07 第七章 水流控制.docx
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07第七章水流控制
第七章施工导流及水流控制工程
7.1概述
7.1.1合同工作内容
本标段施工期水流控制工程项目包括(但不限于):
1、河床截流工程的设计、施工(其中包括截流模型试验);
2、上、下游围堰填筑及围堰基础防渗墙施工;
3、基坑初期排水及经常性排水;
4、大坝施工期防洪度汛;
5、大坝施工期水流控制;
6、1#、2#、3#导流隧洞闸门下闸、闸门堵漏、必要的闸门加固措施及隧洞堵头施工;
7、5#导流隧洞与左岸泄洪隧洞结合段改造施工;
8、4#、5#导流隧洞闸门下闸、闸门堵漏及水库分期蓄水、隧洞堵头施工;
9、4#、5#导流隧洞及右岸泄洪隧洞分高程向下游供水和控制运行;
10、1#、3#导流隧洞封堵施工期出口施工围堰的设计、施工、运行、维护及拆除;
11、溢洪道消力塘及出口段施工围堰的设计、施工、运行、维护及拆除;
12、1#、3#、4#导流隧洞内排水;
13、1#~5#导流隧洞封堵闸门启闭机回收;
14、4#、5#导流隧洞工作弧门及其启闭机、油缸等设备回收;
15、下游围堰拆除。
上述工程项目的工作内容还包括建筑物的材料和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和验收等工作。
7.1.2施工导流主要控制性工期要求
1、截流时间为2007年11月中旬;
2、2011年11月30日完成1#、3#导流隧洞出口施工围堰,围堰具备挡水条件,2011年12月~2012年4月进行1#、3#导流隧洞堵头的施工;
3、2011年11月30日完成溢洪道消力塘及出口段施工围堰,围堰具备挡水条件;
4、2012年5月底拆除1#、3#导流隧洞出口和溢洪道消力塘及出口段施工围堰。
7.1.3工程水文气象条件
1、气象条件
糯扎渡水电站位于低热河谷区,长夏无冬,气温高,降水量充沛,属亚热带气候,旱雨季分明,一般5月~10月为雨季,11月~翌年4月为干季。
1991年4月开始在坝段进行气象观测和水温观测,根据观测资料分析,电站施工区多年平均气温21.7℃,极端最高气温40.7℃,极端最低气温1.0℃;多年平均降水量1047.6mm;多年平均蒸发量1432.9mm;多年平均风速1.5m/s,最大风速27.3m/s;多年平均相对湿度76%;多年平均日照时数1959.9h;多年平均水温18.8℃,极端最高水温25℃,极端最低水温12℃。
2、水文条件
(1)澜沧江洪水资料
澜沧江洪水主要由暴雨形成,洪水和暴雨是相应的。
流域年洪水主要出现在6月~9月,但10月~11月份也会出现年洪水和较大洪水。
澜沧江流域既有全流域性的洪水,但更多的是区域性组成的洪水。
根据戛旧站和允景洪站设计洪水成果推求出糯扎渡坝址设计洪水成果,见表7-1。
表7-1糯扎渡坝址设计洪峰流量成果表
频率(%)
0.1
0.2
0.33
0.5
1
2
5
10
20
50
流量(m3/s)
27500
25100
23400
22000
19700
17400
14300
12000
9700
6730
(2)后汛期洪水
通过对澜沧江流域天气成因、暴雨特性和洪水过程的分析,戛旧、允景洪站主汛期和后汛期的分界日期分别定为9月15日、9月17日。
根据戛旧站和允景洪站后汛期设计洪水成果推求出糯扎渡坝址后汛期设计洪水成果,见表7-2。
表7-2糯扎渡坝址后汛期设计洪峰流量成果表
频率(%)
0.1
0.2
0.33
0.5
1
2
5
10
20
50
流量(m3/s)
20200
18400
17200
16200
14500
12800
10500
8800
7060
4700
7.1.4工程地质条件
1、地形地貌
自勘界河口上游300m至糯扎沟下游约1000余米的澜沧江峡谷河段属坝址区范围。
坝址区河段长度约2.5km,河流方向S35°E,河道略向西南方向凸出,总体较顺直,河谷断面呈不对称“V”型。
枯水期河水面高程EL.600m左右,江面宽80m~100m,水深10m~16m。
河谷左岸山体雄厚,高程EL.850m以下平均坡度约45°,其中在勘界河至Ⅲ勘线地段EL.700m~810m之间为陡壁;高程EL.850m左右为一侵蚀平台地形,平面上呈一“梯形”,临近澜沧江侧长度约700m。
里侧长约250m,垂直山坡方向宽约700m,侵蚀平台上游为勘界河,下游为糯扎支沟,靠勘界河一侧高程EL.770m以上地形坡度一般5°~15°,以下平均坡度约为35°;靠糯扎支沟一侧地形坡度一般15°~25°。
坝址区河谷左岸冲沟较发育,较大的冲沟依次为:
勘界河、1号沟、2号沟、3号沟、糯扎支沟、糯扎沟、4号沟、5号沟、6号沟、7号沟等。
左岸冲沟除勘界河长度大于3km,沟底相对平缓且有常年流水外,其余冲沟的长度多小于1km,沟床较陡且枯期无流水。
2、上游围堰地质条件
上游围堰布置于勘界河下游约70m,最大堰高81m,堰顶高程656.00m,堰顶长约281.20m,宽15.00m,轴线方向为N76°46′E。
上游围堰两岸地形完整,岸坡形状基本对称,左岸地形坡度约为33°,右岸约为39°。
左岸有3m~6m厚的坡积物、崩塌堆积物分布,成分为块石、碎石夹粉土,其下伏全风化花岗岩的底界垂直深度一般在10m左右,强风化花岗岩的底界垂直深度一般在20m~30m之间。
围堰右岸边坡表层一般分布有厚度1m~2m的坡积物,多为碎石质粉土,结构松散,下伏花岗岩风化轻微,全风化岩体分布高程620m以上,厚度小于10m,强风化岩体底界垂直深度0~20m。
河床主流线附近冲积层厚度为8m~9m,向两侧逐渐变薄,并且具有二元结构。
第①类为中细砂层,分布于河床表部,一般厚度2.0m~3.0m,向两侧其厚度略有增加;第②类为卵砾石、块石、弧石层,该层厚度大且稳定,一般在6.0m~7.0m左右,中等密实;此层属于强透水的卵砾石层。
下伏花岗岩多呈弱风化下部、微风化~新鲜,岩石坚硬,岩体完整。
3、下游围堰地质条件
下游围堰布置于糯扎沟口上游约200m,最大堰高53.00m,堰顶高程625.00m,长约202.00m,宽12.00m,轴线方向为N65°40′E。
该布置地段两岸地形较完整,左岸地形坡度约为37°,右岸为43°。
围堰两岸地表部位有1m~3m厚的坡积层分布,成分为碎石质粉土,结构松散;其下伏花岗岩风化强烈,全风化底界垂直深度0~10m、强风化岩体底界垂直深度一般4m~15m,节理发育,岩体破碎。
河床冲积层厚度在18m~20m左右,向两侧变薄,其底面高约为570m左右,具有二元结构。
第①类为中细砂层,分布于河床表部,一般厚度15.0m~16.0m,向两侧其厚度降低;第②类为卵砾石、块石、弧石层,该层厚度较小,一般不超过2.0m,中等密实,位于河床的底部。
上部冲积层属于强透水的卵砾石层。
下伏弱风化上部的花岗岩厚度一般小于3.0m,在F3断层两侧花岗岩风化深度加大。
7.2施工期导流规划及标准
1、导流时段划分
(1)初期导流时段:
截流至坝体临时挡水度汛前的时段,即2007年11月~2010年5月。
(2)中后期导流时段:
坝体临时挡水度汛至永久泄水建筑物具备设计泄洪能力前的时段,即2010年6月~2012年12月。
2、大坝施工导流标准及程序
根据导流建筑物布置及施工总进度计划安排,施工导流程序如下:
糯扎渡水电站工程导流建筑物级别为Ⅲ级,导流规划为:
2007年11月中旬,工程截流;2007年11月中旬~2008年5月由加高后截流戗堤挡水,1#、2#导流隧洞泄流,导流标准为10年一遇洪水,相应的设计流量为4280m3/s,相应的库水位为623.201m;2008年6月~2010年5月由1#、2#、3#、4#导流隧洞泄流,上下游围堰挡水,导流标准为50年一遇的全年洪水,相应的设计流量为17400m3/s,相应的库水位为653.661m;2010年6月~2011年10月由1#、2#、3#、4#、5#导流隧洞泄流,坝体临时断面挡水,导流标准为200年一遇的全年洪水,相应的设计流量为22000m3/s,相应的库水位为672.686m;2011年11月中旬1#、2#、3#导流隧洞下闸和2011年12月上旬4#导流隧洞下闸,2011年12月~2012年4月,1#、2#、3#、4#导流隧洞堵头施工,由5#导流隧洞和右岸泄洪隧洞泄流,坝体临时断面挡水,导流标准为200年一遇的枯期时段(12月~4月)洪水,相应的设计流量为5790m3/s,相应的库水位为713.270m;2012年4月上旬5#导流隧洞下闸,2012年5月~2012年10月由右岸泄洪隧洞和溢洪道临时断面泄流,坝体临时断面挡水,导流设计标准为500年一遇的全年洪水,相应的流量为25100m3/s,相应的库水位为797.44m,校核标准为1000年一遇的全年洪水,相应的流量为27500m3/s,相应的库水位为799.10m;2012年11月~2013年5月未完建溢洪道闸室施工,由右岸泄洪隧洞泄流,坝体临时断面挡水,导流设计标准为20年一遇洪水,相应的流量为4930m3/s,相应的库水位为769.75m。
糯扎渡水电站工程的导流程序见表7-3。
表7-3糯扎渡水电站导流程序表
导流时段
设计洪水标准
(P=%)
设计流量
(m3/s)
下泄流量
(m3/s)
堰(坝)顶
高程(m)
水库水位
(m)
泄水建筑物
备注
2007年11月中旬
10
(旬平均流量)
1442
1442
615.00
(戗堤)
612.381
1#+2#导流洞
工程截流
2007年11月~2008年5月
10
(11月中旬~5月)
4280
4280
624.00
(围堰施工平台)
623.201
1#+2#导流洞
一枯施工围堰及基坑开挖
2008年6月~2010年5月
2
17400
16828.37
656.00(围堰)
653.661
1#+2#+3#+4#导流洞
上下游围堰挡水,坝体填筑施工,2010年1月~5月下游围堰拆除
2010年6月~2011年5月
0.5
22000
21114.74
>675(坝)
672.686
1#+2#+3#+4#+5#导流洞
坝体临时断面挡水度汛,坝体填筑施工
2011年6月~2011年10月
0.5
22000
21114.74
>720.00(坝)
672.686
1#+2#+3#+4#+5#导流洞
坝体临时断面挡水度汛,坝体填筑施工
2011年11月中旬
10(旬平均)
2610
2610
>720.00(坝)
623.960
4#导流洞
1#、2#、3#导流洞下闸
2011年12月上旬
10(旬平均)
1580
500
>720.00(坝)
675.899
5#导流洞
4#导流洞下闸
2011年12月~2012年4月
0.5
(11月~5月)
5790
2153
>720.00(坝)
713.27
5#导流洞+右泄
1#、2#、3#、4#导流洞堵头施工
2012年4月上旬
10(旬平均)
961
500
>720.00(坝)
705.760
右泄
5#导流洞下闸
2012年5月~2012年10月
0.2
25100
23585
>802.00
797.44
右泄+未完建溢洪道
(溢流堰775m高程
汛期坝体临时断面度汛
右泄与溢洪道临时断面泄流,5#导流洞堵头施工
0.1(校核)
27500
25938
>802.00
799.10
2012年11月~2013年5月
5
(11月~5月)
4930
2531
>802.00
769.76
右泄
溢洪道堰体施工防洪要求
0.5
(11月~5月)
10400
3805
>802.00
778.20
右泄+未完建溢洪道
(溢流堰775m高程)
枯期坝体临时断面防洪要求
2013年5月以后
大坝及溢洪道完建
821.5
永久泄洪建筑物正常运行
3、其他部位施工期防洪标准
(1)上下游围堰的防洪度汛标准、心墙堆石坝填筑的防洪度汛标准、1#~5#导流隧洞闸门安装等金属结构的防洪度汛标准与上述施工导流标准相适应。
(2)左岸临时交通洞的进口底板高程为EL.656.00m,左岸临时交通洞进口的防洪度汛标准与上述施工导流标准相适应,防洪度汛标准P=2%,Q=17400m3/s,相应库水位为653.661m。
(3)1#、2#、3#、4#导流隧洞下闸后,闸门及1#、3#导流隧洞出口施工围堰及4#导流隧洞出口工作闸门的挡水时段为2011年12月~2012年5月,设计标准P=5%,Q=3580m3/s,相应原始状态天然河道水位为607.04m,相应景洪水电站运行水位602m时回水至糯扎渡水电站尾水出口处的水位为610.20m。
出口施工围堰设计应考虑河床积渣影响,并应考虑若遇超设计标准洪水的应急措施。
(4)溢洪道消力塘及出口段施工安全度汛设计标准P=5%,Q=14300m3/s,原始状态天然河道水位为620.30m;溢洪道消力塘及出口段施工期枯期施工围堰的挡水时段为2011年12月~2012年5月,设计标准P=5%,Q=3580m3/s,相应原始状态天然河道水位为607.04m,相应景洪水电站运行水位602m时回水至糯扎渡水电站尾水出口处的水位为610.20m。
安全度汛和施工围堰设计应考虑河床积渣影响,并应考虑若遇超标设计洪水的应急措施。
(5)5#导流隧洞下闸后闸门挡水时段为2012年5月~2012年10月,设计标准P=0.2%,Q=25100m3/s,相应原始状态天然河道水位为628.618m,相应景洪水电站运行水位591m(6月~9月)、597m(10月)时回水至糯扎渡水电站尾水出口处的水位约为634.33m。
校核标准P=0.1%,Q=27500m3/s,相应原始状态天然河道水位为629.200m。
(6)勘界河排水洞的设计标准为P=3.33%,相应的流量Q=308m3/s(已由其他承包人实施);勘界河至糯扎沟左岸坝顶公路以上区域的安全度汛设计标准为P=5%,相应的流量Q=17.5m3/s(已由其他承包人实施)。
若遇超标设计洪水,本合同承包人应制定应急措施。
(7)火烧寨沟排水洞的设计标准为P=2%,相应的流量Q=301m3/s(已由其他承包人实施),若遇超标设计洪水,本合同承包人应制定应急措施。
(8)本合同施工区及施工期场地防洪标准除另有规定外,为20年重现期洪水,包括澜沧江洪水和主要冲沟洪水,对于右岸9号冲沟、右岸10号冲沟、右岸11号冲沟、右岸12号冲沟和右岸13号冲沟的防洪标准按20年重现期暴雨强度引起的洪水,相应1h、6h、24h的雨量分别为61.8mm、99.4mm、142.0mm,承包人在其场地及施工设施布置时应符合该标准要求。
7.3河道截流工程
7.3.1截流时段选择及标准
根据招标文件提供的水文资料,澜沧江10月初进入退水期,结合招标文件导流工程的进度控制要求:
澜沧江截流在2007年11月上旬进行。
初步拟定在2007年11月15日截流。
按标书要求,截流设计标准为10年重现期11月中旬旬平均流量(区间)+大朝山两台机满发流量,Q=1442m3/s。
7.3.2截流方式
根据招标文件提供大坝区域地形地质资料,上游围堰布置于勘界河下游约70m,轴线方向为N76°46′E。
上游围堰两岸地形完整,岸坡形状基本对称,左岸地形坡度约为33°,右岸约为39°。
河床主流线附近冲积层厚度为8m~9m,向两侧逐渐变薄,并且具有二元结构。
第①类为中细砂层,分布于河床表部,一般厚度2.0m~3.0m,向两侧其厚度略有增加;第②类为卵砾石、块石、弧石层,该层厚度大且稳定,一般在6.0m~7.0m左右,中等密实;下伏花岗岩多呈弱风化下部、微风化~新鲜,岩石坚硬,岩体完整。
下游围堰布置于糯扎沟口上游约200m,轴线方向为N65°40′E。
该布置地段两岸地形较完整,左岸地形坡度约为37°,右岸为43°。
围堰两岸地表部位有1m~3m厚的坡积层分布,成分为碎石质粉土,结构松散;其下伏花岗岩风化强烈,全风化底界垂直深度0~10m、强风化岩体底界垂直深度一般4m~15m,节理发育,岩体破碎。
河床冲积层厚度在18m~20m左右,向两侧变薄,其底面高约为570m左右,具有二元结构。
第①类为中细砂层,分布于河床表部,一般厚度15.0m~16.0m,向两侧其厚度降低;第②类为卵砾石、块石、弧石层,该层厚度较小,一般不超过2.0m,中等密实,位于河床的底部。
上部冲积层属于强透水的卵砾石层。
下伏弱风化上部的花岗岩厚度一般小于3.0m,在F3断层两侧花岗岩风化深度加大。
根据标书要求,截流材料主要来自下游火烧寨沟存渣场存渣料回采料;在坝基开挖前,左右岸均可以修建低线公路至截流戗堤部位,为加快大江截流施工进度,截流由两岸同时双向抛填进占。
截流采用单戗堤立堵法,戗堤自左、右岸双向同时进占,截流龙口设于河床中部。
下游围堰戗堤滞后于上游截流戗堤跟进填筑。
7.3.3截流设计
1、截流戗堤及截流水力学参数设计
按选定的截流时段、截流标准以及截流方式。
截流戗堤轴线选在上游围堰轴线上游5.83m处,戗堤顶宽20m,戗堤顶高程615.0m;上游坡、下游坡坡比均为1:
1.5,沿戗堤进占方向坡为1:
1.5。
下游围堰戗堤轴线选在下游围堰轴线上游42.4m处,戗堤顶宽20m,戗堤顶高程609.0m;上游坡、下游坡坡比均为1:
1.5,沿戗堤进占方向坡为1:
1.5。
根据招标文件提供的截流龙口水力参数,截流设计流量1442m3/s,截流龙口宽度80m。
龙口段截流水力学指标见表7-4。
表7-4龙口段截流水力学指标表
分流建筑物
1#导流洞+2#导流洞
截流流量(m3/s)
1442
龙口宽度(m)
80
70
60
50
40
30
20
0
上游水位(m)
602.76
604.02
606.22
608.19
609.88
611.19
612.05
612.38
导流洞分流量(m3/s)
104
183
382
661
948
1198
1374
1442
龙口流量(m3/s)
1338
1259
1060
781
494
244
69
0
落差(m)
1.10
2.36
4.56
6.53
8.22
9.53
10.39
10.72
流速(m/s)
4.61
6.36
7.20
7
6.39
5.55
4.30
0
单宽流量(m3/sm)
61.81
67.94
62.97
52.80
40.09
26.26
12.26
0
单宽功率(tm/sm)
67.75
160.12
286.97
344.78
329.36
250.29
127.38
0
截流龙口抛投材料品种、数量详见下表7-5:
表7-5截流抛投材料工程量表
区段
龙口宽度(m)
抛填材料及工程量
备注
石渣(≤0.4m)
中石(0.4~0.7m)
大石(0.7~1.0m)
特大石(≥1.0m)
合计
预进占段
125.02~95
30463
30463
1、特大石可用块石串或混凝土四面体代替;2、截流前在渣场按19.04万方截流抛投料进行备料,并准备一定数量的混凝土四面体。
龙口段
Ⅰ区
95~60
35540
7807
4685
48032
Ⅱ区
60~20
30000
6681
7307
1405
45033
Ⅲ区
20~0
2135
695
593
3423
合计
98138
15183
12585
1045
126951
7.3.4截流施工
2007年10月底1#、2#导流洞具备通水条件后,11月初开始两岸非龙口同时进占,预留龙口宽度60m,截流戗堤顶高程为615.00m,左、右岸戗堤堤头用0.5~1m大石裹保护,随后俟机截流。
1、截流材料准备
截流戗堤石渣来自下游火烧寨沟渣场的坝基开挖料以及前期其他工程部位开挖料。
并在渣场准备一定数量的混凝土四体及块石钢筋笼,混凝土四面体及块石钢筋笼,龙口合龙前部分运至预进占戗堤附近堆放备用。
截流预进占渣料由截流备用料场回采利用。
2、截流施工道路
左岸上游:
左岸上游:
渣场→渣场公路→右岸低线→糯扎渡大桥→左岸低线→左岸670公路→左岸截流施工道路L1→戗堤;左岸下游:
渣场→渣场公路→右岸低线→糯扎渡大桥→左岸低线→左岸670公路→左岸截流施工道路L2→戗堤;右岸上游:
渣场→渣场公路→右岸645公路→右岸截流施工道路L3→戗堤;右岸下游:
渣场→渣场公路→右岸645公路→右岸截流施工道路L4→戗堤;
截流道路布置详见施工导流平面布置示意图7-1。
3、施工程序
截流戗堤施工程序为:
预进占段施工→预进占段加宽及堤头防护→龙口截流→戗堤闭气→基坑排水。
4、戗堤预进占施工
初步定在2007年11月初开始从右岸向左岸进占。
预进占的过程中,将戗堤顶宽尽量增大,以达到同时满足合龙施工机械操作平台布置要求。
截流戗堤顶部采用振动碾进行碾压。
最后在河床中部预留60m宽的区域作为截流合龙的龙口。
预进占填筑石碴料来源下游火烧寨沟渣场回采料,戗堤预进占部分在截流前完成。
5、龙口合龙及闭气
截流龙口设于河床中部,左右岸双向同时进占,戗堤合龙进占宽度按60m考虑,按立堵进占截流。
上游龙口抛填总量约9.65万m3,分三区完成,考虑在五天完成。
抛投强度约为804m3/h,抛投填料均采用5.4m3、3m3装载机配20t自卸车和6m3正铲配45t自卸汽车直接向龙口倾倒。
约2.0分钟抛投一车料,推土机在戗堤上推碴平料。
戗堤预进占前需将导流洞进口处的挡水构筑物拆除,使导流洞具备顺利分流条件。
龙口截流于2007年11月15日完成。
龙口进占时,利用推土机将上挑角处堤头推成斜坡,以降低入水高程,将大石或钢筋石笼推入上挑角,挑开水流,然后在戗堤下游侧全断面抛投石渣并加高上挑角处堤头,如此循环进占。
到龙口较窄时水流十分紊乱,流速和落差显著增大时,此时利用钢筋石笼连接成串,推入上挑角上游侧,用20辆45t自卸车集中排队卸料于龙口堵住最后龙口,完成合龙。
上游截流堤合龙后,下流围堰戗堤跟进合龙,接着进行戗堤闭气施工。
截流戗堤闭气采用上游农场粘土料场开采的粘土料,20t自卸汽车将粘土运至戗堤后在上游截流戗堤上游侧及下游围堰戗堤下游侧进行抛填。
6、截流施工机械
截流用的机械设备见表7-6。
表7-6截流施工主要机械设备表
序号
名称
型号
规格
数量
备注
1
正铲
RH303E
6m3
1
2
反向铲
CAT330L
1.9m3
2
3
反向铲
PC200-6
0.8m3
2
4
装载机
988B
5.4m3
2
5
装载机
ZL50C
3.0m3
2
6
推土机
TY220
220HP
4
7
推土机
D8L
250kw
2
8
自卸车(配GPS系统)
1491/K29
20t
20
斯太尔
9
自卸车(配GPS系统)
NHL3307A
45t
30
包头
10
振动碾
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- 07 第七章 水流控制 第七 水流 控制