7施工组织设计瓦朗.docx
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7施工组织设计瓦朗
7施工组织设计
7.1施工条件
7.1.1工程地理位置及对外交通
瓦朗水电站位于凉山州木里县唐央乡境内的巴尔河上,巴尔河为木里河右岸一级支流。
本工程为引水式发电站,由首部枢纽、引水建筑物和厂区枢纽三大部份组成,开发任务为发电,兼顾下游生态环境用水要求。
本工程坝址位于巴尔河中游,距其汇入木里河沟口处约6.3km,厂址位于巴尔河沟口左岸,工程区内有仁都村至巴尔牧场的乡村道路通过,木里河右岸有木里至唐央乡的通乡公路通过,此通乡公路连接至S216省道,工程区对外交通条件基本满足施工要求。
7.1.2枢纽布置
瓦朗水电站采用引水式开发,主要建筑物由首部枢纽、引水系统及厂区枢纽等部分组成。
7.1.2.1首部枢纽
7.1.2.2引水系统
引水建筑物由无压引水隧洞、压力前池以及压力管道组成。
本工程通过闸坝取水,经无压引水隧洞、压力前池以及压力钢管至巴尔河下游地面厂房发电。
1)引水隧洞
无压引水隧洞全长5303.165m,进口底板高程为3293.50m,隧洞底坡i=1/2000,断面形式采用城门洞型。
根据隧洞围岩类别,隧洞衬砌在地质条件不同情况采用不同的衬砌方式,Ⅲ类围岩边墙采用20cm厚C20混凝土衬砌,顶拱120度范围内采用挂φ6.5@20cm×20cm钢筋网,喷10cm厚C20混凝土,并布置Φ22、1.5m长系统锚杆,排距1m,梅花形布置。
Ⅳ、Ⅴ类类围岩采用30cm厚C20钢筋混凝土衬砌,在顶拱范围内设排水孔,孔深2m,排距3m,每断面2孔,并在顶拱120度范围内进行固结灌浆(固结灌浆孔兼做回填灌浆孔)和回填灌浆,固结灌浆孔深1.5m,排距3m,每断面3孔。
2)压力前池
压力前池布置成洞内式,采用正向输水型式。
主要由扩散段、池身段和电站进水口等建筑物组成。
压力前池全长31.6m。
其中扩散段长13.7m,池身段长10m。
电站进水口布置于前池末端,长7.9m,宽4.68m,进水口底板高程设计为3288.582m,顶部高程2975.470m。
沿水流方向进水口内依次设置拦污栅、检修闸门和工作闸门各一扇,其中拦污栅孔口尺寸为1.5.0m×1.8m(宽×高),检修闸门和工作闸门孔口尺寸为0.9m×0.9m(宽×高)。
3)压力管道
压力管道采用明管方案,采用一管双机联合供水方式。
主管内径0.95m,斜长2203.20m;2条支管内径均为0.7m,长度均为19.00m。
岔管采用Y形岔管,岔管分岔角为60°。
压力钢管各转弯处和管道水平段每隔150m以及平面弯道和里面弯道均设置封闭式镇墩,共19个镇墩,镇墩后均设置一伸缩节,相邻镇墩之间每隔9.0m~10.0m设一支墩,支墩采用鞍形支座。
为方便施工和运行管理,在管槽边坡坡脚设置排水沟,沿管线右侧设置宽0.8m的检修巡视通道。
7.1.2.3厂区枢纽
本工程主要工程量见表7-1-1。
主要工程量汇总表
表7-1-1
项目
单位
首部枢纽
引水系统
厂区枢纽
合计
闸坝
沉沙池
引水隧洞
前池
压力管道
土方明挖
m3
1097
16563
16813
27470
61943
石方明挖
m3
9871
8982
1849
19990
40692
石方洞挖
m3
51739
1980
1047
54766
土石填筑
m3
205
2050
873
410
3538
混凝土
m3
7354
1909
12382
637
4892
3186
30359
喷混凝土
m3
43
174
1048
200
3
450
1918
钢筋
t
328
145
454
21
145
382
1474
锚杆
根
25
323
11696
85
72
340
12541
回填灌浆
m2
12887
1407
14294
固结灌浆
m
380
1804
225
2409
堆砌石
m3
855
20
3156
165
4196
7.1.3自然条件
7.1.3.1水文条件
巴尔河径流主要来源于降雨,其次是冰雪融水和地下水。
每年4月开始随着气温逐渐回升,径流逐渐加大。
6~10月为丰水期,11月~翌年5月为枯水期,径流基本由地下水补给。
木里河流域洪水主要由暴雨形成,年最大洪水一般发生在6~10月,7、8、9月份发生次数最多,洪水以单峰为主,洪水历时一般5~8天,复峰洪水历时一般在10天左右,洪水量级不大。
瓦朗水电站坝址、厂址及石辣子沟分期洪水见下表:
瓦朗水电站坝址分期洪水计算成果表
表7-1-1
时段
设计流量(m³/s)
p=2%
p=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
p=50%
1月
0.945
0.895
0.853
0.780
0.702
0.579
2月
0.797
0.759
0.726
0.670
0.608
0.512
3月
0.861
0.815
0.777
0.710
0.639
0.527
4月
1.09
1.03
0.986
0.902
0.811
0.669
5月
4.97
4.61
4.30
3.78
3.23
2.40
6-10月
169
148
132
105
78.5
45.2
11月
5.05
4.83
4.61
4.25
3.83
3.17
12月
1.25
1.20
1.16
1.08
0.999
0.851
瓦朗水电站厂址分期洪水计算成果表
表7-1-2
时段
设计流量(m³/s)
p=2%
p=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
p=50%
1月
1.29
1.22
1.16
1.06
0.954
0.787
2月
1.08
1.03
0.987
0.911
0.827
0.695
3月
1.17
1.11
1.06
0.966
0.868
0.717
4月
1.48
1.40
1.34
1.23
1.10
0.909
5月
6.35
5.89
5.50
4.83
4.13
3.06
6-10月
185
163
144
115
86.9
50.6
11月
6.45
6.17
5.89
5.43
4.90
4.06
12月
1.70
1.64
1.57
1.47
1.36
1.16
7.1.3.2气象条件
木里河地处青藏高原与云贵高原过渡地带,受其复杂多样地貌类型的影响,气候的垂直变化十分明显,从低到高出现了暖温带、温带、亚寒带等气候类型。
高空西风南支气流、西南印度洋季风和东南太平洋季风是影响该流域的主要天气系统。
各环流系统随着不同的季节变化交替地起着不同的作用:
冬半年(11月至翌年4月)受高空西风南支气流所控制,因西风急流来源于阿拉伯、伊朗高原,经特别干旱的印度西北塔尔沙漠流来,而北方西伯利亚冷空气南下又受到北部青藏高原和重重叠叠的高山等天然屏障的阻挡,使该流域冬半年天空晴朗,云层不多,气候干燥,降水极少,日照充足,形成了明显的干季。
夏半年(5~10月)高空西风急流北移,南支急流逐渐结束,而相应的印度洋与太平洋副高北上加强,流域上空转为深厚、温暖、潮湿的西南气流控制,带来充沛的水汽,此气流与西北不断南下的冷空气相遇,形成大量降水,成为该流域的雨季。
距本工程区最近的气象站为木里县气象站,本工程区距木里气象站直线距离约93km。
据木里县气象站(高程:
2666.6m)1970~2002年33年实测资料统计,多年平均气温12.5℃,月平均最高气温18.1℃(6月),月平均最低气温5.4℃(1月),极端最高气温32.6℃(1991年6月13日),最低气温-10.6℃(1982年12月27日);多年平均降水量837mm,最大降水量1140mm(1998年),最小降水量547mm(1976年),降水主要集中在6~9月,6~9月降水量占全年的82%,多年平均蒸发量2013mm,多年平均日照时数2248h,多年平均相对湿度57%,多年平均风速1.9m/s,多年平均最大风速15m/s,多年最大风速21m/s(1974年、1976年),相应风向S、E。
由于木里气象站是距本工程区最近的气象观测站,测站高程不同,因此仅供本工程参考。
木里县气象站气象要素统计表
表7-1-6
1970~2002年
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
气温
(℃)
多年平均气温
5.4
7.5
10.6
13.9
16.9
18.1
17.7
17.1
15.6
12.9
8.5
5.5
12.5
极端最高
22.7
26.1
27.9
31.2
31.5
32.6
30.7
31
29
26.1
23.4
22.6
32.6
极端最低
-9.9
-7.6
-5
-2.8
1.4
5.8
7.6
6.2
3.9
-0.4
-5.5
-10.6
-10.6
多年平均相对湿度(%)
37
35
38
42
53
70
79
78
79
67
57
45
57
多年平均蒸发(mm)
154.2
181.3
212.5
251.8
251.7
177.9
144.4
138.4
116
133
125.5
125.9
2013
多年平均日照时数(h)
230.8
214.1
237.4
218.7
203.2
146.3
124.8
135.6
124.9
182
204
226.3
2248
风向
平均风速(m/s)
2.2
2.8
3.1
2.7
2.2
1.6
1.2
1.2
1.2
1.4
1.4
1.6
1.9
风速
最大风速(m/s)
19
21
20
18
20
15
13
21
16
16
16
18
21
降水量
(mm)
多年平均
2.1
3.7
9.4
16.6
58.4
151.7
216.4
185.4
132.2
48.1
9.4
3.4
837
历年一日最大
9
11.4
34.3
19.9
36.8
58
59.9
77.4
61.7
43.9
17.2
15.8
77.4
历年三日最大
10.8
16.1
50.4
28.9
53.2
74.6
111.6
86.9
79.6
52.1
17.8
16.8
111.6
历年五日最大
10.8
16.1
53.1
31.8
68.8
95.2
144.8
119.6
100.1
77.3
17.8
16.8
144.8
7.1.3.3地质条件
坝址处河谷狭窄,谷底宽约10~30m,河床高程3290~3293m,枯水期河水面宽8~10m,水深约0.3~0.8m。
两岸基本对称,呈“V”型狭谷,岸坡较陡,自然坡角32°~55°,两岸自然坡高600~1000m。
坝址区地层岩性主要为第四系冲洪积(Q4al+pl)、崩坡积(Q4col+dl)及奥陶系下统瓦厂组(O1w)。
瓦朗引水隧洞位于巴尔河中下游左岸山体,沿线植被较为茂密,山体雄厚,未见冲沟发育;地形高程3400~3500m,地表多揭露为第四系崩坡积物,厚度一般10~15m,地形稍陡,坡度一般在30~40°。
引水线路区揭露地层岩性单一,为第四系崩坡堆积物(Q4col+dl)和奥陶系下统瓦厂组(O1w)。
第四系崩坡堆积物(Q4col+dl)为块碎石土,上部约1~2m较为松散,下部呈稍密至中密状,厚度一般10~15m。
奥陶系下统瓦厂组(O1w)以板岩为主,局部夹有石英砂岩,强风化厚度在1~3m,弱风化厚度在5~10m。
引水隧洞穿越区山体雄厚,围岩岩性单一,地质构造简单,区内相对高差较大,切割较深的沟谷为季节性冲沟,地下水不发育。
隧洞以Ⅲ类为主,合计占隧洞长度的75.75%,Ⅳ、Ⅴ类围岩主要分布在隧洞进出口及埋深较浅段,各占23.15%和1.10%。
前池布置于巴尔河下游左岸山体,接引水隧洞末端,地形高程3315~3340m,地表覆盖第四系崩坡积块碎石夹土,厚11~14m,下伏基岩为奥陶系下统瓦厂组千枚状板岩夹石英砂岩,岩层产状55°/NW∠35°。
基岩为反向坡结构,前池所在坡体稳定条件较好。
压力管道接压力前池末端,沿线地形坡度为约26°,普遍分布第四系崩坡积块碎石夹土,厚度5~20m。
下伏基岩为奥陶系下统瓦厂组千枚状板岩夹石英砂岩,岩层产状55°/NW∠35°。
基岩为斜交反向坡结构,坡体整体稳定条件较好。
牙洛断裂(F2)近似平行于瓦朗电站压力管道发育,分布于压力管道外侧,距压力管道最近距离约45m。
断裂走向N23°W,倾向SW,倾角在35°左右,延伸长度约20km。
厂房布置于巴尔河下游沟口,地形高程为2561~2568m,沟口上游为卡基瓦电站堆石渣场,临近木里河沿河公路。
沟口右岸地形陡峭,基岩出露;左岸地形坡度约26°,多覆盖第四系崩坡堆积层,厚约14m,局部出露强风化岩体。
厂房基础为第四系冲洪积物,由漂(块)卵砾石组成,厚度5~10m,卵砾石成分为石英砂岩、板岩、砂岩等。
厂区出露及覆盖层下伏基岩均为奥陶系下统瓦厂组(O1w)为千枚状板岩夹石英砂岩,物理地质现象主要为岩体的风化、卸荷及崩塌。
岩体强、弱风化带下限埋深分别为5~15m和10~25m;强、卸弱荷带深分别为10~20m和30~40m;山脊浅表卸荷松动层厚0~10m,未见变形体、滑坡等不良物理地质现象。
7.1.4施工特点
本工程地处偏远高海拔地区,场内交通条件较差,且远离物资供应地;高寒缺氧,气候条件恶劣,人员工作效率低,设备生产率低。
需配置专业设备,保证工程质量和进度。
工程区河谷深切,两岸山体陡峭,施工设施布置分散,不利于施工管理。
首部闸坝枯期施工强度较高;引水隧洞断面小线路长,只能选用小型机械设备,施工工期不易保证;厂区枢纽施工工序多,建筑结构复杂,工期紧,施工难度较大,要求特别重视施工技术与管理,精心组织施工。
7.1.5外来物资供应及水、电、通讯条件
本工程水泥从盐源县采购,运距280km;钢材、钢筋由西昌市采购,运距415km;木材、火工材料及油料从木里县采购,运距178km。
各工区施工用电由地方电网仁都村附近接入,架设临时输电线路供给各施工点,各工区内均配备柴油发电机备用。
。
工程区河段内水源充足,其水质满足施工生产用水要求,生活用水就近取用山泉水或河水净化处理。
工程对外通讯,由木里县接入电信及宽带网络,场区内部通讯结合电站永久调度通讯要求,设20门数字程控交换机一台,施工期间配备一定数量的对讲机。
7.1.6天然建筑材料
本工程所需用天然建筑材料主要为混凝土骨料,砌筑块石用量较少,围堰防渗采用土工膜,本阶段不考虑粘土用量。
根据料源情况及场内交通条件,本阶段推荐混凝土粗骨料利用首部附近砂卵砾石料和开挖石渣加工,工程用砂由巴尔砂石加工系统提供,砌筑块石用量较少,可由河道或弃渣场人工拣集选用。
7.1.7施工期下游用水要求
本水电站所在流域巴尔河是木里河中下游右岸一级支流,流域内无通航、过木要求;坝址下游至厂房间的减水河段内无工矿企业,没有工业用水要求;减水河段两岸居住有少量居民,且多在半山坡上,用水主要由其附近小支沟解决,本工程建设对下游居民的生产用水和生活用水基本无影响。
7.2天然建筑材料
7.2.1工程需用料总量
本工程混凝土总量3.2万m3,计入砌筑工程及临建工程用料,共需砂石净料8.5万t,其中砂2.7万t,碎石5.8万t,共需混凝土骨料5.3万m3。
首部海漫及浆砌石护坡共需石料0.3万m3,块石用量较少且使用部位分散,可于河道或弃渣场拣集,分选使用。
本工程防渗不考虑利用土料,围堰采用土工膜防渗。
7.2.2料源情况
1)石辣子沟料场
该料场位于石辣子沟沟口右岸,距坝址0.7km。
料场分布高程3500m~3600m,水平宽度170m,长270m,面积约4.6万m2。
场区地形坡度41°~50°,地表基岩裸露,地层岩性为奥陶系下统人工组石英砂岩,有用层厚度大于60m,强风化带属无用层,厚度3m~5m,有用层储量约252万m3,无用层体积约17万m3,采剥比约15:
1。
根据类似工程建设经验,料场岩石干密度2.5g/cm3~2.6g/cm3,饱和吸水率0.35%,孔隙率2%~3%,微风化岩石单轴饱和抗压强度值为60MPa~80MPa,属坚硬岩石类。
料场附近无公路相通,开采运输条件较差。
2)卡基娃现有人工骨料场
料场位于巴尔河沟沟口上游木里河右岸,距瓦朗电站厂址约10km。
料场分布高程2750m~2800m,水平宽度120m,长250m,面积约3.0万m2。
场区地形坡度35°~50°,地表基岩裸露,地层岩性为奥陶系下统人工组石英砂岩,有用层厚度大于20m,强风化带属无用层,厚度约3m,有用层储量大于51万m3,无用层体积约9万m3,采剥比约5.6:
1。
根据类似工程建设经验,料场岩石干密度2.5g/cm3~2.6g/cm3,饱和吸水率0.35%,孔隙率2%~3%,微风化岩石单轴饱和抗压强度值为60MPa~80MPa,属坚硬岩石类。
质量和储量满足工程建设需要,沿木里河有公路,开采运输条件较为便利。
3)首部砂卵砾石料场
瓦朗坝址上游约150~300m范围内巴尔河河道砂卵砾石料较为集中,可利用河道内漂卵石或块碎石轧制混凝土骨料。
料场分布高程3300m~3305m,水平宽度30m,长100m,面积约0.3万m2。
有用层为冲洪积物,厚约11m,块石最大粒径可达2m以上。
岩性主要为石英砂岩、板岩等,有用层储量3.0万m3,岩石干密度约为2.7cm3,RW值为60MPa~100MPa,料场质量和储量满足首部枢纽及部分引水隧洞上段混凝土骨料的要求。
鉴于首部枢纽建筑物规模小,所需混凝土骨料少,建议利用简易设备就地加工。
4)开挖可利用料
瓦朗水电站引水隧洞穿越的地层均属奥陶系下统瓦厂组灰~灰黑色板岩夹砂岩,大部分洞段为微新岩体,部分地段砂岩呈中厚层~厚层状,其开挖料也可就近用于加工混凝土人工骨料。
本电站首部枢纽石方开挖1.9万m3,引水隧洞石方洞挖5.2万m3,厂区枢纽石方开挖2.0万m3,开挖石渣中的石英砂岩等坚硬岩,经筛选加工后可做为人工骨料。
经初步估算,可利用量约为4.0万m³,建议各建筑物石方开挖料就近利用,既可减少弃渣量,又利于环境保护。
7.2.3料源选择
本工程需混凝土骨料5.3万m3,根据料源情况及场内交通条件,结合巴尔河梯级电站开发规划,本阶段推荐首部设置碎石加工厂,利用简易设备加工开挖石渣和天然砂砾料,用作首部枢纽及引水隧洞上游段衬砌混凝土粗骨料,不够部分由上游巴尔水电站1#人工骨料场提供,引水隧洞下游段及厂区枢纽混凝土骨料和工程全部用砂由上游巴尔水电站砂石加工系统提供,平均运距约7km。
7.2.4料场开采
根据混凝土骨料料源规划,扣除石渣利用4.0万m3,另需开采天然砂砾料1.3万m3(自然方),计入开采加工损耗补偿系数(Ks=1.25),规划天然砂砾料开采量1.6万m3(自然方)。
首部砂卵砾石料场位于坝址上游约150~300m范围河道内,主要利用枯期开采,汛前备料,1.0m3反铲开挖,装15t自卸汽车运往碎石加工厂,综合运距0.5km。
7.3施工导流和截流
7.3.1首部枢纽施工导流
7.3.1.1导流标准
本电站装机为11MW,属Ⅳ等小
(1)型工程,相应永久性主要建筑物为4级,次要建筑物为5级。
根据SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》规定,相应导流建筑物级别为5级,当导流建筑物为土石围堰时,设计洪水重现期为5~10年,当导流建筑物为混凝土、浆砌石围堰时,设计洪水重现期为3年~5年。
当坝前拦洪库容在0.1亿m3以下时,坝体施工期临时度汛洪水设计标准为50年~20年一遇。
经首部枢纽5年及10年一遇设计洪水比较,10年一遇洪水较5年一遇洪水流量增加不大,为适当提高施工保证性,确保大坝基坑施工安全,本工程首部枢纽导流标准选用10年一遇洪水。
为确保主体工程结构安全和工期目标的实现,坝体施工期临时度汛洪水标准采用全年50年一遇。
7.3.1.2导流时段及流量
瓦朗水电站首部为沥青混凝土心墙堆石坝,坝址区河谷较狭窄,呈“V”型谷,河流自NW向SE流,河谷宽55~155m,两岸山体雄厚,地形总体呈上陡下缓,两岸地形坡度35~55°。
巴尔河洪水10年一遇枯期洪水流量3.76m3/s,全年洪水流量94.5m3/s,洪枯流量变幅大。
土石坝施工期间不允许坝面过水,坝体分段施工布置困难,结合水文地质条件,不宜采用分期导流和明渠导流方式。
坝区两岸均具备布置导流隧洞的基本地质条件,为降低临建工程投资规模,导流洞结合放空隧洞布置,位于巴尔河右岸,上游围堰采用土石结构,与坝体上游堆石体结合。
由于水库所在河流为山区雨源性河流,洪枯流量变化大,全年与枯水期同频率洪水相差较大,采用全年导流则导流建筑物规模及投资较大。
鉴于本工程沥青心墙堆石坝规模较小,最大坝高53m,坝体填筑总量41.6万m3,枯水时段6个月,估算枯水期坝体抢筑强度不大,本阶段推荐枯期围堰挡水,汛期利用坝体临时挡水的导流方案。
根据上述分析可知,在满足施工总进度要求的前提下,为降低导流工程规模,节约工程投资,并有充足的时间进行主体建筑物的施工,导流时段初选为枯水期11月1日~次年5月31日,相应的导流设计流量为3.76m3/s,导流时段为7个月。
坝体临时度汛洪水标准采用全年50年一遇,相应的洪峰流量为153m3/s。
7.3.1.3导流方案
根据首部枢纽布置特点、地形地质条件,经技术经济比较,本阶段拟采用枯期围堰挡水,隧洞泄流,汛期利用坝体挡水的导流方式,施工程序安排如下:
大坝防渗墙施工安排在一枯进行,即第1年12月~第2年5月,一汛(6月~10月)完成导流及放空隧洞施工,期间均利用河床泄流;第2年10月初开始围堰基础土石方开挖,至11月底完成围堰填筑,首部枢纽于第2年9月初~11月底进行岸坡及基坑开挖,二枯(12月~第3年5月)坝体填筑至临时度汛高程3984.00m,上游干砌石护坡同期砌筑至度汛高程3984.00m,坝体临时挡水,隧洞泄流;第3年7月底坝体填筑坝顶设计高程3995.00m,至第3年9月底沥青混凝土心墙堆石坝完建。
7.3.1.4导流建筑物设计
上游导流围堰采用土石结构,围堰顶宽3.0m,围堰顶高程3948.00m,最大坝高5.0m,围堰迎水面和背水面坡比均为1:
2,堰体采用开挖石渣填筑,土工膜防渗。
导流隧洞结合放空洞布置在巴尔河右岸,隧洞断面尺寸设计为2.5m×2.7m(宽×高),进口底板高程3945.40m,纵坡i=0.005,导流隧洞长254.
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