永兴二级水电站二期工程施工方案优化

张良平

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概述

湖南永兴二级水电站工程任务为发电，电站装机容量20MW，保证出力3.29MW，多年平均发电量为8840万kW.h。水库正常蓄水位96m，相应水位库容1626万m3，总库容4958万m3，水库日调节库容150万m3。工程枢纽建筑物有河床式厂房、溢流坝、左右岸连接坝段及开关站。坝顶全长247.7m，坝顶高程104.5m，厂房段长34.6m，共12孔溢流坝段，其中护坦段72.5m、消力池段72.0m，开关站布置在厂房下游右侧。采用分期导流方式。坝址两岸地形不对称，左岸山体为陡岩，没有交通道路，右岸坝肩坡度较缓。二期工程于2003年10月2日截流，要求二期闸坝于2004年4月25日到顶，工期紧、单价低，工程任务艰巨。

2 工程施工难题及施工方案优化的目的

根据坝址区地形条件，右岸没有交通道路，左右岸不连通，左岸山体陡峭，修筑施工道路困难，对于二期工程的施工是非常棘手的问题。现场实际及设计图和施工组织设计的出入很大，实施可行度低。因此，必须进行施工方案的全面优化，保障进行施工的必要条件。

施工方案优化的目的主要是为了工期保证、质量保证、安全保证、环保保证及经济效益的要求而实施。该工程单价极低，必须考虑经济效益为重心，其余兼顾，因地制宜地优化施工方案。

3 施工优化的内容及具体实施方案

永兴二级电站二期施工围绕左右岸连接交通为中心，进行了全面的施工方案优化，优化涉及导流工程、土石方开挖工程、混凝土工程。在施工工程中充分发挥施工管理的优势，更凸现了优化方案的优越性和经济性。

3.1 左右岸交通道路的选择

左右岸交通是本项目二期工程施工顺利实施的关键。根据地形条件、厂房发电运行工况、水位变化情况，经多次现场勘测，并多方了解市场情况，在原方案基础上，提出了另外3种方案，并与之做综合比较选择最优方案。

第一种方案：原施组方案；

第二种方案：引水渠上游建设施工公路桥，桥宽8m；

第三种方案：厂房下游搭设舟桥，右岸开通到下游围堰施工道路，同时利用坝顶公路作通道；

第四种方案：尾水下游设临时码头，船渡连接两岸交通，右岸开通到下游围堰施工道路，同时利用坝顶公路作通道。

方案比较，主要考虑工期保证，对相关施工变更影响程度及对工程成本影响几方面进行综合比较。

第一种方案优缺点：

第一种方案为投标施工设计，投标时其方案的提出具有其合理性，类似工程采用此方案不乏成功例子，但本工程设计有其独特型，要实施该方案必须对设计方案作极大的修改。加宽尾水平台以满足交通要求，降低尾水平台高程到二期下游围堰高度或加高二期下堰高度以适应两端的高差变化，即使尾水平台具备过车要求，那么尾水临时通道钢栈桥必须建造成斜面桥，降坡高度为11m，而栈桥长度为70m，栈桥的延线长度不够，满足不了交通要求，同时较该总价项目增加不少工程量，增加了成本。若通过变更厂房尾水道路位置建设，经测算约增加投入30万元。

第二种方案，施工上可行，能保证二期工程进度，施工质量安全保证可靠度高，但造价太高需要180万才能完成，而该项目总价才60万元。

第三种方案，在下游设码头，右岸修筑连接二期下游围堰施工临时道路，路宽6m，长度250m，舟桥到位，只能租赁10天。设备渡过河后二期施工完成，下一步交通问题仍然存在，其实没有解决根本问题，同时经济不合算，舟桥就位10天的租金就是20万元没有实际的价值。

第四种方案，船渡方案，相当于舟桥方案的替代和补充方案，可以长期租用，而且价格合理，两条船每月租金及运行费不足万元，只是耒水河为湘江支流，属于五级以下航道，最大通行船只为150t，满足不了运输安全要求，必须进行船舶改造，将两船并连联动使用。该方案必须修筑码头和右岸连接下游围堰施工道路。该方案存在不能满足二期混凝土施工全部混凝土浇筑的弊端，必须利用一期坝顶公路作运输通道。

根据码头设计，船渡改造，右岸施工道路修建，船运行维护费用进行综合比较，第四种方案优于其他方案。最后采用了方案四，租船及船运行共十个月包括油料共耗资金11万元，码头采用钢筋石笼和钢丝石笼堆筑而成，其中钢筋笼块石40m3，钢丝笼块石30m3，砂卵石填筑50m3。码头到公路，码头到右岸下游围堰道路修筑共计人工、机械及材料费5万元。实际总费用19万元，相对项目总价效益非常的明显。

3.2 二期导流工程优化

永兴二级水电站工程分两期导流，一期导流施工6孔闸坝和厂房工程，二期导流施工6孔闸坝和接头重力坝及施工斜面升船机，斜面升船机轨道长达300m，需填筑围堰围住施工，围堰工程工程量较大，二期围堰填筑计算量比一期还大，极不经济，必须进行方案优化，总体经济比较后选择合适的方案。

提出将斜面升船机三期施工的方案，其优点在减少了二期围堰的工程量，减少对二期施工的干扰，对加快二级闸坝及接头坝施工进度极为有利，同时对于小型斜面升船机在三期可以考虑无围堰施工，在湖南小水电已有成功的例子，而且投资少、建设快。因此，在进行综合经济指标比较和同业主和设计单位沟通后，建议斜面升船机三期进行施工，得到同意和支持，就此进行了二期导流施工方案的优化。

优化施工措施：

围堰布置及结构形式的变更。由于二期不考虑围住斜面升船机施工，二期围堰的工程量大大地减少，可以利用一期围堰拆除填筑料进行土石平衡，减少工程成本。

首先计算土石平衡中材料的需用量，规划料源和材料堆放场地，水力学计算二期围堰合适的预进占长度。

确定一期围堰拆除施工程序和二期围堰填筑施工程序，一期围堰边拆除，边填筑二期围堰，在一期纵向围堰边侧二期上下游围堰间作为二期围堰加高培厚及部分截流材料堆料场。规划堆筑2万m3，便可满足二期围堰加高培厚填筑要求，对于迎水面粘土铺盖一期拆除可用粘土料工程量不足，采用左岸开辟料场补足，需用量经计算为3000m3，经现场勘查该问题很快解决。截流采取左右岸同时进占的方式进行。在左堰头备足足够的截流用的大块石。

截流方案实施措施：

随着一期围堰拆除，二期围堰填筑右岸施工道路彻底中断，二期围堰截流只能以左岸进占为主，但考虑截流时水流速度较快，经水力计算达到6m/s，会对二期右堰头产生严重的淘刷，造成截流失败，在一期围堰拆除完毕前留一台TY320推土机在纵向围堰侧的备料场，以便于两边同时进占截流。左岸由于石料比较缺乏，采用编织袋装填强分化料，然后装钢筋笼和钢丝笼，替代大块石，汽车运输到左堰头推土机推下。设计截流水流量240m3/s，实际截流水流量根据上游一级电站提供资料为300m3/s，龙口水深2.0m左右，在最后10m进占非常艰难，基本无法往前进占一步，水流速度达到7m/s左右。此时立即停止右堰头进占，并用钢筋笼块石作裹头推土机压住冲刷严重部位裹头，左岸作钢筋笼编织袋裹头，推土机压住，加大备料力度，集中统一指挥，一台反铲吊钢筋笼并稳固于堰脚处，另一台反铲挖装钢丝笼编织袋填笼，稳固堰脚后并备齐截流料后，两边推土机同时推料入龙口，一鼓作气将龙口堵住，总共截流时间仅用了两个半小时。

截流耗用资源如下：

反铲：CAT330 1台、CAT220 1台。推土机：TY320 1台、D85 1台。汽车：5t自卸汽车4台。人力资源120人。材料：钢筋笼100×200×100 20个，钢丝笼300个，编织袋5000个。

由此，资源投入少，取得效果比较理想。

尽管截流流量不是很大，但需充分做好截流准备、避开主河床选好龙口位置。另外干净彻底拆除一期围堰也是截流成功的关键。

3.3 土石方工程优化

该项目土石方工程开挖深度4m～5m，岩石为粉质砂岩，工程量2.2万m3，单价较低，基坑开挖石方综合价只有21元/m3。为了减亏，必须进行精细化的管理和优化施工方案，原施组采用液压钻机开采方案由于设备资源占有率高，对此已不是很经济，必须重新进行设备选型。考虑工期要求，为与现有20m3/min电动空压机相匹配，进行市场调研和几种设备比选，最后选定人工移动式潜孔钻作主要钻孔设备，手风钻为辅助钻孔设备；对于挖装设备，原自有的2台反铲设备都在2m3以上，同二期工程工程量也不匹配，由于其他工程需要，及时地调运出了该项目，根据就近原则进行市场了解，就近社会市场2m3以上反铲较少，且租金较贵，而2m3以下的反铲很多，租金相对合理，最后采用租用CAT330和CAT220反铲；运输设备采用5t东风自卸汽车，同反铲匹配。

由于设备配置反铲斗容较小，功率较小，必须调整爆破参数，控制块度才能保证挖装的效率。

炸药采用φ70RJ-1乳化炸药，经过爆破试验确定排距2.5m，间距3m，采用梅花型布孔方式，孔网系数1.2，采取排间起爆微差挤压爆破，爆破挤压微差时间为40ms～60ms，平均单耗药量0.42kg/m3，爆破块度控制在50cm以内。

结构边线采用预裂爆破控制，孔径90mm，间距80cm，φ32药卷分段连续装药结构，线装药密度280m/s，堵塞长度100cm。爆破半孔率达到90%以上。

在施工过程中严格控制造孔质量、装药质量和堵塞质量是取得良好爆破效果的关键。

闸坝2m以内坑槽及保护层开挖采用手风钻进行，钻孔间排距控制在50cm～70cm左右，由于卡钻和堵孔现象时有发生，施工成本控制相对较差，但占比重较小。

开挖开始时间为2003年11月26日，到2003年12月25日开始浇筑第一仓混凝土，总的有效施工时间不到一个月，按计划完成了开挖任务。

总体上土石方开挖成本控制较好，稍有赢利，同时保证了工期和保证了开挖质量。

3.4 混凝土工程优化

二期工程混凝土工程量为1.6万m3，最高月强度4500m3/月。由于受一期围堰拆除推迟的影响，该项目施工进度控制是一个关键点，也是影响成本的关键，混凝土生产系统1台HZS35拌合站在一期工程中运行稳定良好，运行成本也相对稳定，能满足二期工程施工强度要求。

各部位工程量分别为：

后护坦1620m3，前护坦234m3，闸墩3538m3，闸坝基础8920m3，接头坝1240m3，导墙390m3。

在闸坝闸门底坎高程89m以下工程量占70%以上工程量。根据现有设备条件、地形条件、结构特点和浇筑强度确定合理的优化方案，确定运输方式和入仓手段。

根据投标文件二期配置两台WD400履带四方吊，吊运强度和覆盖范围满足混凝土浇筑施工要求，但四方吊重量220t，要过河，不是一件易事，必须拆卸重新安装，安拆费用不下10万元，同时四方运行对基础条件要求高，占位大，对占压浇筑部位施工有一定干扰，影响正常施工进度。以投标混凝土施工方案为基础，考虑了以下几种方案进行比较。

第一种方案：一台16t塔机(30t圆筒)入仓为主、交通桥搭设溜槽入仓为辅，公路桥运输混凝土为主、渡船运输为辅方案；

第二种方案：一台8t塔机入仓为主，交通桥搭设溜槽入仓为辅；公路桥运输混凝土为主、渡船运输为辅方案；

第三种方案：交通桥搭设溜槽入仓加反铲为主、8t塔机入仓及自制皮带机入仓为辅，公路桥运输混凝土为主、渡船运输为辅方案。

二期混凝土由于前期工作面较多，仓面准备工序相对简单，可以大量浇筑混凝土，并尽快覆盖基础为二期防洪度汛创造条件。施工要求汛期来临前浇筑到顶，施工期只有五个月时间。第一种方案强度满足要求，通过坝顶公路桥搭设溜槽可以覆盖7#-9#闸墩，其余部位仍需搭设辅助溜槽才能覆盖全部工作面，但安拆及运行费用为8t塔机的3倍；第二种方案运行费用低但搭设辅助溜槽工作量大，前期强度低，施工配合难度大，仓面准备施工不均衡；第三种方案弥补前两种方案不足，虽然增加了设备投入，但其使用期短，增加设备把下部大体积混凝土浇筑完成即结束其使命，使用期为一个月。增加投入费用少于第一种方案及原投标方案的安拆费和运行费，同时保证仓面准备施工的均衡性。

实际施工中选用了第三种方案，根据仓面准备情况浇筑混凝土，前期强度达到5500m3/月，仓面准备资源投入同浇筑强度匹配良好，最大限度地发挥了设备和资源效能。同时施工质量优良，根据质量评比结果，优良率到达85%，达到预期的质量目标。闸坝在4月14日到顶，提前10d达到工期目标。

4 施工方案优化的价值

投标价段施工组织设计作为项目管理的规划性文件，提出工程施工中进度控制、质量控制、成本控制、安全控制、现场管理、各项生产要素管理的目标及技术组织措施，在施工管理中、在解决施工技术问题、指导施工全过程中发挥了巨大作用。但在项目施工中，施工情况是多变的，也存在许多不确定因素，这是投标时很难面面俱到的。同时，随着市场的变化发展，新工艺、新技术、新材料的运用和现场条件的变化，都要求随时进行方案的调整和优化。通过优化的施工方案成为保证工程的顺利进行、保证工程质量和安全、提高经济效益和有效控制成本的工具。

通过永兴二级水电站二期工程施工方案的优化，在保证工期进度，质量安全前提下取得良好的经济效益，同时体现了施工单位的管理水平，体现了施工单位施工技术水平，体现了施工单位适应市场的能力，提升了施工单位市场竞争力。该工程提前完工，质量评审优良，业主给予了施工单位极高的评价，并给予了合适的经济奖励，同时为索赔工作的顺利开展创造了条件。

在该工程上创下了“国内同类型低水头电站工期控制、同规模小水电造价控制之最”为业主的总体评价。业主通过总结交流活动，扩大了对施工单位的宣传，施工单位既赢得了荣誉，也获得了经济效益。

5 结语

在竞争日益激烈的市场环境下，施工企业为了生存和发展，就必须编制一份具有价格竞争力的投标书。为了中标，往往降低人工费，降低各项取费标准，并采取零利润进行投标，以较低单价承揽更多的施工任务，因此在施工中也相当被动，但随具体施工条件变化，及时了解市场情况下，是可以通过不断研究优化施工方案、充分发挥现代管理技术效能、利用企业现有的人力、物力和财力，争取最大的经济效益的。

通过永兴二级水电站二期工程施工方案全面优化的实践，体会到真正做好施工方案，必须做好以下几点：

(1)熟悉标书，掌握准确的基础资料，了解熟悉市场情况；

(2)要认真研究图纸及各种技术资料，对工程的每一部位每一环节都做到心中有数，在确定施工方案时，应先比较施工方案的经济合理性，选用较经济的施工方案；

(3)要认真研究工期、质量、工艺三者之间的关系，根据现场实际情况，依靠科技进步，要因地制宜采用新工艺、新设备、新材料，依靠现代管理措施保证业主的工期和质量安全目标，要真正做到少投入、高效益。