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水布垭水电站右岸防淘墙设计方案施工优化

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第21卷第5期 贵州水力发电 CUIZHOU WATER POWER 2007年10月 ・水工建筑物设计与施工・ 水布垭水电站右岸防淘墙设计方案施工优化 李吉林 (山东电力工程咨洵院,L【J东济南250100) 摘要:水布垭水电站右岸防淘墙工程规模大、工程地质条件复杂、施_-ES ̄期紧、危险性大,由于施工中参建各 方的共同努力,对施工设计方案进行了优化,先后克服了地质条件差、塌方、大流量渗水等难题,从而确保了 防淘墙全线提前完工,为电站尾水系统施丁赢得了时间,也为水布垭水电站按期发电奠定了坚实的基础。 关键词:水利工程施工;右岸防淘墙;设计方案;施工优化;水布垭水电站 中图分类号:TV52 文献标志码:B 文章编号:1007—0133(2007)05-0051—04 0前言 水布垭水利枢纽工程位于湖北省巴东县境内, 2工程特点及难点 水布垭水电站防淘墙工程规模大,工程地质条 件复杂,施工难度高。 2.1 工程施工安全要求高 是清江流域综合利用开发的龙头工程,具有发电、 防洪以及其他综合效益 工程主要建筑物为混凝土面板堆石坝、左岸溢 防淘墙受落差171 m的水头冲刷。因此,对于 保护LlJ体的防淘墙而言,其任何环节上的施工质量 都不能有半点马虎,若发生崩岸、垮塌,将会导致 主坝下游河道堵塞,其危害之大是不言而喻的。 该防淘墙工程除临时工程、护坡、护岸工程是 在地面进行施工以外,防淘墙整个工程的施工作业 均是在地下进行,沿深度40 m以内的所有高程分 洪道、右岸地下厂房和放空洞等。面板坝最大坝高 233 m,水库正常蓄水位400 m,水库总库容45.80 亿m 。电站装机容量1 600 MW,多年平均年发电 量39.20亿kW・h。 工程2条施工导流隧洞布置在左岸,其出口位 于溢洪道挑流鼻坎下方。溢洪道由引水渠、控制 段、泄槽(含挑流鼻坎)和下游消能防冲段组成。 溢洪道采用挑流消能,最大下泄流量18 280 m /s, 布。在防淘墙的平巷、高程178 m的拉锚洞、高程 190 m的拉锚洞及施工支洞的施工中,水、电、 泄洪落差171 m,泄洪功率3.1万MW。溢洪道消 能冲刷区采用防淘墙加护岸进行保护,防淘墙总长 气、风、爆破等任何一个环节出现问题,都会造成 群死群伤的重大安全伤亡事故。深部和护坡中的大 体积混凝土浇筑作业,安全尤为重要,因此需要周 度为851.35 m,由3个部分组成,即左岸段、上游 横向段和右岸段。 密细致地对各工序认真分析,建立起一个系统、实 用、实时、反应快速的安全监测网络和组织,不留 安全死角。 2.2工程地质条件复杂 l工程地质条件 溢洪道基本地质构造为三友坪向斜,进口段位 于向斜核部,其余建筑物位于向斜东翼。冲刷区所 在地层为二叠系下统马鞍山组、石炭系中统黄龙 组、泥盆系上统写经寺组等岩性较软弱的地层,岩 在防淘墙轴线上一定范围内,地层的破碎程度 及地下水活动等情况复杂。如在地下30~40 111深 度的平洞或隧道中施工,其上承受超过300 kPa的 水压,且有些高程的作业时间还会持续相当长,出 现漏水进而涌水的后果将是灾难性的。 2.3地层结构给施工带来的难度 体完整性较差、风化较强烈。冲刷区存在褶皱,断 层发育。 三友坪向斜核部宽缓、两翼基本对称,向斜轴 近sN向,核部最新地层为二叠系上统龙潭组 (P,L)地层,以下主要地层为二叠系下统茅口组 岩性软弱、完整性差对防淘墙开挖后的稳定性 影响很大。防淘墙开挖过程中所遇到的地层以页 (P,m)至泥盆系上统写经寺组(D,X),东翼地层总 体产状为N40。W,SW 10。~15。。 收稿日期:2007—05—3l 作者简介:李吉林(1977一),男,山东省济南市人,工程师,从事 基础处理工作。 ・51・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第21卷第5期 贵州水力发电 2007年10月 岩、泥灰岩和砂岩为主,这部分岩石不仅强度低, 在遇水或开挖暴露后因岩体应力的释放会有不同程 度的软化现象。 2.4锚索孔的施工难度大 上墙厚为4.0 m,在其余高程墙厚为3.0 m,在预 留预应力锚索廊道处墙厚为4.5 m,在断层破碎带 等地质条件差的部位墙深度根据具体情况加深2~ 5 m。 设计的3排预应力锚索,有对拉锚预应力锚 索,有固定端预应力锚索,设计张拉吨位均为 2000 kN级。而地层产状为N40。W,SW 10。~ 考虑抗冲耐磨的要求,防淘墙混凝土设计强度 采用C30,为满足泵送要求,采用二级配混凝土, 并在墙体迎水面和背水面均布置纵横向钢筋。防淘 墙混凝土顺河向分段尺寸一般为15~18 m,为防 15。,锚索孔与地层层理间的夹角较小,页岩和泥 灰岩的强度较低,且锚索孔的长度为36~53 m, 受这些因素的影响,在造孔时钻孔极易出现顺层跑 止泄洪高速水流通过混凝土接缝对防淘墙产生水击 压力和提高防淘墙的整体性,分缝设1道铜止水和 或摆动的情况,造孔的技术难度较大,需要对造孔 的技术参数不断地进行试验、优化,或采用其他相 应的技术措施予以解决。 防淘墙的开挖是在已形成的固结灌浆和帷幕灌 浆体范围内进行,锚索孔的钻进无疑会打穿业已形 成的截水帷幕,形成新的漏水通道;另外,在300 kPa水压作用下,堵漏难度较大。 2.5大厚度、超深墙体的开挖施工难度大 防淘墙的施工是由竖井向下挖至高程160 m的 部位,然后水平方向逐层向上进行钻爆作业、施工 锚杆作业、系统锚杆作业、锚索作业、布筋、混凝 土浇筑作业等多工种交叉作业,水、电、风等设施 遍布于巷道内,施工工作面狭窄,施工工序繁多, 工作环境较差。 2.6防渗体施工难度大 防渗体的目的是给地下开挖形成一个人工的隔 水屏障,使防淘墙在施工时有个无水作业的环境。 从设计来看,防渗体的作用范围基本上是在防淘墙 的施工长度范围内,这个范围对防淘墙开挖是有一 定效果的。 鉴于防渗体处在强风化带和裂隙发育的地段, 其中许多裂隙与清江江水相通,堵漏处理难度较 大,据以往的施工经验,因裂隙发育,灌浆时压人 的浆液会在下游几十m以外的地面流出,因而要 采用特殊的处理方法。 . 3设计方案简述 右岸防淘墙从马崖高边坡上游侧R0开始,沿 马崖高边坡坡脚布置,穿越电站尾水渠R3至R4 点后,再延伸一段至基本不冲刷的R5点为止,轴 线长度354.66 m。 防淘墙墙顶高程一般为200.0 m,厂房尾水渠 处高程为185.8 m。防淘墙墙底高程在冲刷坑最深 的部位为160.0 m,防淘墙往下游延伸,底高程逐 渐抬高,终点高程为185.0 m。 防淘墙采用钢筋混凝土结构,在高程176 m以 ・52・ 键槽。 防淘墙在高程178,186,196 m设置了3排预 应力锚索锚人两岸岩体内;在防淘墙的上下游,预 应力锚索排数随着墙高的降低相应减少;在厂房尾 水平台处,防淘墙墙顶高程为185.8 m、墙高为 25.8 m或更小,且在高程178 m处设置了1排预应 力锚索。 根据导流洞出口防淘墙预应力锚索施工的情 况,内锚固段部位岩石性状较差,不能满足设计张 拉吨位的要求,因此在防淘墙墙后山体内设置预应 力锚索拉锚洞,采用对穿式预应力锚索。高程190 m拉锚洞内的2排对穿式预应力锚索长度约为50 m,高程178 m拉锚洞内的1排对穿式预应力锚索 长度约为45 m。 在没有拉锚洞的部位,采取在防淘墙内设置预 应力锚索廊道,仍采用内锚式预应力锚索,内锚式 预应力锚索长度为45~53 m。 2种预应力锚索的间距均为3.0 m。预应力锚 索单索设计张拉吨位为2 000 kN级。考虑预应力的 损失,为保证设计需要的锚固力,最后一级超张拉 荷载采用2 250 kN,锁定荷载采用2 000 kN。单索 预应力锚索采用qb165 mm的钻孔、14根标准强度 为1 860 MPa的钢绞线、双重保护的无黏结预应力 锚索。在地质条件差的部位,根据具体情况适当增 加一些预应力锚索,减小一些吨位。内锚式预应力 锚索根据地质条件有可能改变内锚固段结构形式, 采用压缩分散型锚固段,提高内锚固段的锚固力。 目前采用扩大内锚固段钻孔直径的措施。 预应力锚索拉锚洞设置2层,平洞底面高程分 别为178 m和190 m,平洞距防淘墙距离为35~45 m,高程178 m锚索设置在高程178 m拉锚洞内, 高程186 m和高程196 m锚索设置在高程190 m拉 锚洞内。高程190 m拉锚洞净断面为3.5 m×5.0 m,高程178 m拉锚洞净断面为3.5 m×3.0 m。拉 锚洞的尺寸主要满足预应力锚索钻孔、穿索、张拉 等施工的需要。高程190 m拉锚洞兼作排水洞且有 维普资讯 http://www.cqvip.com 李吉林:水布垭水电站右岸防淘墙设计方案施工优化 2007年第5期 2排预应力锚索设在洞内,因此还要考虑排水孔施 工的需要和不使2排预应力锚索相距过近。拉锚洞 采用钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度0.35~0.5 m,局 部不稳定岩体采用喷锚进行临时支护。 上、逐层回填混凝土的方式施工。竖井净断面不小 于3 m×3 m(沿墙体轴线长度3 m,竖井临河床侧 开挖边线不得超出防淘墙设计断面),竖井顶部高 程206~208 m,竖井内设安全爬梯和升降设备, 同时为防止超过井口高程的洪水进入竖井,在竖井 顶部设置水密封装置。竖井直接在防渗施工平台上 开挖,为便于墙体施工,最大开挖深度约48 m, 竖井布置时要求在井壁一侧(墙体轴线方向)沿防 为控制防淘墙后岩体塑性区的展开深度,增加 岩体的稳定性,减小岩体变形,降低岩体对防淘墙 的压力,改善防淘墙的受力状况,在防淘墙背水面 一侧设有系统锚杆,并对靠山体一侧岩石壁面进行 挂网喷混凝土支护。 系统锚杆间距为2.0 m×2.0 m,采取长短锚杆 相间布置,长锚杆长度为8~14 m,外露出岩石的 长度为1.0 m;短锚杆长度为3~4 m,外露出岩石 的长度为0.5 m。锚杆直径为25~32 mm,采用Ⅱ 级钢。锚杆的方向根据岩层产状设置,使其尽可能 和岩层产状有一定的夹角,右岸锚杆向上倾斜8。。 挂网采用 mm的钢筋网,网间距20 mm×20 mm,采用I级钢,喷混凝土厚度12 em,强度等级 采用C25。 为减轻山体地下水和泄洪雾化雨入渗对墙背形 成的水压力,高程190 m拉锚洞兼作排水洞,洞内 布置1排水平排水孔和1排向上的排水孔,孔径 91 mm,孔距3.0 m,水平排水孔孔深45 m,向上 的排水孔孔深20 m。在地质条件差的部位,排水 孔采用过滤布包PVC花管进行孔内保护,排水孔 还设有孔口装置。在拉锚洞内设置集水井和沉砂 池,集水井设有2台水泵,用水泵将水抽排入清 江。拉锚洞内设有照明系统。 防淘墙墙顶至高程230 m的岸坡采用混凝土护 岸,护岸范围设有锚杆和排水孔。岩石岸坡护岸混 凝土的厚度为2 m,混凝土强度等级采用C25,三 级配;锚杆间排距为3.0 m×3.0 m,直径为qb25 mm,长度为5.0 m,伸入混凝土的长度为1.0 m, 采用Ⅱ级钢;排水孔间排距均为3.0 m×3.0 m,孔 深深入岩石3.0 m,孔径为56 mm。 由于防淘墙处于水位以下施工,且基岩可能存 在断层和裂隙,为创造墙体无水施工条件,墙体开 挖前需进行必要的防渗处理。根据防淘墙墙体设计 的宽度及所处的地形条件,右岸防渗施工平台需填 筑形成,平台设计高程为208 m,平台宽度为12 m,平台填筑时外侧用块石钢筋笼和块石料,平台 中间用掺50 kg/m 小厂水泥的碎石土混合料回填 (要求最大粒径不大于40 em)。平台形成后在墙体 两侧及两端分别进行固结灌浆和帷幕灌浆,同时对 沿墙体轴线布置的竖井进行施工。 防淘墙施工:通过沿墙体轴线布置的9个竖井 从防淘墙底部开始,采用人工钻爆法、分层逐层向 淘墙的施工缝布置。竖井施工必须在该段防淘墙固 结灌浆和帷幕灌浆施工完毕后进行。 锚索施工:设有拉锚洞的部位,锚索在拉锚洞 内施工;没有拉锚洞的部位,锚索在防淘墙预留廊 道内施工。 4设计方案优化 4.1现场布置 本防淘墙工程施工难度大、工期极为紧张、现 场狭窄,合理利用现场条件进行现场布置直接关系 到工程能否顺利完成。 由于本防淘墙工程混凝土量大,从防淘墙试验 段施工经验看,从地面向下垂直输送近50 m极易 发生堵管现象,为解决堵管问题,节约施工成本, 经反复权衡后决定将拌合楼建在施工现场,此举好 处有:第一,不用购买混凝土罐车;第二,可极大 加快混凝土浇筑速度(搅拌好的混凝土通过放在拌 合楼旁的泵送至需浇筑井口储料斗内,再通过井口 泵送入仓);第三,可保证混凝土施工质量。经过 一段时间运行表明,此种浇筑手段连续,输送过程 中不会造成骨料分离,混凝土质量得到保证;第 四,解决了混凝土浇筑过程中经常发生的堵管现 象。 4.2平台填筑 根据招标文件和设计要求,防淘墙防渗施工平 台临江侧边坡按1:1.5坡比填筑块石料至200 m高 程,上接3 m高钢筋石笼至203 m高程。防淘墙竖 井井口高程208 m,高程203~208 m之间利用钢结构 形成工作平台,以防止江水灌入竖井内。 根据工程实际情况,马崖三期边坡开挖尚未完 毕,防淘墙又必须进行施工,尤其是R3~R5段必 须为后期厂房尾水施工提交场地,故防淘墙施工周 期缩短,施工强度和难度进一步增大,因此有必要 对防渗平台施工方案进行调整。调整后的防渗施工 平台施工方案为:基岩仍然采用固结加帷幕的方法 进行灌浆处理,主要对基岩面(水面)以上堆积体 即施工平台部位进行调整,调整后的防渗施工平台 填筑结构见图1。 ・53・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第21卷第5期 贵州水力发电 2007年10月 调整后的防渗施工平台工程量为:土石方开挖 54 000 m ,水泥2 700 t,块石料9 268 m ,钢筋笼 8.6万m ,碎石混合料(掺小厂水泥50 kg/m ) 钢筋152 t,钢筋笼块石8 241 m 。 图1水布垭水电站右岸防淘墙调整后防渗施工平台结构 4.3防渗灌浆 体混凝土第8,9,10块和墙体第12,13,14,15块 由于防淘墙右岸段施工工期很紧,不可能在墙 分缝布置进行了调整。即将原来第8,9,10块墙体 体开挖后再进行补救,因此要求防渗工作必须安 调整成2块墙体,将第12,13,14,15块墙体调整 全、可靠。根据防淘墙试验段灌浆施工经验,在设 成3块墙体。调整后在满足设计要求前提下,减少 计要求的基础上做了如下调整: 了关键部位分缝,对加快施工进度起到了很大作用。 (1)覆盖层灌浆时不作压水试验或简易压水试 (2)防淘墙墙体底斜面调整:防淘墙原设计两 验,钻孔冲洗结束后直接进行灌浆。 端墙体底部为斜线,在实际施工中,这种斜面控制 (2)固结灌浆分两序进行施工,检查孔在灌浆 难度非常大。为此,施工前积极和设计单位沟通, 结束7 d后进行。 按照防淘墙墙体分块将斜面改成了台阶式布置,大 (3)原孔位布置进行适当调整,靠江侧帷幕灌 大 |,氐了施工难度。 浆孔布置2排,孔距2m,排距1.5 m,以确保防渗 (3)6号竖井下游施工导洞:在防淘墙施工过 效果和幕体厚度;内圈固结孔轴线统一调整到防淘 程中,为加快施工进度,尽早给尾水施工提供工作 墙结构边线外0.5 m,同时在墙体轴线上和靠江侧 面,6号竖井在R3~R4段防渗未完成情况下提前 帷幕与固结孔之间各增布1排固结灌浆孔,孔距仍 向下游开挖导洞,导洞断面尺寸为3 m(宽)×3.5 按原设计要求不变。 m(高),导洞长度为126.34 m。这种施工方法属非 4.4竖井施工 . 常规施工方法,导洞长、难度大、工效很低,但此 根据现场实际情况和工期要求,原设计方案布 项措施为防淘墙R3~R4段完工提前了至少1个月 置9个竖井不可能按期完成工程施工任务,增加布 时间。 置了共12个竖井,顺利完成了竖井施工任务。尤 (4)在工序上想办法:防淘墙前期设计时分层 其是提前完成了R3~R4段尾水段防淘墙墙体施工 施工厚度按3 m控制,后在实际施工时从揭露的地 任务,提前将场地交给尾水施工单位,为该水电站 质情况看,其R3~R4段185 m高程以下岩石比较 的提前发电奠定了坚实的基础。 完整,施工控制时在保证施工安全的前提下分层厚 4.5防淘墙墙体施工 度控制为4~5 m。此举减少了分层施工循环,大 (1)调整防淘墙分缝:防淘墙施工难度大、工 大节约了工期。 期紧,在仔细分析了其布置及结构、预应力锚索布 4.6护岸施工 置、墙后山体高程190 m拉锚洞内预应力锚索和排 由于防淘墙工程进行招投标时马崖三期工程未 水孔布置等的基础上,为加快工程施工进度,对墙 施工完毕,现场条件不明确,故招标文件对此部分 ・54・ 维普资讯 http://www.cqvip.com

第21卷第5期 贵州水力发电 2007年10月 GUIZH0U WA I1ER POWER ・水工建筑物设计与施工・ 三都县官塘水电站隧洞垮塌检测及原因分析 丰启顺 (贵州省水利科学院研究院,贵州 贵阳550002) 摘要:根据对贵州省三都县官塘水电站输水隧洞垮塌段的施工质量检测分析(从隧洞开挖、衬砌选用石料及砌筑 工艺和方法,以及砌筑砂浆强度等各个方面进行了分析),得出结论:该输水隧洞由于设计不符合规范的要求及 施工过程中管理不力,致使施工质量达不到有关规范的要求,这是导致隧洞垮塌的重要原因。‘ 关键词:水利工程施工;输水隧洞;垮塌原因分析;三都县官塘水电站 中图分类号:TV698.2 文献标志码:B 文章编号:1007—0133(2007)05-0055—03 0 工程概况 200.8 m,其中左边墙4段共106.3 m、右边墙3段 共94.5 m,另隧洞底板及左、右边墙也出现了不 官塘水电站位于贵州省三都县城西南都柳江上, 同程度的破坏性裂缝,严重丧失输水功能。本文主 坝址距县城4 km,厂房距县城1 km。工程按30年一 要阐述该工程输水隧洞的垮塌情况及原因。 遇洪水标准设计、200年一遇洪水标准校核。 该水电站主要由拦河大坝、输水隧洞、压力前 2输水隧洞垮塌段检测 池、发电厂房构成。拦河大坝为浆砌石溢流坝,最 2.1 隧洞边墙垮塌部位及长度 大坝高l0.5 m,坝轴线总长172.1 m;引水隧洞浆 隧洞浆砌石段实测全长493.5 m,在这次水毁 砌石段长493.5 m,设计开挖断面4.5 Ill×5.1 m, 事故中左、右边墙共垮塌200.8 m,详情见表1。 为城门洞型无压隧洞,洞宽3.90 m,直边墙(下称 2.2隧洞边墙、底板裂缝情况 “边墙”)高3.70m,设计引用流量为29.1 m /s。 2.2.1左边墙 1 隧洞垮塌现状 左边墙桩号0+209.5 0+217.5、0+280.5 ~0+292.5、0+300.5~0+307.5 m段:裂缝均 2006年6月下旬,三都县普降大雨,该水电 从墙脚斜向墙顶延伸的通缝,其中桩号0+300.5 站降雨量达到251 mm,大坝处洪峰流量达2 170 ~0+307.5 m段边墙上部衬砌厚度仅为5~8 cm, m /s,接近l0年一遇的洪水重现期。洪水造成官 墙顶与基岩脱离。 塘水电站大坝严重损坏,其中大坝溢流坝中段长 61.15 m、高2.58 m的坝体全部被洪水冲毁呈阶梯 收稿日期:2007-03-20 状,断裂面为顺水流方向的施工通缝;输水隧洞在 作者简介:丰启顺(1976一),男,贵州省兴义市人,工程师,从事 水利建设工程质量与安全监督、检测及试验工作。 充水后发生多处垮塌,其左、右边墙垮塌共计 混凝土采取何种施工方案也未明确;后由于工期紧 水布垭水电站施工难度之最。施工单位先后克服了 张,马崖高边坡三期未施工完毕即将场地提前交出 工程地质条件差、工期极为紧张、塌方、大流量渗 进行防淘墙施工。针对现场情况的变化和实际情 水等一个又一个难关,取得了该工程混凝土施工的 况,为保证护岸混凝土质量和确保工程进度,采用 全线提前完工。 泵浇混凝土(泵浇二级配),顺利完成了护岸施工 水布垭水电站右岸防淘墙工程墙体能在如此高 任务。 难度的施工条件下提前完工,离不开工程建设各方 5 结论 的大力支持,离不开施工一线人员的奋力拼搏,更 离不开水布垭工程建设业主的鼎立支持。该工程的 水布垭水电站右岸防淘墙工程工期紧、任务 提前完工,为电站尾水系统施工赢得了宝贵时间, 重、危险性大,在国内属首例,无任何工程经验可 为水布垭水利枢纽2008年按期发电奠定了坚实的 借鉴,完全是在摸索中施工,其工程施工难度堪称 基础。 .55・ 

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