两河口水电站施工组织设计综述

2017-04-16张伟锋杨晨光曹驾云王会杰中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都6007四川大学水利水电学院四川成都60065

东北水利水电 2017年2期

张伟锋，杨晨光，曹驾云，王会杰（.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 6007；.四川大学水利水电学院，四川成都60065）

两河口水电站施工组织设计综述

张伟锋1，杨晨光1，曹驾云1，王会杰2
（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072；2.四川大学水利水电学院，四川成都610065）

两河口水电站地处藏民族聚居地，为特大型工程，工程量巨大、大坝填筑料源多且分散、施工强度高、场内交通错综复杂且运输量大，施工条件差。可行性研究阶段的施工组织设计主要在大坝心墙防渗土料、混凝土骨料、施工导流、场内交通仿真分析、大坝施工规划、施工总布置规划等方面进行了大量深入的研究工作，研究成果较好地解决了施工组织设计中的难题。

两河口水电站；可行性研究；施工组织设计

1 工程概况

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游的“龙头”水库。枢纽建筑物主要由砾石土心墙堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下厂房等组成。砾石土心墙堆石坝最大坝高295 m，水库正常蓄水位2 865 m，相应库容107.67亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力。电站装机容量300万kW，多年平均发电量110亿kW·h。枢纽建筑物主要工程量：土石开挖约2 400万m3、土石填筑约4 160万m3、混凝土约365万m3。

2 主要技术问题研究

2.1 心墙防渗土料研究

两河口水电站大坝为砾石土心墙堆石坝，心墙防渗料采用掺砾粘土。防渗土料的研究首先从料源选择入手。枢纽区附近的雅砻江干流阶地较发育，上下游沿岸Ⅲ、Ⅳ级阶地较为宽缓，为防渗土料主要分布区。受地形地质条件限制，各土料场规模相对较小，料源分散，性状不均一。土料场的选择规划阶段集中利用坝址下游约11 km的呷拉土料场；预可研阶段选择脚泥堡、白孜、亚中、苹果园、忆扎、普巴绒等6个土料场，其中坝址下游14 km的脚泥堡、白孜土料场为主料场；可研阶段主要利用库区的亚中、苹果园、忆扎、志里、瓜里和普巴绒等6个土料场，及坝址下游西地土料场，同时西地土料场也是接触黏土料场。库区土料场距坝址现有公里里程均在20 km以上，其中普巴绒土料场距坝址约38 km，瓜里土料场距坝址约36 km。

针对两河口水电站防渗土料料源分散、运距远等特点，可行性研究阶段对土料运输方式、土料掺和碾压方案进行了系统研究。运输方式比较了胶带机运输和公路运输两种方式，考虑到库区土料运输道路可充分结合利用库周复建交通，不需要单独新建，且公路运输方式相对灵活，对大坝填筑强度适应性高；而较胶带机方案投资相对较高，故可研阶段选择了公路运输方式。

防渗土料施工是心墙堆石坝施工的关键项目，为提出适应300 m级高坝防渗土料性能要求、便于施工和质量控制、经济合理的掺合方案，可行性研究阶段在开展了大量室内改性试验的基础上，开展了现场掺和碾压试验。室内改性试验成果表明，掺配比为7∶3～6∶4（土石比，重量比）时，掺砾料防渗和强度指标都可以满足规范要求和国内外同类坝型的设计经验要求。现场掺和碾压试验主要开展了掺和工艺研究和初步碾压试验，掺合设备的选用与施工实际相近，掺合及碾压过程为机械化作业。试验成果显示，防渗土料掺配比采用土料∶砾料=60%∶40%较为适宜。掺合工艺采用“掺合场平铺立采法”，工艺流程为：平摊、立采、倒运、混合，掺合工艺具有可行性及施工可能性。

2．2混凝土骨料研究

两河口水电站坝址区附近天然砂砾石料匮乏，须采用人工骨料。考虑到坝址区地质岩性为变质砂岩夹粉砂质板岩，具有一定碱活性，因此可研阶段除对坝址区的砂板岩骨料进行了人工骨料及混凝土试验、碱活性抑制试验研究外，还对可能利用的库内鲜水河格杂寺大理岩、坝址下游新都桥铁索呷石英闪长岩及牙根花岗岩，开展了少量原岩性能试验、骨料碱活性试验研究工作。

原岩及人工骨料性能试验成果表明，各料场原岩物理力学性能指标基本满足规范要求。混凝土性能试验成果表明，在砂岩与软弱岩层骨料组合方案中，随着板岩掺量的增加，强度有下降趋势；混凝土的变形性能均有向不利于水工混凝土要求的发展趋势，但影响有限；不同比例的骨料组合对混凝土抗冻、抗渗性能的影响有限，且都可满足设计要求；不同的骨料比例对混凝土热学性能有微小的影响。

可研阶段按照（DL/T5151－2001）《水工混凝土砂石骨料试验规程》中所规定的化学法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法以及砂浆长度法对坝址区的两河口、庆大河等料场的砂板岩人工骨料以及铁索呷料场的石英闪长岩人工骨料的碱活性进行检验。综合四种方法的检验结果，可以判定铁索呷料场的石英闪长岩为非活性骨料，格杂寺料场的大理岩为非活性骨料，坝址区砂板岩为具有潜在碱活性骨料。

可研阶段对砂板岩主要开展以下几方面的碱活性抑制试验研究：

1）粉煤灰抑制砂板岩碱活性。

2）混凝土掺和料抑制砂板岩碱活性。

3）含气量对抑制砂板岩碱活性的影响。

4）骨料种类对抑制砂板岩碱活性的影响。

5）新型碱活性抑制材料抑制砂板岩碱活性等。

主要试验成果为：在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，能够有效的抑制砂板岩的碱活性膨胀；减少混凝土中的碱含量有利于降低混凝土中的碱骨料反应的膨胀；硅粉具有抑制碱骨料反应的作用，随着硅粉掺量的增加，其抑制碱骨料反应的效果越好；磷渣具有一定的抑制碱骨料反应的能力，但抑制碱骨料反应的能力要逊于粉煤灰，在磷渣中复掺一定量的粉煤灰，可以有效的提高磷渣的抑制碱骨料反应的效果；在混凝土中掺入一定量的引气剂，提高混凝土的含气量有利于抑制骨料的碱活性膨胀，复掺引气剂和粉煤灰后的抑制碱活性膨胀的效果较单掺粉煤灰抑制碱活性膨胀的效果好。

鉴于坝区砂板岩可通过掺入一定量的粉煤灰等方法有效抑制碱活性膨胀，两河口水电站可行性研究阶段通过专题研究，推荐利用坝区砂岩含量较高的瓦支沟石料场作为混凝土骨料料源。鉴于混凝土骨料碱活性问题的重要性和目前的认识水平、试验方法等因素，2009年结合混凝土原材料选择和混凝土配合比优化，开展了综合抑制砂岩骨料碱活性措施的研究。主要成果有：

1）水泥品种对粉煤灰抑制砂岩碱活性效果的影响主要取决于水泥的化学成分，其中水泥中二氧化硅的含量是一个重要的影响因素。

2）总碱含量对粉煤灰抑制砂岩的碱活性膨胀有着一定的影响，随着总碱含量的增加，粉煤灰抑制砂岩碱活性膨胀的效果减弱。

3）不仅要控制混凝土的总碱含量，而且应对混凝土中碱所存在的形式引起重视。

4）砂岩人工砂的石粉含量为10%～15%左右时，有利于粉煤灰抑制砂岩骨料的ASR膨胀。

5）ASR-1抑制剂、ASR-2抑制剂以及MS抑制剂，均具有抑制砂岩骨料ASR膨胀的作用，并随着掺量的增加，其抑制效果有所提高。但其抑制效果逊于同掺量的粉煤灰。

6）采用复掺硅粉和粉煤灰抑制砂岩骨料的ASR的效果要优于单掺粉煤灰和单掺硅粉抑制砂岩骨料的ASR的效果。

2.3 施工总布置规划

在可行性研究阶段，两河口水电站开展了施工总布置规划专题研究。施工总布置方案研究针对料源选择成果、施工导流规划和主体工程施工进度，主要从白孜-白玛施工区场地布置、掺和场布置、混凝土生产系统设置、大坝上游交通道路规划等四个方面进行技术经济比较，并在对施工场地重复利用进行分析研究的基础上，提出合理的枢纽工程区建设用地范围。

3 施工组织设计简述

3.1 施工导流

施工导流方式为“河床一次断流、土石围堰挡水、隧洞过流、大坝全年”，导流建筑物级别为3级。

初期导流标准为洪水重现期50年一遇，相应设计流量5 360 m3/s；后期导流标准为洪水重现期500年一遇，相应设计流量为Qp=0.2%=6 830 m3/ s，校核洪水标准选用1 000年一遇，相应设计流量为Qp=0.1%=7 260 m3/s。

初期导流时段为第3年11月河床截流～第8年11月初期导流洞下闸，先后由围堰和坝体临时挡水度汛，初期1号、2号导流洞过流。第8年11月初期导流洞下闸，5号导流洞泄流，大坝初期蓄水期间，由布置在初期导流洞内侧的供水洞向下游供水。第9年5月5日导流洞弧形闸门调控下泄流量，在满足下游需水要求的前提下蓄水至高程2 745～2 750 m时，5日导流洞下闸封堵，封堵期间由5月3日、4日导流洞泄流。第10年11月3日导流洞下闸封堵，由4号导流洞泄流。

3.2 料源选择

防渗土料料源为大坝上游的普巴绒、瓜里、志里、忆扎、亚中和苹果园土料场以及下游的西地土料场，上述7个土料场可采总储量（折合为掺合后压实方）约864万m3。

大坝、围堰需黏土料由大坝下游右岸的西地土料场供应。

大坝堆石料和过渡料从大坝上游的两河口、瓦支沟石料场和大坝下游的左下沟石料场开采，上述3个石料场可采总储量约9 118万m3。

大坝反滤料、心墙砾石土掺和料主要由工程开挖可用洞渣料回采加工，不足部分从瓦支沟石料场开采补充。

混凝土骨料料源为瓦支沟石料场砂岩含量较大的区域，储量约1 200万m3。

3.3 主体工程施工

1）心墙堆石坝施工。坝基开挖总量约267.90万m3，以坝址处10年一遇洪水标准2 615 m高程为界，分两期施工。第一期为坝肩开挖，开挖量203.2万m3，月平均开挖强度7万m3/月，高峰开挖强度13.2万m3/月；第二期为基坑开挖，总量约64.7万m3，月平均开挖强度14.38万m3/月。

坝体填筑历时80个月，分为14期施工，坝体填筑月平均强度56.9万m3/月，月平均上升高度4.01m。高峰期心墙填筑月平均强度8.06万m3/月，高峰期坝体填筑月平均强度81.80万m3/月。

心墙填筑按自卸汽车卸料－推土机铺料－振动碾碾压－质检4道工序，流水作业法施工，采用后卸式20 t自卸汽车进占法卸料，T180推土机平料，20 t振动凸块碾进退错距法碾压。

反滤料采用“先砂后土法”施工，采用20t自卸汽车运料上坝，后退法卸料。

过渡料采用25t自卸汽车运料上坝，综合法卸料（先用后退法卸料，再用进占法卸料），T180推土机平料，18 t自行式振动平碾进退错距法碾压。

堆石料采用45 t自卸汽车上坝，综合法卸料，T320推土机平料，25 t自行式振动平碾进退错距法碾压。

2）泄水建筑物施工。泄水建筑物分进口（群）开挖及支护、洞室、出口（群）开挖及支护三部分。

进口（群）边坡最大开挖高度约360 m，开挖总量约537.69万m3，采用翻渣方式。进口（群）边坡开挖月平均下降高度12 m/月，月平均开挖强度约17.68万m3/月。

出口（群）边坡开挖高差约350 m，开挖总量约544.80万m3。采用分层开挖，掌子面出渣的施工方式。为了避免截流后开挖对大坝基坑及下游围堰防渗墙施工的影响，2 700 m高程以上部位安排在截流前完成，月平均下降高度12 m/月，月平均开挖强度约12.59万m3/月。2 700 m高程以下部位截流后进行，月平均下降高度5 m/月，月平均开挖强度约20.66万m3/月。

由于泄水建筑物隧洞（群）施工不在关键线路上，因此进度安排比较灵活。隧洞开挖按高度一般分2～3层，每层开挖高度控制在8 m左右。隧洞施工按上层开挖→中、下层开挖→底板混凝土浇筑→边顶拱混凝土衬砌→回填灌浆→固结灌浆的程序进行。

3）引水发电系统施工。引水发电系统布置在雅砻江右岸，采用“单机单管”的引水型式和“三机一室一洞”的尾水系统布置格局。

地下厂房系统三大洞室的上、中、下层均设置了施工通道，包括排水廊道施工通道要求，整个引水发电系统共设置10条施工支洞。三大洞室各层施工主通道在时间上基本错开使用。

引水发电系统各工作面最大年洞挖量94.48万m3/年，高峰月洞挖强度11.43万m3/月，最大年混凝土浇筑量34.46万m3/年，高峰月混凝土浇筑强度4.42万m3/月。主、副厂房为引水发电系统的关键线路。从第四年1月厂房开挖开工至第九年9月底首批机组发电，工期69个月，其中厂房开挖34个月，一期混凝土8个月（包括桥吊安装），水轮发电机组安装（含埋件、二期混凝土及机组调试）27个月。其它各项工程均在工期内穿插进行。

3.4 施工交通运输

对外交通推荐采用铁路、公路联合运输至雅江方案，线路为由铁路运输至汉源（乌斯河）火车站，转公路省道S306线39 km至汉源，再沿国道G108线53 km至石棉，转省道S211线101 km至甘谷地，再沿国道G318线210 km至雅江后，沿拟建的雅砻江中游河段梯级电站，对外交通专用公路13.6 km抵达两河口水电站，线路全长416.6 km。

场内交通运输采用公路运输方式，主要交通线路有左岸下游干线公路、坝区左右岸低线公路、坝区左右岸高线公路、坝区左右岸上游高低连接线、库区土料运输道路等，场内交通道路总长约120.95 km，桥粱12座。

3.5 施工工厂设施

全工程设置3个砂石加工系统，其中混凝土骨料加工系统2个，分别位于左岸下游的左下沟、左岸上游的瓦支沟，处理能力分别为750 t/h、450 t/h；反滤料和心墙掺合料加工系统布置在坝址左岸上游的瓦支沟，处理能力850 t/h。

全工程设3个混凝土生产系统，分别位于右岸上游电站进水口附近、左岸上游的瓦支沟和右岸下游，系统设计生产能力分别为115 m3/h、200 m3/h、240 m3/h。

坝区采用集中供水方式，水厂位于左岸下游，取水规模4 040 m3/h。

施工用电高峰负荷约35 000 kW，工程设置1个中心变电站，4个分区变电站。中心施工变电站容量为25 MVA，大坝35kV施工变电站容量为32 000 kVA，亚中村35 kV变电站容量为4 000 kVA，白孜35 kV变电站容量为12 600 kVA，瓦支沟35 kV开关站容量为20 000 kVA。

3.6 施工总布置

结合工程施工分标初步规划，分坝址上游、坝址下游、白孜和亚中四个施工区进行施工总布置规划。

全工程设置5个渣场，除庆大河渣场设置回采区 (用于堆存工程开挖有用料)，其余均为弃渣场。为满足环保和水保要求，各渣场均对防掏、防冲和截排水等进行了专项设计。

工程施工总用地约1 859.54 hm2，其中永久占地为1 530.97 hm2，施工临时用地为328.57 hm2。

3.7 施工总进度

施工总进度计划安排按照关键项目采用国内先进技术编制。对控制工期的导流洞、大坝施工进行全面分析，落实优化，对不控制工期的项目包括地下厂房、溢洪道、泄洪洞、放空洞等工程，施工工期留有一定余地，并在确保不会成为新控制项目的情况下合理安排时段，尽量降低高峰施工强度。

两河口水电站施工总工期为125个月，其中工程准备期34个月，主体工程施工期71个月，完建期为20个月。首台机组发电工期105个月，工程筹建期36个月。

工程施工关键线路为初期导流洞工程施工→围堰填筑→基坑开挖→大坝坝体堆石料填筑→首台机组安装调试。