枕头坝一级水电站截流施工组织设计.docx
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枕头坝一级水电站截流施工组织设计
大渡河枕头坝一级水电站
大坝及发电厂房工程施工
（合同编号：
ZTB-SG-2011-002）
二期截流及围堰施工方案
批准：
李红伟
审查：
李红伟
校核：
刘斌洲
编制：
陈厚才
中国水利水电第三工程局有限公司枕头坝工程施工局
二0一一年十一月十日
工程概况
1.1工程特性
枕头坝一级水电站为大渡河干流水电梯级规划的第十九个梯级，位于四川省乐山市金口河区。
坝址处控制流域面积73057km2，多年平均流量1360m3/s。
电站采用堤坝式开发，为河床式厂房，正常蓄水位624m，最大坝高86.5m，电站装机容量720MW，开发任务以发电为主，兼顾下游用水。
根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）的有关规定，本工程等别为二等，工程规模为大
（2）型工程，挡水建筑物、泄水建筑物、发电厂房建筑物等主要建筑物为2级建筑物，相应水工建筑物结构安全级别为Ⅱ级；次要建筑物为3级建筑物，相应水工建筑物结构安全级别为Ⅱ级。
根据枕头坝一级电站的施工导流规划，导流分为一期、二期和三期进行。
其中一期做为工程前期项目，已由其他承包人完成，二期、三期为本标段施工项目。
枕头坝水电站二期围堰工程由上、下游围堰，以及纵向砼围堰组成。
上、下游围堰的堰型为土石围堰，堰体防渗采用土工膜心墙，堰基防渗采用混凝土防渗墙。
围堰使用期限为25个月（2012年5月～2014年5月），二期导流期间由右岸导流明渠过流。
二期上下游围堰主要工程特性见表1。
表1二期上下游围堰工程特性表
序号
项目
单位
上游围堰
下游围堰
备注
1
设计标准
P=%
5
5
2
设计流量
m3/s
6600
6600
3
堰前水位
m
611.46
598.01
4
堰顶高程
m
613.00
600
5
最大堰高
m
36.0
19.0
6
堰顶长度
m
172.22
230.15
7
堰顶宽度
m
10
10
8
防渗型式
土工膜加混凝土防渗墙
土工膜加混凝土防渗墙
9
截流戗堤顶高程
m
597.0
1.2水文及工程地质资料
1.2.1水文资料
大渡河洪水是在上游融雪基础上加中下游暴雨洪水组成。
由于汇流面积大、雨区分散、降雨多连续发生，因而往往形成多峰洪水，洪水过程肥胖，涨落变幅小、底水高、持续时间长，中下游地区受青衣江、马边河暴雨区的影响，暴雨出现机会较多，多发生短历时强降水，形成洪水的过程陡涨陡落，峰高量相对不大。
本电站上游深溪沟电站目前正在建设中，是以发电为主的大型水电站，总装机容量660MW，正常蓄水位660m时相应库容0.3227亿m3，具有日调节能力，对枕头坝一级的设计洪水成果的调节影响小。
深溪沟电站上游是瀑布沟电站，属在建电站，是以发电为主兼顾防洪任务的大型水电站。
总装机容量3300MW，正常蓄水位850m时相应库容50.64亿m3，具有季调节能力，将对枕头坝一级的设计洪水具有一定的调节影响。
枕头坝一级水电站天然条件下及受瀑布沟调洪影响后的设计洪水成果见表2。
瀑布沟电站调蓄下坝址处各频率月平均流量成果见表3。
表2枕头坝一级洪水成果表单位：
m3/s
频率
P=0.1%
P=0.2%
P=0.5%
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
流量（天然）
11500
10900
10100
9430
8780
7890
7180
6420
流量（受瀑布沟影响）
10800
10500
10100
9400
8150
6600
6080
5530
表3坝址处各频率月平均流量成果表（瀑布沟电站调蓄下）单位：
m3/s
11月
12月
P＝10%
P＝20%
P＝10%
P＝20%
瀑布沟一台机发
561
550
514
508
瀑布沟二台机发
996
985
949
943
瀑布沟三台机发
1430
1420
1380
1380
瀑布沟满发
2740
2730
2690
2680
1.2.2上下游围堰工程地质资料
上游围堰位于大坝上游约200m，枯水期河面宽80m，水深一般6～7m，但在河床右侧有一河床深槽，最低高程578.30m，该处水深达11.70m，两岸谷坡坡度40°～50°，两岸基岩裸露；下游围堰位于大坝下游约400m，枯水期河谷宽80m，水深6～7m。
两岸谷坡坡度30°～45°，左岸坡覆盖层深厚，右岸在620m高程以上基岩裸露，以下坡段地形平缓，被Ⅰ级阶地砂卵砾石层所覆盖，未见基岩出露。
围堰地基由河床含漂砂砾石层组成，一般厚35～50m。
漂石块径20～70cm，表层靠岸坡一带有大孤石分布，最大块径达5.0m以上，卵砾石粒径一般4～9cm，成分复杂，以白云岩、砂岩、玄武岩及灰岩为主，磨圆度中等～较差，呈次圆状。
由中粗砂及少量细砂充填，并间夹有3层相对较连续的砂层分布，据统计，河床砂卵砾石层中，卵砾石约占70%～90%，砂粒约占30%～10%，上部结构属中等密实，下部呈密实状态。
由抽水试验及室内渗透试验测得坝址河床砂卵砾石层的渗透系数K＝2.28×10-2～7.5×10-2cm/s，属强透水层，经现场承载力试验，抗剪试验及触探试验并结合工程类比，建议允许承载力0.5～0.55MPa；压缩模量42～60MPa；内摩擦角φ=29°～32°。
围堰下伏基岩顶面高程548～533m，岩性为玄武岩，多为弱风化状态，裂隙中等～较发育，岩体总体较坚硬，基岩浅部呈中等透水性。
两岸堰基仍为玄武岩，其中，上游围堰两岸基岩裸露，多为强～弱风化，裂隙发育，部分裂隙卸荷张开成10～30cm宽缝。
推测强卸荷带水平深10～20m，弱卸荷带水平深达50～60m，两岸地下水位低平，受裂隙及风化卸荷的影响，堰肩岩体水平向渗透性较强，下游围堰在600m高程以下均为覆盖层，其物质组成主要为碎块石及阶地砂卵砾石层构成，粘土含量较少，透水性较强。
上、下游围堰以含漂砂卵砾石层作为基础，其地基承载力和变形能满足要求，存在的主要问题是强透水的砂卵砾石层的防渗问题，同时应重视下部间夹砂层的抗滑稳定问题。
1.3枕头坝二期截流施工特点难点分析
（1）导流明渠进出口岩坎拆除不彻底，将会导致明渠进口水位雍高，分流流量达不到设计分流指标，增大截流戗堤预进占和龙口I区截流难度。
从我们目前现场观察的情况，导流明渠下游出口拆除不到位（出口紧缩），将会导致下泄水流不畅，明渠泄流能力降低，龙口流速增大。
（2）招投标文件中给定的条件是：
截流预进占采用的流量为1250m³/s，龙口合龙时期（考虑深溪沟电站单台机发电）的截流设计流量取625m³/s。
而目前，我们了解到的情况是，截流期间业主能给协调的截流设计流量Q＝625m³/s的时间有限（8小时内）。
（3）目前，导流明渠施工标段还有部分主体工程未完成，没有向我们提交施工场地，且因环水保、征地等一系列问题尚未彻底解决，我方截流备料、预进占、右岸施工平台平整等工作无法开展，截流准备时间太仓促。
（4）贝雷桥右桥头目前仅为单车道，而右岸又是截流主抛投区，施工通道瓶颈问题难以解决。
截流模型试验研究
我施工局委托三峡大学做的枕头坝二期截流模型试验研究报告见附件。
截流设计
3.1截流时段及截流设计流量
根据枕头坝一级水电站工程总体安排，拟定二期主河床截流时段为2011年11月下旬。
根据贵阳院《二期截流设计规划报告》和本电站受上游瀑布沟电站、深溪沟电站调控的实际情况，深溪沟电站调蓄下两台机组发电，11月10年一遇月平均流量为1250m3/s；瀑布沟三台机组发电时，11月10年一遇月平均流量为1430m3/s；瀑布沟两台机组发电时，11月10年一遇月平均流量为996m3/s。
故预进占时期的设计流量取1250m³/s，龙口合龙时期的截流设计流量取996m³/s，截流期间在最艰难的龙口II区截流设计流量取625m³/s（业主协调上游深溪沟电站控泄8小时）。
3.2截流方式
综合考虑各种因素，二期主河床截流采用上游单戗立堵，双向进占的方案进行施工。
3.3截流水力学计算
2011年11月一期上、下游围堰全面破堰、右岸导流明渠分流后，二期围堰截流进行合龙的水力学计算：
（1）一般情况下，合龙过程中的河道流量（截流设计流量）Qr可分为四部分，即：
Q=Qr+Qd+Qac+Qs
式中：
Q——河道来流量，m3/s；
Qg——龙口分流量，m3/s；
Qd——分流建筑物分流量，m3/s；
Qac——上游河槽中的调蓄流量，m3/s；
Qs——戗堤渗透流量，m3/s。
对截流设计计算，Qac和Qs可粗略不计，则：
Q=Qg+Qd，据此计算明渠分流流量Qd。
假定二期围堰龙口上游水头与导流明渠上游水头相等，截流流量Q=996m3/s，则：
Qg+Qd=996m3/s。
（2）导流明渠泄流能力计算
招标答疑文件中给出的导流明渠进口处水位流量关系见表4，据此绘制上游水位与导流明渠泄流量的关系曲线。
表4导流明渠进出口水位与流量关系表
进口水位H（m）
流量Qd（m3/s）
出口水位（m）
流量（m3/s）
588
166
587.5
356
589
255
588
468
590
357
588.5
631
591
469
589
819
592
591
589.5
1020
593
731
590
1250
594
897
590.5
1490
595
1083
591
1760
596
1246
591.5
2030
597
1409
592
2320
598
1661
592.5
2620
599
2004
593
2960
600
2346
593.5
3340
（2）龙口泄流量计算
立堵截流方式龙口泄流量计算公式为：
式中：
Qg——龙口泄流量，m3/s；
——龙口平均过水宽度，m；
m——流量系数，取0.32；
——龙口上游水头，m。
（3）截流过程的水力计算
龙口落差Z=▽上-▽下
龙口平均流速
龙口单宽流量
龙口单宽功率
（4）龙口流态分析
a.当龙口的体型为梯形时，即下游水深hs与上游水深h0的关系如下：
hs/ho＞0.8时，为淹没流；
hs/ho≤0.8时，为非淹没流；
b.当龙口的体型为三角形时，即龙口的落差Z与上游水深h0的关系如下：
Z/ho＜0.3时，为淹没流；
Z/ho≥0.3时，为非淹没流。
（5）龙口抛投材料粒径及重量计算
根据伊兹巴什公式计算截流过程中抛投块石的稳定性及当量直径。
抛投块石粒径计算公式为：
式中：
d——截流块石化引为球体的直径，m；
v——束窄龙口轴线断面平均流速，m/s；
K——综合稳定系数，取0.9；
——块石容重，取2.6t/m3；
——水容重，取1.0t/m3。
工况一：
预进占截流流量Q＝1250m3/s,龙口段截流流量Q＝996m3/s，戗堤顶高程597.00，堤头坡比1：
1.2，龙口残留2m高岩坎。
经计算，龙口水力学指标详见表5和附图1龙口水力特征曲线。
表5龙口水力学指标（工况一）
龙口宽度B（m）
60
50
40
31.84
30.0
20.0
10.0
水位
上游（m）
591.05
590.55
591.5
592.6
593.0
594.1
594.5
下游（m）
590
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
截流流量
（m³/s）
总流量
1250
996
996
996
996
996
996
龙口泄流量
777
577
470
296
266
86
5
导流明渠分流量
473
419
526
700
730
910
991
流态
淹没
淹没
淹没
淹没
非淹没
非淹没
合龙
龙口水深（m）
5.67
5.36
5.25
6.59
6.31
4.04
1.24
平均水面宽度（m）
36.396
27.488
16.987
7.903
7.576
4.842
1.484
平均单宽流量（m3/s.m）
21.35
20.99
27.67
37.45
35.11
17.76
3.37
最大流速（m/s）
3.77
3.92
5.27
5.69
5.56
4.40
2.72
龙口落差（m）
1.05
1.126
2.076
3.176
3.576
4.676
5.076
单宽能量（t.m/s.m）
26.90
28.36
68.93
142.74
150.68
99.66
20.52
断面形式
梯形
梯形
梯形
三角形
三角形
三角形
三角形
抛石稳定化引粒径（cm）
56
61
110
128
122
77
30
附图1龙口水力特征曲线
工况二：
预进占截流流量Q＝1430m3/s,龙口段截流流量Q＝996m3/s；戗堤顶高程598.00，堤头坡比1：
1.2，龙口残留2m高岩坎。
经计算，龙口水力学指标详见表6。
表6龙口水力学指标（工况二）
龙口宽度B（m）
65
60
50
40
34.23
30
20
10
水位
上游（m）
591.517
590.372
590.69
592.153
592.796
593.395
594.327
594.633
下游（m）
590.418
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
截流流量（m3/s）
总流量
1430
996
996
996
996
996
996
996
龙口泄流量
913
610
544
399
312
221
59
1
导流明渠分流量
517
386
452
597
684
775
937
995
流态
淹没
淹没
淹没
非淹没
非淹没
非淹没
非淹没
非淹没
龙口水深（m）
5.9810
5.1220
5.1540
6.617
6.7290
5.8630
3.4610
0.5940
平均水面宽度（m）
39.627
33.276
23.235
12.360
8.074
7.036
4.153
0.713
平均单宽流量（m3/s.m）
23.040
18.332
23.413
32.282
38.643
31.410
14.207
1.403
平均流速（m/s）
3.852
3.579
4.543
4.879
5.743
5.357
4.105
2.361
龙口落差（m）
1.099
0.948
1.266
2.729
3.372
3.971
4.903
5.209
单宽能量（t.m/s.m）
30.385
20.854
35.569
105.716
156.363
149.674
83.586
8.767
抛石稳定化引粒径（cm）
59
51
82
94
130
113
67
22
3.4截流戗堤设计
根据现场实际情况，为防止截流合龙时戗堤进占抛投料流失进入围堰防渗体部位造成防渗体施工困难，同时考虑截流后，尽快形成上游围堰防渗墙施工平台，结合围堰结构形式，截流戗堤布置在上游围堰防渗墙下游，戗堤上游坡脚距防渗墙位置为6.93m。
戗堤堤顶高程根据戗堤闭气后大渡河水经导流明渠下泄时的堰前水位确定。
预进占期按流量Q＝1430m3/s，经导流明渠分流后，计算得上游水位在591.52m以下。
预进占期按流量Q＝1250m3/s，经导流明渠分流后，计算得上游水位在591.05m以下。
龙口段按截流流量Q＝996m3/s查导流明渠进口水位流量关系，闭气后对应上游水位594.53m，综合考虑安全超高及施工因素以后确定上游戗堤顶高程为597.00m。
截流戗堤预进占顶宽为25m，上下游坡比为1:
1.5，龙口I、Ⅱ、Ⅲ区顶宽为20m，上下游坡比为1:
1.5，戗堤总长95m，进占方向堤头边坡坡比1:
1.2。
详见附图2二期上下游围堰及戗堤结构图（建议）。
3.5龙口位置、宽度的选择
根据截流水力学计算成果，最终确定上游戗堤龙口宽度在预进占后为60m（此时右岸进占25米，左岸进占10米左右），由于枕头坝电站下游跨河索桥为单车道，且左岸受S306省道交通影响，右岸抛投强度大于左岸抛投强度，选择以右岸进占为主，龙口位置偏主河床左侧。
详见附图3截流戗堤进占平面图及纵剖面图。
3.6截流戗堤设计工程量
综合上述水力学计算及截流模型试验中间成果，结合类似工程成功截流的经验，按工况一条件下各部位所需要抛填各类材料的数量，确定二期上游围堰截流戗堤设计工程量，具体见表7。
表7二期上游围堰截流戗堤设计工程量表
施工部位
材料名称
单位
体型数量
设计抛投数量
料源
预进占
左岸10m
右岸25m
石碴料
m3
11137
15794
江沟渣场
中石
m3
9111
10528
江沟渣场
左岸截流龙口30m
石碴料
m3
8192
7811
江沟渣场、左岸堆存场
江沟渣场
中石
5287
大石串
m3
650
780
左岸堆存场
钢筋石笼
m3
1600
2000
左岸堆存场
砼四面体
m3
80
100
左岸堆存场
右岸截流龙口30m
石碴料
m3
6802
6766
江沟渣场、右岸堆存场
中石
4270
大石串
m3
650
780
右岸堆存场
钢筋石笼
m3
1600
2000
右岸堆存场
砼四面体
m3
80
100
右岸堆存场
上游戗堤工程量合计
m3
39902
56216
截流施工
4.1截流组织机构、人员配置、设备配置
4.1.1截流施工组织机构
根据工程施工的实际需要，成立截流现场指挥部，直接指挥截流阶段施工。
二期截流在截流指挥部统一指挥下组织实施，并特邀本公司总部的截流专家组成咨询组来工地指导截流工作。
指挥部下设机电设备物资组、技术保证组、质量安全组、生产调度组、综合组，共配置施工生产及管理人员350人，其中施工管理人员50人，技术工人200人，普工100人。
4.1.2截流施工组织机构职责
截流现场指挥部：
在枕头坝建设公司截流领导小组的领导下全面指导截流施工，全方位领导截流现场工作的顺利实施。
截流指挥部指挥长焦继轩，副指挥长李红伟、刘东、张云等。
机电设备物资组：
主要负责截流施工现场的设备维护、物资供应以及现场用电维护。
机电设备物资组下设机电小组、设备保证小组和物资供应小组；截流设备包括各料场、堤头推挖装设备以及运输、吊装设备、电焊机；截流物资主要包括钢筋石笼用钢筋及铅丝、石笼串用钢丝绳、绳卡、手电筒、撬棍、扳手、断线钳、切割机、抢险物资（雨鞋、雨衣、救生衣、救生圈）、特大石串、钢筋石笼吊装用钢丝绳等；机电小组工作范围包括戗堤、截流道路、各备料场用电维护。
机电设备物资组组长蔡明华，全组共23人。
技术保证组：
技术保证组下设水情测报小组、施工测量小组；主要提供截流施工技术保证。
水情测报小组的工作内容包括龙口水位～流量的实时测报、龙口流速及落差的实时测报，并及时提供国电大渡河流域水电开发有限公司发布的实时天气、区间降水、流量预报，为专家决策及截流填筑料的选择提供可靠依据。
施工测量小组的工作范围包括实时测量龙口宽度及各种抛投料的统计。
技术保证组组长徐晓峰，水情测报小组组长马培福，施工测量小组组长马培福，全组共10人。
质量安全组：
主要负责巡视截流戗堤、道路等是否存在安全隐患，进占过程中的戗堤是否稳定，进占物料是否满足堰体填筑要求，渣场道路的外围交通指挥，一旦发现异常情况立即向截流指挥部领导汇报。
质量安全组组长李卫华，副组长何兴峰，全组共12人（堤头6人，现场巡视6人）。
生产调度组：
生产调度组下设堤头指挥小组、石渣料小组、块石料小组、钢筋石笼小组、填筑运输小组。
直接负责截流现场调度指挥，包括截流物料现场调配、进占设备摆放、物料抛投顺序以及截流后的培厚加高工作。
堤头指挥组主要负责指挥堤头设备的进退、卸料，一旦出现意外情况，要求立即作出相应反应（采用特种物料填筑或撤退人员设备）并同时向生产调度组组长汇报；石渣料小组主要负责指挥设备在渣场取石渣料装车，以保证截流取料紧张有序进行；块石料小组主要负责指挥设备在上游渣场取块石料装车，保证截流取料紧张有序进行；钢筋石笼小组主要负责钢筋石笼的吊装装车，以保证钢筋石笼吊装的有序进行；运输填筑小组主要负责运输各种填筑物料和车辆的现场调配，满足截流抛投施工强度要求。
生产调度组组长鲁顺。
综合组：
主要工作包括现场宣传及生活，环境保护、垃圾清理、道路养护等辅助工作，以及对突发事件的人员伤亡采取急救措施。
综合组组长刘军平、副组长牛刚。
4.2截流施工程序
截流施工程序见附图4截流截流施工程序框图。
附图4截流施工程序框图
4.3截流施工布置
4.3.1施工道路
左岸进占路线：
江沟渣场→渣场内道路→5#公路→2#公路→枕头坝跨河索桥→S306省道→S306省道（保通段）→左岸截流道路R1→截流回车平台→左岸上游截流戗堤。
右岸进占路线：
江沟渣场→渣场内道路→5#公路→2#公路→7#公路→跨导流明渠贝雷桥→一期子围堰堰顶路→右岸上游截流戗堤。
二期截流施工道路共7条，桥梁2座，详见表8。
表8二期截流施工道路及桥梁
序号
名称
道路
等级
荷载
等级
长度
（km）
路面
宽度
（m）
路面结构
备注
1
2#公路
矿山
二级
汽-40
0.84
10.0
砼路面
2
5#公路
矿山二
/三级
汽-40
1.2
10.0/7.5
砼路面
3
7#公路
矿山
三级
汽-40
0.5
7.5
砼路面
4
S306省道（未改线）
公路
三级
7.0
砼路面
5
S306省道（保通段）
7.0
泥结碎石路面
EL.602
6
左岸截流道路R1
15.0
泥结碎石路面
EL.602-EL.595.5
7
一期子堰堰顶路
12
泥结碎石路面
EL.600
8
枕头坝
跨河索桥
汽-55
单幅车道
钢结构
EL.608
9
跨明渠桥
汽-60
双幅车道
钢结构
EL.601
4.3.2截流回车平台
戗堤预进占时，在左岸施工道路与戗堤间，结合戗堤的填筑布置回车平台，该平台填筑时采用推土机层层压实。
上游围堰左堤头回车平台长60m、宽25m，平台高程为597.0m；上游围堰右堤头回车平台宽长60m、宽25m，平台高
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