某小型水电站施工组织设计.docx

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某小型水电站施工组织设计

9施工组织设计

总工程师

：

陈伟（副）

设计总工程师

王尚军龚建华（副）刘婷（副）

专业总工程师

王尚军

校核

张军

编写

唐亚军王松曾令葵

参加工作人员

翟晓斌

9.1施工条件

9.1.1地理位置及对外交通

中梁水电站位于重庆市巫溪县境内大宁河干流西溪河上，工程开发的主要任务为以发电为主，兼有防洪等。

中梁一级电站坝址位于中梁乡青岩洞桥上游约200.0m处，电站厂房为地下厂房，布置在半溪口上游西溪河右岸山体内，距坝址公路里程10.0km，中梁二级电站厂房位于下堡镇大水溪左岸，距中梁一级电站厂房公路里程9.0km；中梁三级电站厂房布置在西溪河右岸已建西宁电站的上游侧，距中梁二级电站厂房公路里程4.0km。

巫溪县城至中梁乡的公路贯穿整个工区，中梁一级电站坝址至县城公路里程49.0km。

巫溪至万州、奉节均有公路相通，公路里程分别为259.0km、89.0km；经云阳、万州至重庆的公路里程为590.0km；由奉节港经长江航道可直达万州、重庆、宜昌，航运里程分别为119.0km、446.0km、202.0km，对外交通条件较好。

巫溪县城与巫山县城之间的大宁河航道，为著名的小三峡旅游航道，可通行小型旅游船只，巫溪县城至坝址不通航，当地交通以公路为主。

9.1.2水文气象条件

9.1.2.1水文条件

中梁一级电站坝址控制流域面积525.0km2，多年平均流量为17.2m3/s，多年平均径流量5.42亿m3。

大宁河属山溪性河流，洪水由暴雨形成，陡涨陡落。

流域每年4～10月为汛期，5～9月为洪水多发季节，其中7～8月为主汛期。

洪水过程有单峰、复峰，单峰过程历时3d左右，复峰过程历时较长。

11月至次年3月为枯水期。

中梁一级坝址以上流域无实测水文资料，设计洪水的推算依据巫溪站成果。

中梁一级、二级电站坝址施工时段频率洪水成果见表9.1.2-1、表9.1.2-2。

表9.1.2-1中梁一级坝址各施工时段频率洪水成果表

时段

频率（P）

10%

20%

11.1～3.31

222

166

112

11.1～4.30

408

314

222

10.16～4.15

475

361

248

10.1～4.30

648

516

386

全年

2390

2080

1680

1380

1080

表9.1.2-2中梁二级坝址各施工时段频率洪水成果表

时段

频率（P）

10%

20%

11.1～3.31

248

185

125

11.1～4.30

456

351

248

10.1～4.30

724

577

431

全年

2670

2320

1880

1540

1210

9.1.2.2气象条件

工程所在地区属亚热带暖湿季风气候区，流域降水量丰沛。

根据巫溪县气象站资料统计，流域多年平均降雨量1333mm，年内降雨主要集中在4～10月，约占全年降雨量的90%。

当地地势高差悬殊，气候垂直变化明显，多年平均气温14.7℃，极端最高气温41.8℃，极端最低气温-3.3℃。

9.1.3工程规模

中梁水电站由中梁一级电站、中梁二级电站和中梁三级电站三个梯级电站组成。

中梁一级电站主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、左岸岸边溢洪道、左岸输水放空隧洞、右岸引水隧洞、厂房和开关站。

混凝土面板堆石坝坝顶高程630.5m，最大坝高118.5m，坝顶长243.0m，坝顶宽8.0m，上下游坝坡均为1∶1.4；左岸设2孔12.5m×12.0m（宽×高）开敞式溢洪道，堰顶高程613.00m，泄槽长118.0m，分设左右两槽，单槽净宽13.5m，溢洪道最大下泄流量2610m3/s；输水放空隧洞布置在左岸山体内，由导流隧洞改建而成，进口高程570.00m，有压段为圆形，洞径2.5m，无压段为城门洞型，尺寸为7.0m×10.0m（宽×高），最大泄量111.4m3/s；引水隧洞洞线总长约8138m，隧洞断面为内径4.5m的圆形。

调压井高107.15m，内径12.0m。

埋藏式高压钢管长241.044m，主管内径4.0m；地下厂房装机3台，单机容量2.4万kW，总装机容量为7.2万kW。

主体工程土石方明挖143.11万m3，石方洞（井）挖33.70万m3，土石方回填231.23万m3，混凝土16.28万m3，浆砌石0.90万m3（含施工导流），坝基及库区防渗帷幕灌浆16.81万m。

各建筑物主要工程量见表9.1.3-1。

表9.1.3-1中梁一级电站主要工程量表

项目

土石

开挖

石方

洞挖

土石

填筑

混凝土

喷混

凝土

浆砌石

钢筋

钢材

金属

结构

帷幕

灌浆

固结

灌浆

回填

灌浆

单位

万m3

万m

万m2

大坝

38.82

0.45

226.04

1.84

0.04

1724

5.64

0.33

溢洪道

89.39

4.32

0.11

0.85

1536

270

0.20

输水

隧洞

1.10

0.54

0.69

0.01

306

71.5

0.13

0.12

库区防

渗处理

0.30

1.75

0.99

11.17

引水

系统

4.98

18.48

6.15

0.02

4467

184.5

2.91

4.78

厂房

3.10

8.01

0.23

1.58

0.14

1192

84.5

0.20

0.45

小计

137.69

29.23

226.27

15.57

0.32

0.85

9225

610.5

16.81

3.76

5.35

导流

5.42

4.47

4.96

0.71

0.20

0.05

391

170

0.17

合计

143.11

33.70

231.23

16.28

0.52

0.90

9616

780.5

16.81

3.76

5.52

中梁二级电站主要建筑物包括混凝土滚水坝、拉沙闸、引水建筑物、厂房及开关站，滚水坝最低建基面高程418.40m，堰顶高程427.40m，坝高9.0m，拉沙闸底板高程422.40m，孔口尺寸为6.0m×5.0m（宽×高），引水隧洞总长8193m，，断面尺寸为6.0m×7.102m（宽×高）城门洞型，厂房装机3台，单机容量0.8万kW，总装机容量2.4万kW。

主体工程土石方明挖23.11万m3，石方洞挖29.42万m3，混凝土4.44万m3，浆砌石1.72万m3，砂浆0.46万m3（含施工导流）。

各建筑物主要工程量见表9.1.3-2。

表9.1.3-2中梁二级电站主要工程量表

项目

土石

开挖

石方

洞挖

土石

填筑

混凝土

浆砌石

砂浆

铅丝块

石笼

钢筋

钢材

金属

结构

固结

灌浆

单位

万m3

引水坝

7.96

1.62

1.44

1.07

0.24

278

引水系统

8.21

29.42

0.26

2.23

0.28

0.46

1227

181

厂房及

开关站

4.88

0.89

0.77

497

82.5

462

小计

21.05

29.42

2.77

4.44

1.35

0.46

0.24

2002

304.5

462

导流

2.06

2.76

0.37

合计

23.11

29.42

5.53

4.44

1.72

0.46

0.24

2002

304.5

462

中梁三级电站直接从二级电站尾水引水，并通过已建西宁电站的引水坝纳入区间流量，枢纽由引水建筑物、发电厂房及开关站组成。

引水线路全长约3228.218m，其中新建引水隧洞长1332.475m、扩建引水隧洞长1597.231m、扩建原下明渠段长222.512m，新建厂房装机2台，单机容量1.05万kW，连同已建的0.5万kW，总装机容量为2.6万kW。

主体工程土石方明挖23.10万m3，石方洞挖9.49万m3，混凝土2.12万m3，浆砌石1.94万m3，砂浆0.30万m3。

各建筑物主要工程量见表9.1.3-3。

表9.1.3-3中梁三级电站主要工程量表

项目

土石

开挖

石方

洞挖

土石

填筑

混凝土

浆砌石

砂浆

钢筋

钢材

金属结构

固结

灌浆

单位

万m3

引水系统

12.67

9.49

1.51

1.04

1.94

0.30

570

厂房

3.77

0.15

0.97

719

370

总开关站

6.66

0.11

合计

23.10

9.49

1.66

2.12

1.94

0.30

1352

120

370

9.1.4施工布置条件

工程所在地区为山区峡谷地形，施工设施的布置主要受制于地形条件。

坝址下游1.5km～2.6km的穿心店、尖岔溪附近地势较为平坦，可集中布置施工设施。

中梁二级电站和中梁三级电站施工设施占地面积不大，可分散就近布置。

9.1.5外来物资供应、水、电和施工通讯条件

工程所需水泥由开县开州水泥厂供应，由公路运输至工地，钢材由重庆钢材市场供应，从奉节港上岸转汽车运到工地，木材、火工材料、油料等物资由巫溪县物资部门组织供应，房建材料、生活物资等由承包商从当地自行采购。

施工期生产、生活用水从西溪河取水，水质、水量均可满足施工用水要求。

施工用电由地方电网供应，从西宁电站接线，输电线路长度21km,其中35kV线路12km，10kV线路9km。

工程对外通讯，由下堡镇接入电信及宽带网络，场区内部通讯结合永久通信要求设100门总机一座。

9.1.6天然建筑材料

本阶段对一级坝址上游8.0km的扬池坝砂砾料场和下游17.0km的下堡砂砾料场进行了详查，两料场均有公路相通，开采运输便利，扬池坝料场储量约为24.48万m3，下堡料场储量约为35.30万m3，但两料场砾石级配均不甚理想，砂页岩等软弱针片状含量偏高，砂量不足，下堡料场砂偏细，储量不能满足要求。

石料场共勘查了5处。

甲鱼溪石料场位于一级坝址下游右岸1.2km的甲鱼溪，分布高程760m以上，为三叠系下统大冶组灰岩，有用层储量在1078万m3，料场山高坡陡，场地狭窄，采运条件较差，上坝运距约4.1km。

穿心店石料场位于一级坝址下游右岸1.5km处，紧临公路，岸坡基岩裸露，坡顶有0.2～1.0m覆盖层。

岩石为三叠系下统嘉陵江组中厚层白云质灰岩，岩石坚硬，有用层储量150.0万m3，运输方便，但开采对现有交通及上坝公路影响较大，储量也略显不足。

尖岔溪石料场位于一级坝址下游右岸2.6km的尖岔溪沟口附近，岩石为三叠系下统嘉陵江组中厚层白云岩与白云质灰岩、泥晶白云岩。

泥晶白云岩软弱，质量差；白云岩与白云质灰岩质量好，可满足工程要求，有用层储量500万m3，有开采工作面，运输方便，但要开采分选，剔除无用层。

百丈溪石料场位于坝址下游河流左岸的百丈溪沟口，距坝址2.8km，被百丈溪沟分割成两部分，沿西溪河上、下游分别称为Ⅰ区、Ⅱ区。

Ⅰ区地表第四系残、坡积物分布广泛，岩石风化深度大，无用层厚度约20m，剥离量较大，部分层位岩质不纯，夹薄层状白云岩与泥质灰岩，不宜作为堆石料，Ⅱ区基岩裸露，岩性以中厚层灰岩为主，夹薄层灰岩。

岩石物理力学性能可满足混凝土骨料及堆石料要求。

但由于山高坡陡，且在构造上位于向斜转折端，岩体卸荷带深度与风化深度较大，完整性差，开采剥离量也较大，石料质量相对以Ⅱ区为优，Ⅱ区有用储量487万m3。

可沿百丈溪沟布置开采工作面，利用溪沟地形，设置排水系统后，形成弃渣及备料场地，上坝运距约4.5km。

西家岩石料场位于一级坝址下游5.0km的西家岩与白鹤溪之间，岩性为三叠系下统大冶组中厚层灰岩与含泥质灰岩，岩石质量好，无用层薄，有用储量在2000.0万m3以上，运输方便，但开采对河道及现有公路影响大。

坝址附近土料较少，勘查土料场有坝址下游1.5km的穿心店土料场、下游4.7km的西家岩土料场，坝址上游库区杜家坪、王爷庙、中梁小学共5个土料场，均属于残坡积土，开采运输方便。

穿心店与西家岩土料场探明有用层厚度2.7m～3.2m，个别地段6m以上，有用层总储量10.5万m3；杜家坪、王爷庙、中梁小学等土料场土层厚度0.5m～4.3m，有用层总储量约6.3万m3。

土料质量、数量基本可满足工程要求。

9.2施工导流

9.2.1中梁一级电站施工导流

9.2.1.1导流标准及导流时段

a）导流标准

中梁一级电站为Ⅲ等中型工程，混凝土面板堆石坝为2级建筑物，根据SL303－2004《水利水电工程施工组织设计规范》规定，相应导流建筑物等级为4级，土石围堰设计洪水标准为10～20年一遇，当坝前拦洪库容在0.1～1.0亿m3时，坝体施工期临时度汛洪水标准为50～100年一遇。

b）导流时段选择

大宁河系山溪性河流，流域洪水主要由降雨形成，每年4月进入汛期，5～9月为洪水多发季节，7～8月为主汛期。

经对巫溪站1972～2004年33年洪水系列资料和宁桥站1990～2004年15年洪水系列资料进行统计，历年各月发生年最大洪水的情况见表9.2.1－1和表9.2.1－2。

表9.2.1－1巫溪站年最大洪水发生月份统计表

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

年最大洪水发生次数（次）

百分比（%）

12.1

42.5

21.2

9.1

表9.2.1－2宁桥站年最大洪水发生月份统计表

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

年最大洪水发生次数（次）

百分比（%）

6.7

26.6

6.7

根据表9.2.1－1和表9.2.1－2的统计结果，提出11月1日～次年3月31日、11月1日～次年4月30日、10月16日～次年4月15日、10月1日～次年4月30日及全年5个导流时段进行分析比较，各时段的施工频率洪水见表9.1.2-1。

当导流隧洞断面尺寸为7.0m×10.0m（宽×高）时，经调洪演算，坝体100年一遇拦洪度汛高程为588.00m，采用经济断面时的坝体填筑总方量为110.12万m3，考虑河床坝基开挖、基础处理和趾板浇筑占用直线工期为1个月，则不同导流时段坝体填筑时间和强度见表9.2.1-3。

表9.2.1-3不同导流时段坝体填筑强度表

导流时段

11月1日～次年3月31日

11月1日～次年4月30日

10月16日～次年4月15日

10月1日～次

年4月30日

坝体填筑时间

4个月

5个月

6个月

坝体填筑强度

（万m3/月）

月平均

27.53

22.02

18.35

月最大

34.41

27.53

22.94

对于同一种断面尺寸7.0m×10.0m（宽×高）的导流隧洞，对各导流时段的10年一遇洪水进行水力学计算，计算成果列于表9.2.1-4。

表9.2.1-4不同导流时段初期导流水力学计算成果表

隧洞尺寸

1条—7.0m×10.0m（宽×高）

导流标准

时段

11月1日～次年

3月31日

11月1日～次年

4月30日

10月16日～次年4月15日

10月1日～次年

4月30日

全年

频率

P=10%

导流流量（m3/s）

166

314

361

516

1380

最大下泄流量（m3/s）

166

314

361

516

889.4

上游水位（m）

533.54

537.01

537.98

542.13

562.65

上游围堰堰顶高程（m）

535.1

538.7

539.7

544.0

565.2

最大堰高（m）

11.1

14.7

15.7

20.0

41.2

根据水力学计算成果，当选用全年不过水的导流时段时，上游围堰高度达41.2m，导流隧洞洞线长度将增加近100.0m，而面板坝坝高也仅118.5m，导流工程投资明显与主体工程规模不相称。

对于各枯水时段，经对本工程料场开采和坝料上坝条件进行分析，并参照国内已建类似工程的经验，导流时段11月1日～次年3月31日、11月1日～次年4月30日和10月16日～次年4月15日的坝体填筑强度均显偏大，唯时段10月1日～次年4月30日的填筑强度相对于本工程的施工条件较为合理，且该时段相对于其他三个时段，上游围堰高度增加不大，导流工程投资增加十分有限。

因此，导流时段选择为枯水时段10月1日～次年4月30日。

c）导流流量的选择

对于选定的导流时段10月1日～次年4月30日，其10年一遇洪峰流量为516m3/s，20年一遇洪峰流量为648m3/s，流量相差132m3/s，当导流隧洞断面尺寸为7.0m×10.0m（宽×高）时，两者上游围堰堰顶高程分别为544.0m、546.0m，围堰高度相差2.0m，为节约导流工程投资，导流流量采用时段10年一遇洪峰流量516m3/s。

由于本工程拦河坝为混凝土面板堆石坝，拦洪库容介于0.1～1.0亿m3之间，考虑坝体临时拦洪度汛时下游巫溪县城的防洪安全，坝体临时度汛洪水标准采用全年100年一遇，相应的洪峰流量为2390m3/s。

9.2.1.2导流方式

本工程坝址河谷形状系数为2.05，属狭窄形河谷，施工导流采用河床一次拦断，旁侧隧洞导流的导流方式。

9.2.1.3导流方案的选择

a）导流方案的拟定

根据坝址区地形地质条件和工程枢纽布置特点，本阶段拟定两种可能的导流方案进行比选。

方案一：

枯水期围堰挡水，隧洞导流，第一个汛期坝体临时断面拦洪度汛方案。

该方案导流隧洞布置在左岸，全长544.924m，隧洞采用城门洞型，断面尺寸7.0m×10.0m（宽×高），进口底板高程527.00m，出口底板高程515.00m，纵坡i=0.022645。

第一个枯水期由围堰挡水，经水力学计算，当Q=516m3/s时，上游水位542.13m，相应的上游围堰堰顶高程544.0m；汛期由坝体临时断面拦洪度汛，度汛标准为100年一遇，经调洪演算，求得拦洪水位为582.52m，拦洪库容0.18亿m3，坝体临时断面顶部高程588.0m，水力学计算成果见表9.2.1-5。

坝体临时断面填筑总方量110.12万m3，月平均填筑强度18.35万m3，经对施工布置、施工道路、料场开采条件及施工方法进行研究分析，这一强度完全可以做到。

表9.2.1-5方案一水力学计算成果表

项目

单位

第1个枯水期

第1个汛期

备注

设计标准

时段

10月1日～次年

4月30日

全年

洪水重现期

年

100

洪峰流量

m3/s

516

2080

2390

泄

洪

建

筑

物

泄流方式

导流隧洞

过水断面尺寸

7.010.0（宽高）

城门洞型

进口高程

527.0

出口高程

515.0

洞长

544.924

泄洪指标

下泄流量

m3/s

516

1037

1094

拦洪库容

亿m3

0.14

0.18

上游水位

542.13

576.46

582.52

最大流速

m/s

7.83

15.74

16.60

挡水建筑物特性

拦洪方式

上游围堰

坝体临时断面拦洪

顶部高程

544.0

582.0

588.0

最大高度

20.0

70.0

76.0

坝体建基面高程512.0m

施工程序安排：

第1年2月开始导流隧洞的开挖，9月中旬具备过流条件，河道10月初截流，修建上下游土石围堰，同期进行河床常水位以下坝基开挖和趾板混凝土浇筑，11月初开始坝体填筑，第2年4月底坝体临时断面上升至全年100年一遇拦洪高程588.0m，期间坝体填筑方量110.12万m3，月平均填筑强度18.35万m3/月。

第2年5月至第3年1月对临时断面下游坝体进行填平补齐，第2年10月～第3年1月完成一期面板混凝土的浇筑，第3年2月～9月坝体全断面上升至626.0m高程，10月开始二期面板混凝土的施工，第4年1月底完成；导流洞于第4年2月初下闸封堵，水库开始蓄水，3月底首批2台机组投产发电。

坝体临时断面及填筑程序见图9.2.1-1。

图9.2.1-1方案一坝体临时断面及填筑程序示意图

方案二：

枯水期围堰挡水，隧洞导流，第一个汛期坝体过水，第二个汛期坝体拦洪度汛方案。

本方案共研究了2个导流隧洞断面尺寸方案，导流隧洞断面尺寸分别为6.0m×9.0m（宽×高）、5.5m×7.0m（宽×高）。

1）导流隧洞断面6.0m×9.0m（宽×高）方案

该方案导流隧洞洞线布置与方案一相同，全长544.924m，进口底板高程527.0m，出口底板高程515.0m，纵坡i=0.022645。

水力学计算成果见表9.2.1-6。

表9.2.1-6方案二（6.0m×9.0m）水力学计算成果表

项目

单位

第1个枯水期

第1个汛期

第2个汛期

设计标准

时段

10月16日～次年4月15日

全年

洪水重现期

年

100

洪峰流量

m3/s

361

1680

2080

2390

表9.2.1-6（续）

项目

单位

第1个枯水期

第1个汛期

第2个汛期

泄洪建筑物

泄流方式

导流隧洞

导流隧洞+临时坝体

导流隧洞

过水断面尺寸

6.09.0（宽高）

导流洞6.09.0坝体过流前沿宽度115.0m

6.09.0（宽高）

进口高程

527.0

导流洞527.0坝面过水堰体548.5

527.0

出口高程

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