区坝料开挖根据实际进度安排，合计开挖量为300万m3。

堆石料开采采用深孔梯段微差挤压式爆破，梯段高度15m，100型潜孔钻机造孔爆破，坝料运输采用3m3装载机装20t自卸汽车拉运上坝[8]。

4 场内道路布置

4.1 场内道路施工布置概述

九甸峡枢纽工程大坝最大坝高136.5m，高程范围2070.0～2206.5m。坝址区地形复杂，两岸岸坡陡峻，施工场地狭窄，场内交通道路布置极为困难。在工程前期结合导流洞的施工已修建了至导流洞进出口的施工道路和跨河桥。随项目设计进展，根据永久建筑物布置及施工需要，结合永久道路的设置，主要布置有沟通坝址区和厂房区的低线道路、导流洞施工及沟通左右岸交通布置的桥梁和道路、大坝及厂房基础开挖出渣道路、导截流专用道路、沟通坝体上下游结合引水发电洞布置的交通洞、至调压井的施工支洞及施工道路、去料场和加工厂道路等二十余条场内道路，主要有右岸Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅶ#公路；3#交通洞；下游交通大桥；左岸Ⅴ#、1#交通洞、2#交通洞等。道路布置多层布设、桥隧结合、有效环路、兼顾永久，具有峡谷区小空间精细布置的特征。

4.2 上坝施工道路布置

上坝施工道路根据拟采块石料场所在位置主要布于坝址下游左右两岸，以2#主块石料场经下游交通大桥及3#交通洞到坝址的道路为主干线，在3#交通洞出口分出三条上坝支线道路，至坝址路面高程分别达到2110，2135和2166m，在2135m和2166m后接坝坡“之”字形道路上坝。另在2#块石料场上游侧经导流洞出口明渠桥至下游围堰设道路与下基坑和出渣道路相接，在低高程形成上坝环形道路。下基坑道路沿导流洞施工道路高程至下游围堰处，再从下游围堰沿河床下至基坑开挖高程，同时该条下基坑道路也为坝体2090m以下高程填筑道路。Ⅳ#、Ⅵ#、3#交通洞，下游交通大桥，左岸Ⅴ#、2#交通洞布置主要用于大坝岸坡开挖及坝体填筑上坝道路[9]。

临时道路路面宽度根据用途和地形分别设计为3.5、6.0、7.5、9.0m不等，1#、2#交通洞及左岸溢洪洞施工支洞路面宽4.5m；3#交通洞及调压井施工支洞路面宽7.0m；路面结构均采用级配碎石。

5 结语

九甸峡水利枢纽在2004年9月截流后开始大坝基础、岸坡处理及填筑施工，2007年7月初完成了坝体堆石填筑，同年9月底完成了2170.0m高程以下一期混凝土面板的浇筑、填缝、缝面处理及坝前盖重等各项工作，2007年10月初下闸蓄水[10]。

枢纽处河谷狭窄，岸坡陡峻，深槽发育，围堰防渗、料场规划、场内道路布置都极其困难。历经多次专家咨询，该工程施工组织设计得以不断优化和细化，尤其是道路多层布设、桥隧结合、有效环路、兼顾永久的布置方式，为工程的顺利实施和提前蓄水发电创造了条件，也为峡谷地形条件下类似土石坝工程的施工组织设计提供了很好的借鉴。