施工导流及水流控制.docx
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施工导流及水流控制
1、概述
1.1编制原则
施工导流及水流控制工程设计与施工方案、安全度汛及防汛措施的编制,遵循《陕西商南莲花台水电站招标及合同文件拦河坝土建工程》的有关条款和国家现行水利水电技术规范要求进行。
引用标准和规程规范:
(1)《防洪标准》GB50201—1994;
(2)《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180—2003;
(2)《水利水电工程施工组织设计规范》SDJ338—89;
(3)《水电站基本建设工程验收规程》DL/T5123-2000;
(4)《水工混凝土施工规范》DL/T5148-2001;
(5)《水电水利工程施工导流设计导则》DL/T5114-2000;
(6)《水利水电工程围堰设计导则》DL/T5187-99;
(7)本章各专项施工技术涉及的其它章节引用的标准和规程规范。
1.2导流工程项目和设计标准
1.2.1施工导流和水流控制工程项目
施工导流和水流控制工程(以下简称导流工程),其工程项目包括:
(1)坝址区的导流和截流;
(2)坝址区上下游横向围堰;
(3)坝区及施工区安全度汛和防护工程;
(4)建筑物的基坑排水;
(5)导流隧洞的钢闸门制造、安装等。
(6)导流隧洞的下闸、封堵以及蓄水控制;
(7)导流建筑物拆除;
(8)导流隧洞的封堵时出口围堰填筑及拆除、施工排水;
(9)坝体过水保护、处理和安全度汛。
上述工程项目的工作内容包括建筑物的设计(另有规定除外)和施工;材料、设备的供应和试验检验;设备的安装、运行和维护;临时建筑物及其设施和设备的拆除以及本合同规定的质量检查和验收等工作。
1.2.2导流工程设计洪水标准
根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180—2003),莲花台水电站属四等工程,工程规模小
(1)型,大坝、泄洪建筑物等为4级建筑物,定围堰工程为Ⅴ级。
采用过水围堰方案,设计洪水标准:
枯水时段11~3月,5年一遇洪水,设计流量为224m3/s,相应上游围堰挡水水位259.96m,下游围堰挡水水位249.13m;
过水标准为全年5年一遇洪水,相应流量为2240m3/s;
截流标准采用截流时段5年一遇平均流量即12月份流量32.9m3/s,相应围堰戗堤上游侧水位249.95m,下游侧水位248.4m。
下游围堰水位247.8m,
坝体施工期导流:
根据导流洞的泄流能力、坝体拦蓄能力,按照《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ338-89)规定,度讯标准为全年20年一遇洪水。
后期导流设计洪水标准:
按照《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ338-89)执行,度讯标准为全年百年一遇洪水。
本工程施工导流建筑物设计洪水标准见表6-1。
表6-1导流建筑物及施工期坝体度汛洪水设计标准
项目
频率
时段
流量
(m3/s)
泄流条件
水位
顶高程
上游
下游
导流
截流及戗堤
20%月平均
12月
32.9
①
249.95
248.40
250.50
上游土
石围堰
2006~2008年
枯水期挡水
20%
11~3月
224
①
259.96
260.50
2007年汛期
围堰过水
20%
全年
2240
①+②
260.50
下游土
石围堰
2006~2008年
枯水期挡水
20%
11~3月
224
①
249.13
249.70
2007年汛期
围堰过水
20%
全年
2240
①+②
249.70
导流隧洞封堵土石围堰
20%月平均
7月
127
248.70
249.50
大坝度汛
2007年
20%
全年
2240
①+②+③
122.6
2008年
1%
全年
③
294.00
注:
①导流隧洞②缺口过流③溢流坝
1.3导流施工条件
1.3.1水文气象条件
本工程坝址以上流域面积为6614km2,年径流量为13.47亿m3,多年平均流量42.7m3/s,多年平均降水量为743.5mm,最大降水量1072.3mm,最小降水量445.7mm,年内、年际丰枯变化较大,5~10月为丰水期,水量占全年的74.6%,11月至翌年4月为枯水期,水量仅占全年的25.4%。
坝、厂址水位流量关系、各频率逐月平均流量和施工期分期洪水分别见表6-2、表6-3、表6-4、表6-5、表6-6。
表6-2坝址水位流量关系表
水位(m)
247
248
249
250
251
252
253
254
流量(m3/s)
0
14.1
89.5
264
611
1070
1620
2260
水位(m)
255
256
257
258
259
260
261
262
流量(m3/s)
3000
3810
4700
5670
6710
7840
9080
10400
表6-3厂址水位流量关系表
水位(m)
246.3
247
248
249
250
251
252
253
流量(m3/s)
0
10
70
210
510
920
1440
2060
水位(m)
254
255
256
257
258
259
260
流量(m3/s
2760
3550
4420
5360
6370
7490
9670
表6-4各频率逐月平均流量表流量单位:
m3/s
P(%)
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
平均
P=20%
19.3
18.6
24.4
45.8
55.1
49.5
127
85.5
139
109
45.4
32.9
62.6
P=50%
14.1
10.8
15.2
26.0
25.1
20.6
57.0
49.3
57.2
37.6
25.9
18.4
29.8
P=85%
6.06
5.57
7.35
10.6
11.5
9.09
26.4
17.2
18.7
14.0
9.50
3.99
11.7
表6-5坝址施工期不同时段各频率洪水表流量单位:
m3/s
时段
P(%)
10~2
10~3
10~4
11~1
11~2
11~3
11~4
全年
33.3
406
443
542
80
90
107
236
1510
20
821
849
943
175
192
224
392
2240
10
1460
1490
1540
338
388
419
620
3290
5
/
/
/
/
/
/
/
4360
2
/
/
/
/
/
/
/
5830
表6-6莲花台水电站坝址设计洪水过程线(三天过程线)单位:
m3/s
时段
典型
频率P(%)
0.1
1
5
6.67
33.3
1
48
340
220
140
120
47
2
49
380
250
160
140
55
3
51
450
290
180
160
63
4
52
550
360
230
200
80
5
53
920
600
380
340
130
6
54
1540
1000
630
560
220
7
78
2770
1800
1130
1000
390
8
109
3850
2500
1670
1480
580
9
139
5390
3500
2200
1940
760
10
1540
10700
6950
4360
3850
1510
11
3430
9730
6400
4090
3610
1420
12
3320
8610
5760
3780
3340
1310
13
2770
7530
5070
3670
3270
1280
14
3340
5920
3990
2650
2360
1080
15
2010
5610
3780
2540
2240
1020
16
2990
5050
3400
2260
2010
960
17
1580
4690
3160
2150
1870
880
18
2540
4420
2980
2050
1780
850
19
1140
4150
2800
1950
1690
796
20
1080
3810
2570
1830
1550
734
21
972
3480
2340
1680
1420
663
22
903
3420
2310
1620
1390
652
23
851
3360
2260
1570
1370
641
24
799
3170
2130
1450
1290
606
25
734
2950
1980
1330
1190
559
26
669
2750
1810
1220
1090
513
27
658
2600
1770
1180
1070
503
28
646
2600
1730
1150
1040
492
29
628
2550
1690
1130
1020
481
30
609
2480
1650
1100
990
469
31
559
2380
1600
1070
970
458
32
511
2350
1560
1040
940
445
33
500
2300
1540
1020
930
440
34
488
2250
1520
1000
910
434
35
476
2190
1500
980
900
428
36
464
2160
1460
960
890
420
37
452
2100
1420
940
860
408
38
439
2070
1400
930
850
404
39
433
2040
1370
920
830
395
40
427
1980
1340
900
810
387
41
421
1960
1310
870
790
379
42
412
1880
1270
840
780
372
43
400
1840
1260
830
770
366
44
395
1810
1340
810
750
360
45
386
1980
1450
880
820
389
46
377
2120
1790
980
880
396
47
369
2650
1820
1190
1090
512
48
361
3430
2310
1540
1400
654
49
355
4720
3180
2110
1880
860
50
349
4650
3130
2080
1850
846
51
380
3560
2600
1590
1440
709
52
408
2980
2050
1340
1220
583
53
510
2540
1730
1240
1030
483
54
660
2330
1590
1050
950
465
55
908
2130
1460
990
880
428
56
894
1940
1320
890
800
390
57
686
1830
1240
840
750
370
58
574
1730
1170
780
710
350
59
489
1620
1100
730
670
330
60
449
1570
1070
710
650
320
61
410
1530
1040
700
630
305
62
370
1490
1010
680
620
298
63
349
1430
960
650
590
286
64
328
1370
910
620
570
275
65
307
1300
860
590
540
263
66
299
1260
840
580
530
256
67
291
1240
820
560
510
251
68
283
1220
800
540
490
246
69
271
1200
780
520
470
241
70
259
1180
760
500
450
236
71
246
1160
740
480
430
231
72
239
1140
720
460
410
226
1.3.2导流泄水建筑物
导流隧洞布置在大坝左岸,其全长275.88m,进口底高程246.27m,出口底高程245.47m,过流断面为5m×6m(宽×高)城门型,该导流隧洞已由其他承包人施工。
导流隧洞泄流曲线见表6-7。
表6-7导流隧洞泄流曲线
高程(m)
255
259
263
267
271
275
流量(m3/s)
166
214
253
287
313
341
1.3.3工程地质
(1)地形地貌
坝址区河流方向为近南北向,河床底高程约243m,河谷较开阔,谷底宽约120m,左岸岸坡45°,右岸岸坡60~65°。
(2)地层岩性
基岩右岸为上元古界震旦系灯影组(Zbdn)灰白色厚层状白云质灰岩及中厚层虫蚀状灰岩,其特点具有虫蚀状或玛瑙状条带顺灰岩层理作平行排列,虫蚀之条带系由重结晶之方解石充填而成。
江边覆盖人工堆积层(rQ4)厚1~4.5m。
河床第四系全新统砂砾石层,右半部厚10.8~12.0m,左半部厚4.0~8.0m,钻孔ZK104打到主区域性断层F31,推测断层倾向左岸,属逆断层性质,断层上盘岩石为上元古界震旦系下统耀岭河组绿色钠长石绿泥石正片岩,岩石挤压破碎,采取率低,下盘上元古界震旦系上统灯影组灰白色白云质灰岩及虫蚀状灰岩。
左岸基岩为上元古界震旦系下统耀岭河组(Zayl)钠长石绿泥石正片岩,花岗鳞片变晶结构,片状构造,大致是定向排列,片理发育,其产状NE30°/SE∠35°,强度较低,靠近地表较破碎,抗风化能力较弱,强风化带2~6m,弱风化带厚3~8m。
第四系全新统坡残积层(dl-elQ4)厚1~3m。
(3)水文地质
坝址区基岩具有裂隙透水性,基岩透水大,无垂直分布规律,相对隔水层(q≤3Lu)界线较深,垂直地表深一般为:
左岸34.00~55.00m,局部(ZK103孔受断层F31影响)>60m。
河床断层F31上盘隔水层界线埋深>60m;下盘隔水层界线埋深相对较浅,约40.00~50.00m,右岸隔水层界线埋深50.00~55.00m。
右岸地下水埋深大,无大的储水构造,以地表水垂直渗透的基岩裂隙水为主,含水极不丰富,地下水水力坡降极其缓,地下水略高于河水,总的趋势地下水向丹江排泄。
1.3.4围堰施工材料
根据招标文件及现场条件,坝址上游①号为黄州奎料场,距坝址2Km。
下游为②号莲花台料场,距坝址1Km。
两个料场至坝址均有简易公路可达,交通方便。
料场地形平坦,呈宽带状分布,厚度稳定,水上平均厚2.5m,水下采用厚度2m,含砂率达30%,其他质量指标均较理想。
本工程块石可在坝址上游右岸150~500m公路内侧就近开采白云质灰岩,堰壳料也可利用大坝坝肩、基坑开挖石渣、块石料。
本工程粘土可在坝址上游右岸600~900m河间台地缓坡处开采坡残积砂质粘土,有用层厚度一般在6m左右,储量30万m3,至坝址有简易公路可达,开采运输条件方便。
混凝土防冲板由已建成的右岸混凝土拌和系统供料。
1.3.5截流备料场
截流备料场拟布置在主厂房尾水渠左侧滩地,戗堤用块石料及钢筋笼装块石在该料场准备。
1.3.6交通条件
本工程场内交通主要依靠两岸沿江公路,从沿江公路分别布置至围堰戗堤进占道路。
为便于围堰填筑能在左右岸同时施工,拟在河床上修筑漫水路沟通两岸。
施工道路布置详见附图:
施工总平面布置图。
2、施工导流规划
本工程位于山区,河床较窄,洪水峰高量大,洪枯水位变幅大,根据本工程枢纽布置特点和坝型具体情况,导流采用河床一次断流、左岸导流隧洞导流方案。
2.1初期导流阶段
第1阶段为,初期导流建筑物由左岸导流洞及上、下游围堰组成。
2006年11月至2007年3月中旬修建围堰挡水,围堰采用枯水时段11~3月5年一遇洪水标准,其中2006年11月底完成戗堤预进占,2006年12月15日以前完成河床截流;2007年1月中旬形成基坑后,进行大坝施工,河水从左岸导流隧洞下泄;2007年1月底上游围堰填筑至高程260.0m,下游围堰填筑至高程250.5m;3月底围堰过流面防冲板混凝土施工结束。
2005年5月31日前计划大坝浇筑至高程247m
2007年5月31日完成上游基坑预充水,2007年6月1日至2007年9月30日大坝基坑过水度汛。
2.2坝体施工期导流阶段
第2阶段为2007年6月1日至2008年5月31日。
2007年6月1日至2007年9月30日由导流洞和坝体过流和度汛,度汛采用全年二十年一遇洪水。
2007年10月1日开始恢复基坑至2008年5月31日,由上下游围堰挡水、大坝施工。
2008年5月31日大坝浇筑至高程298.40m。
2.3后期导流阶段
第3阶段为后期导流,即导流洞封堵下闸后,堵头和坝体上部结构施工阶段,此时坝体拦蓄天然来水和洪水,由完建的溢流坝导流和度汛。
度汛采用百年一遇设计洪水标准,坝前水位294.00m。
3、导流建筑物平面布置
3.1围堰平面布置原则
(1)基坑开挖开口边线与围堰内侧坡脚应有一定的安全距离,保证基坑开挖后边坡、堰体的安全稳定。
(2)在满足基坑施工布置的前提下,使围堰工程量最小的原则,选择围堰轴线位置,且便于工程施工。
(3)尽量降低导流工程造价。
(4)水流条件较好,围堰距泄水建筑物需有一段距离。
3.2围堰平面布置
3.2.1上游围堰平面布置
根据招标图纸,上游围堰轴线控制点坐标为:
G1:
X=90471.391,Y=88181.225
H1:
X=90463.312,Y=88033.338
上游围堰轴线中部距坝轴线上游约100m处,与坝轴线平行。
从围堰左端起至右端,桩号为:
0+0m~0+148.1m(围堰轴线长148.1m);过流断面桩号范围:
0+6m~0+218m;戗堤桩号范围:
0+35m~0+220m;高喷施工范围0+70m~0+190m;
3.2.2下游围堰平面布置
根据招标图纸,下游围堰轴线控制点坐标为:
A1:
X=90307.689,Y=88171.922
B1:
X=90197.665,Y=88102.437
下游围堰轴线中部距坝轴线上游约150m处,与坝轴线夹角约45度。
从围堰左端起至右端,桩号为:
0+0m~0+130.1m(围堰轴线长130.1m);过流断面桩号范围:
0+6m~0+218m;高喷施工范围0+70m~0+190m;
3.2.3导流隧洞封堵围堰平面布置
右岸导流隧洞封堵围堰布置在导流隧洞出口处,与导流隧洞出口导墙及岸坡相接,围堰轴线距洞口约30m。
施工围堰具体布置详见附图:
施工导流平面布置图。
4、导流建筑物结构设计
4.1围堰结构设计
4.1.1上游围堰断面设计
(1)围堰断面设计
上游土石围堰按过水围堰设计。
挡水标准为枯水期11~3月5年一遇洪水最大流量224m3/s,上游堰前水位259.96m,考虑风浪爬高及安全超高,确定围堰顶高程260.50m。
围堰过水面采用混凝土结构型式,分两级平台,260.50m高程平台宽10m,由1:
2.5边坡接至250.50m高程平台,250.50m高程平台宽2m,再由1:
3边坡至河床;下游侧边坡1:
2.5。
截流戗堤采用粘土料结构,位于上游侧,顶高程250.50m,顶宽15m,迎水侧边坡1:
3,背水侧边坡1:
2.5。
截流戗堤上下游坡面均为块石护面。
过流面上游端部采用大块石护坡,下游坡脚采用大块石护底。
中间主过流采用0.5m厚混凝土防冲板,防冲板底部设15Cm厚砂砾石垫层。
(2)围堰防渗设计
围堰堰体采用粘土心墙上接粘土斜防渗,河床段堰基采用高喷灌浆摆喷墙防渗,岸坡段堰基采用开挖截水槽回填粘土防渗。
4.1.2下游围堰断面设计
(1)围堰断面设计
下游土石围堰挡水标准为枯水期11~3月5年一遇洪水最大流量224m3/s,下游堰前水位249.13m,考虑风浪爬高及安全超高,确定围堰顶高程249.70m。
按过水围堰设计。
围堰堰壳采用石渣混合料结构,过水面采用混凝土结构型式,顶宽10m,迎水侧边坡1:
2.0,背水侧边坡1:
1.5。
过流面上游端部采用大块石护坡,中间主过流采用0.5m厚混凝土防冲板,防冲板底部设15Cm厚砂砾石垫层,下游为大块石护底,。
(2)围堰防渗设计
围堰堰体采用粘土心墙防渗,河床段、岸坡段堰基采用高喷灌浆摆喷墙防渗。
4.1.3导流隧洞封堵围堰断面设计
封堵围堰采用土石围堰设计,主要挡下游来水,按7月份5年一遇平均流量标准设计,围堰顶高程249.50m,顶宽6m,围堰轴线长45m。
上边坡游1:
1.5;下游边坡1:
2.0。
围堰堰体采用石渣混合料填筑、粘土心墙防渗结构。
经计算校核,上、下游围堰及导流隧洞封堵围堰施工期堰体安全稳定。
施工围堰具体布置及典型断面结构形式详见附图:
施工导流平面布置图、围堰典型剖面图。
4.2导流工程量及围堰特性
施工围堰有关参数见表6-8,导流工程围堰工程量见表6-9。
表6-8施工围堰特性参数表
围堰名称
设计顶高程
最大高度
轴线长度
堰顶宽度
迎水堰坡
背水堰坡
上游围堰
过流面以下
260.50m
15.2m
148.1m
10m
1:
3
1:
2.5
上游戗堤
250.50m
5.2m
100m
15m
1:
3
1:
3
下游围堰
249.70
4.7m
130.1m
10m
1:
2
1:
1.5
导流隧洞封堵围堰
249.50m
4.0m
45m
6m
1:
2
1:
1.5
表6-9施工导流工程量表
部位
序号
项目名称
单位
工程量
备注
上
游
围
堰
1
岸坡齿槽开挖
m3
780
2
石碴填筑
m3
63002.5
3
粘土填筑
m3
18912.5
4
砂砾石反滤料填筑
m3
4888.1
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