东庄水利枢纽工程施工组织设计

杨应军，刘 涛，包芬芬

(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州 450003；2.陕西省泾河东庄水利枢纽工程建设有限责任公司，西安 710004)

东庄水利枢纽工程位于陕西省礼泉县和淳化县交界的泾河下游峡谷，距离峡谷出口约29km，工程任务以防洪减淤为主，兼顾供水、发电及改善生态等综合利用[1]。枢纽建筑物包括混凝土双曲拱坝、坝身排沙泄洪孔、水垫塘及二道坝、岸边发电引水进口及供水取水口、发电引水洞、地下厂房和库区防渗工程等，水库总库容32.76亿m3，电站装机规模110MW，工程为Ⅰ等工程，工程规模为大(1)型。坝顶长度456.41m，水库正常高水位789.00m，坝顶高程804.00m，建基面高程574.00m，最大坝高230m，坝体混凝土总量约223万m3。

1 工程对外交通

东庄水利枢纽工程建设所需的外来物资主要包括水泥、粉煤灰、钢筋钢材、施工机械设备、永久机电设备、火工材料、油料、房建材料、生活物资等，对外交通运输总量为212.59万t，其中水泥、粉煤灰需用量为115.11万t，占总运量的54.15%。外来物资高峰年运输强度为92.72万t[2-3]。

结合现状交通条件，经过比选确定东庄水利枢纽工程对外交通运输方式主要采用公路运输。公路运输主要线路为：礼泉→东庄→坝址，线路长度为101km。

该运输方案需改建现有县道25.8km，新建进场道路12.2km，改建段和新建段均采用公路二级。连接两岸的泾河大桥采用中承式组合钢箱拱桥，总长284m，宽14.5m，行车道宽7.5m，荷载标准按公路-Ⅰ级。

2 主要建筑材料

工程区附近无天然砂砾石料源，经地质勘察与试验，坝址右岸灰岩是轧制混凝土骨料的优质料源，且开采条件较好。同时，两岸拱肩槽及水垫塘边坡明挖与导流洞、地下厂房等地下洞室开挖中的巨厚层灰岩也是较好的轧制混凝土骨料料源。经综合分析比较，选择庙上灰岩料场作为工程混凝土骨料主要料源，料场距坝址直线距离约1.5km；同时，充分利用工程开挖料轧制混凝土骨料。庙上料场灰岩有用料吸水率平均值为0.06%，饱和吸水率平均值为0.10%，干密度平均值为2.70g/cm3，饱和抗压强度平均值为96.5MPa，冻融后抗压强度平均值为69.5MPa，软化系数平均为0.85，碱活性试验成果表明灰岩料不具有碱-碳酸盐活性危害。此外轧制试验结果表明，料场原岩轧制的粗、细骨料级配曲线良好。料场有用层总储量达2000万m3，设计需求量不足300万m3，储量满足工程需求。

灰岩开挖料岩石致密坚硬，干密度、饱和抗压强度、软化系数、冻融质量损失率、硫酸盐及硫化物含量等指标符合人工骨料原岩质量指标要求。

3 施工导流

3.1 导流方案与标准

根据工程地形条件、地质条件、建筑物布置特点等，经比较确定，初期导流选择一次断流、围堰挡水，隧洞导流的导流方式。经综合比较，选定右岸布置单条导流洞，上游采用胶凝人工砂石结构、下游采用土石心墙围堰结构型式方案，初期导流采用围堰拦挡全年施工洪水的导流方案[4]。

初期导流：2022年、2023年导流标准采用全年10a一遇洪水标准，相应设计流量5300m3/s；中期导流：2024年汛前坝体上升至664m高程，对应库容0.95亿m3，坝体临时度汛标准选择50a一遇设计洪水标准，相应设计流量为11000m3/s；2025年汛前坝体上升至712m高程，对应库容5.4亿m3，坝体临时度汛标准选择100a一遇设计洪水标准，相应设计流量为13600m3/s。后期导流：2026年汛前坝体上升至748m高程，对应库容12.3亿m3，度汛标准选择100a一遇设计、200a一遇洪水校核标准，相应设计流量分别为13600m3/s和16300m3/s。

3.2 导流建筑物

1)导流洞：导流洞布置在右岸，单洞布置。进口高程593.00m，底坡3.5‰，轴线长912.50m，出口高程589.81m。通过经济洞径比较，选择17m×19m的城门洞型断面。

2)导流底孔：为满足中期导流需要，经调洪演算设置两个导流底孔，对称布置在拱坝的10#、11#坝段。进口高程620m，出口底高程620m，孔身为5.5m×10m(宽×高)的矩形断面。为满足导流洞封堵后下游供水需求，1#导流底孔2024年度汛后改建为初期供水洞。

3)导流围堰：上游围堰堰前水位638.02m，堰顶高程639.20m，建基面高程584.00m，最大堰高55.2m，围堰堰顶宽7m，上游面边坡634.2m以上垂直，以下1∶0.5，下游坡坡比634.20以上垂直，以下1:0.6，最大断面底宽62.22m，堰顶长66.8m。堰体内部采用C4W2胶结人工砂石料。

下游围堰采用石渣填筑、复合土工膜防渗，堰前水位为611.4m，堰顶高程为612.60m，最大围堰高27.6m。堰顶宽度8m，轴线长40.5m。

4 主体工程施工

4.1 大坝工程施工

东庄拱坝基础开挖最低高程578m，最高边坡高度左岸为278m、右岸为271m，土石方明挖量约690.22万m3(包含水垫塘、二道坝)。土石方采用自上而下分台阶开挖，充分利用导流洞具备过流条件后的时段，在截流前进行两岸690.0m高程以上坝肩、水垫塘边坡、以及引水发电及供水洞进口开挖，以降低截流后岸坡及河床坝基开挖强度。根据地形条件及场内道路布置，在右岸750m高程、左岸780m高程布置拦渣平台，上部开挖利用支线道路出渣；中下部通过上、下游施工交通洞进入基坑，从基坑出渣。

根据工程区地形地质条件和枢纽布置情况，坝顶布置3台平移式缆机，作为大坝混凝土浇筑和金属结构安装主要设备。缆机采用高塔架型式，两岸塔架高度均为25m，右岸为主塔。缆机跨度为567m，平台轨道长度160m。单台缆机最大起重量为30t，两机联合抬吊起重量最大为56t。

混凝土由右岸混凝土拌和系统1供应，水平运输采用9m3后卸式料罐车，循环运距约0.9km，其中重车运距约0.3km。后御式料罐车运料至缆机供料平台后将混凝土卸入9.0m3吊罐，由缆机吊运至浇筑仓位。缆机采用不摘钩入仓的工作方式，单台缆机设计月平均生产率按3.5万m3考虑。左岸缆机未覆盖的1#坝段采用汽车吊或溜槽辅助入仓浇筑方式。

坝体浇筑块分层厚度以3m为主，坝体孔口部位、反坡部位分层分块厚度根据孔口高度及反坡位置采用1.5～4.5m的层厚进行协调。仓面采用整体提升式钢模板。坝体孔口部位采用组合钢模板或衬砌钢板作为模板立模浇筑，坝体排沙深孔、非常排沙底孔、溢流表孔进口事故门门槽采用一次成型法施工。

4.2 大坝混凝土温度控制与接缝灌浆

大坝为双曲拱坝，只设横缝，不设纵缝。混凝土浇筑温度按10℃标准控制，低温季节浇筑温度允许适当放宽1～2℃，但混凝土浇筑温度不能低于5℃。为满足温控要求，高温季节采用预冷混凝土浇筑，设置仓面喷雾降温系统，并采取通水冷却措施，分一期、中期、后期三个时期通水。冷却水管层间距约束区为1.0m、自由区为1.5m，管间距为1.5m。一期通水一般采用6～8℃，降温阶段适当提高冷却水温到10～12℃，通水冷却时间≥14d，以控制混凝土最高温度。中期通水在一期通水冷却达标后进行，按0.15～0.3℃/d降温速率通水20～30d左右，以削减坝体内外温差，控制混凝土中期冷却降温至14～16℃，达标后进行控温。后期通水冷却一般应在接缝灌浆前45d开始，冷却水管入口最低水温为6℃，日温降幅度≤0.5℃，以达封拱灌浆温度。

为使拱坝形成整体，结构要求待坝体冷却到灌浆温度后进行横缝接缝灌浆，灌区最低高程578.0m，灌区顶部高804.0m。横缝间距为各坝块的宽度，灌区高度为9～15m,灌区面积为200～400m2，接缝灌浆总面积约为7.64万m2。

坝体接缝灌浆在灌浆廊道或坝后临时施工平台上进行。接缝两侧坝块混凝土温度必须达到规定的坝体灌浆温度。除顶层外，混凝土厚度≥6m，且其温度应达到接缝灌浆温度。

4.3 地下厂房施工

根据施工程序及发电厂房系统布置，主、副厂房系统共布置3条施工支洞，外加进厂交通洞、主变交通洞、尾水闸交通洞、主厂房排风廊道、主变洞室排风洞、尾闸室排风洞作为施工通道。

主厂房、副厂房采用“一字型”布置，厂房总长度91.64m，主机段开挖尺寸52m×18.8m×37.53m(长×宽×高)，安装间开挖尺寸18.9m×18.8m×26m(长×宽×高)，副厂房开挖尺寸20.9m×18.8m×24.4m(长×宽×高)。主副厂房分6层进行开挖，分层高度为4.85～6.93m，层内分区、分块进行开挖支护施工。主要采用二臂液压凿岩台车钻孔，设计轮廓光面爆破，2m3装载机出渣配15t自卸汽车出渣。

主厂房自上而下分6层进行开挖。先挖顶拱，并留有相应的爆破安全距离后，进行顶拱部位锚喷、支护施工。岩锚吊车梁层开挖完成后进行岩锚吊车梁混凝土施工，支护逐层往下开挖，支护紧跟开挖层。当主厂房开挖到建基面后，进行下部混凝土浇筑。主厂房下部混凝土浇筑过程中，混凝土浇筑与机组埋件(尾水管、锥管)安装交叉作业。混凝土浇筑至蜗壳底部高程后，进行基础环、座环、蜗壳等埋件安装，然后浇筑蜗壳混凝土直至发电机层高程。

引水洞、尾水洞、进出口建设物施工与主厂房施工同时进行，引水洞下平段钢管分节由进场交通洞、施工支洞运入，部分钢管从厂房内经岔洞运入，洞内分节安装。

混凝土由下游混凝土拌和系统2供应，6m3的混凝土搅拌车运输，混凝土泵、溜槽及桥机吊运入仓。

4.4 库区防渗工程施工

库区防渗工程主要为两岸灌浆平洞、通风平洞、通风竖井及帷幕灌浆等。库区防渗工程两岸防渗段总长2980m，分5层灌浆廊道进行灌浆。根据防渗工程布置及施工交通条件，库区防渗工程施工共布置7条施工支洞，其中左岸4条，右岸3条；另利用顶层通风平洞兼作施工支洞。

库区防渗工程施工与坝体施工同步进行，帷幕灌浆按照开挖、衬砌、回填灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、排水孔等的顺序依次进行施工。

4.5 金属结构安装

本工程金属结构主要布置在泄洪表孔、泄洪深孔、导流底孔、电站、排沙洞、供水工程等部位，总重量约为1.25万t。

引水发电系统金属结构随混凝土施工一并进行，主要由混凝土浇筑是的提升设备进行安装，辅以移动式起重机进行吊装。大坝孔口金属机构及机电设备埋件原则上随坝体上升，由下至上进行。深孔以下主要由缆机吊装，辅以仓面小型起重机等其它辅助设施、泄洪表孔金结安装主要以坝顶大吨位履带吊或汽车吊为主，辅以缆机和坝顶门机进行吊装。

4.6 机电设备安装

本工程布置两大两小共4台混流式水轮发电机组，总装机容量为110MW。水轮发电机组包括定子、转子、转轮、主轴、推力轴承、上机架、下机架等，工程机电设备安装规模较小，水轮发电机组及组件主要在下游工区机电设备安装场进行拼装，平板车经进厂交通洞运到厂房安装场进行安装，用桥机安装就位。主变在安装间用桥机卸车后，用滚筒和千斤顶移动就位。

5 施工布置与施工工厂设施

5.1 施工总布置

结合坝址区地形地质、建筑物布置、料源分布、交通条件等，整个施工场区主要划分为4个区，其中上游右岸导流工程场地划分为导流工程施工区，右坝肩大坝及右岸防渗工程施工场地划分为大坝工程施工区，下游水垫塘、二道坝、引水发电系统施工场地划分为水垫塘厂房施工区，为满足左岸库区防渗工程施工，左岸设置生活营地及综合加工场地，划分为左岸坝肩及防渗工程施工区。

5.2 砂石加工系统

根据混凝土浇筑部位，考虑地形、地质、场内交通运输及施工总体布置规划，工程共设置3套砂石料加工系统，生产成品砂石骨料总量约697.72万t。

5.2.1 砂石料加工系统1

砂石料加工系统1主要向混凝土拌和系统1供应成品骨料，系统规模按混凝土高峰浇筑强度10万m3/月设计，成品料生产能力为520t/h，处理能力为660t/h，采用两班制生产，以三级配、四级配为主，最大粒径150mm。成品骨料通过皮带机输送至混凝土拌和系统1成品料仓。

5.2.2 砂石料加工系统2

砂石料加工系统2主要向混凝土拌和系统2供应成品骨料，系统规模按厂房、水垫塘、二道坝等混凝土高峰时段月均强度为2.0万m3/月设计，成品料生产能力为150t/h，处理能力为200t/h，采用两班制生产，以二级配、三级配为主，最大粒径120mm。

5.2.3 砂石料加工系统3

砂石料加工系统3主要向混凝土拌和系统3供应成品骨料，系统规模按上游围堰胶结人工砂石高峰时段月均强度为2.5万m3/月设计，成品料生产能力为150t/h，处理能力为200t/h，采用两班制生产，以二级配为主，最大粒径80mm。

5.3 混凝土拌和系统

结合工程施工总布置规划和施工进度要求，共设置3套混凝土拌和系统。工程共生产混凝土总量约299.89万m3。

5.3.1 混凝土拌和系统1

混凝土拌和系统1主要负责拌制坝体混凝土以及引水洞、库区防渗工程混凝土，生产混凝土总量约239.02万m3。系统规模按照混凝土月浇筑强度10万m3设计，系统配置1座3×3.0m3单阶倾翻式混凝土拌和楼和一座4×3.0m3单阶倾翻式混凝土拌和楼，采用三班制生产，最大粒径150mm。混凝土原岩由庙上料场开采，砂石料加工系统1加工生产，皮带机输送至混凝土拌和系统1成品料堆。

5.3.2 混凝土拌和系统2

混凝土拌和系统2主要负责拌制导流洞出口、洞身后半段、水垫塘、二道坝、厂房、排沙洞及部分临时施工支洞的混凝土，生产混凝土总量约45.47万m3。系统规模按照混凝土月浇筑强度1.7万m3设计，系统配置2座1×3.0m3强制式混凝土拌和楼。混凝土拌和系统2在导流洞施工期间，先配置1座1×3.0m3强制式混凝土拌和楼，主体工程开工后再扩建。系统采用三班制生产，最大粒径为120mm。

5.3.3 混凝土拌和系统3

混凝土拌和系统3负责供应导流洞进口、塔架、部分洞身衬砌及上游胶结砂石围堰混凝土，生产混凝土总量约15.41万m3，胶结砂石材料9.95万m3。系统规模按照混凝土月浇筑强度2.5万m3设计，系统配置1座2×3.0m3单阶强制式混凝土拌和楼。系统采用三班制生产，最大粒径为80mm。

5.4 施工供水供电

工程施工期高峰用水规模为2930m3/h，其中生产用水高峰规模为2738m3/h，生活用水高峰规模为192m3/h。施工用水水源为泔河水库水，通过三级加压提升至高位水池后，再自流向各施工区供水。

施工用电高峰负荷约为26000kW，采用永久送电和施工供电相结合，利用右岸110kV东庄变作为施工电源。110kV东庄变采用2回110kV供电电源，10kV母线端出线26回为工程5个施工供电区供电，并根据供电区位置和负荷设置3座10kV配电所。

6 施工总进度

工程施工总工期为95个月，2019年1月工程开工，2021年10月工程截流，2025年11月导流洞下闸封堵，2026年11月底工程完工。

工程关键线路为：工程准备→导流工程施工→大坝岸坡石方开挖→截流→大坝基坑开挖→大坝混凝土浇筑→坝体接缝灌浆→导流洞下闸封堵→封堵后坝体混凝土浇筑→封堵后坝体接缝灌浆→工程完工。双曲拱坝为工程施工的关键项目。

7 结 语

东庄水利枢纽工程具有河谷狭窄，地形陡峻，施工道路布置困难，施工场地条件差，工作面多、上下部施工交叉与干扰几率大，大坝混凝土浇筑施工强度高，混凝土温度控制严格等诸多特点，施工组织设计中系统的考虑了场地分区规划、道路上下游、左右岸、高低位的衔接，同时在时间和空间上统筹考虑了主体工程施工与物料供应的匹配与协调，从料场选择与开采、施工导截流、主体建筑物施工、施工总布置及工厂设施布置、施工总进度计划等方面进行了施工组织设计，为工程设计优化、组织招投标、指导施工等筑实了技术基础。

东庄水利枢纽工程初步设计已于2019年5月获得水利部的行政许可，2021年10月21日实现河道截流，主体建安工程全部招标完成，正在进行坝肩及水垫塘边坡开挖，施工组织设计的合理性正在逐步体现。