水库工程导截流施工介绍[详细]

1、青山水库枢纽工程导截流施工 一、前言在江河上修建水利水电工程时,为了 使水工建筑物能在干地上进行施工,需要用围堰维护基坑,并将水流引向预定的泄水通道往下游宣泄,称为施工导流.水利水电工程的施工导流概括为采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾,避免水流对水工建筑物施工的不利影响,把河水流量全部或部分导向下游或拦蓄起来,以保证干地施工和施工期不影响或尽可能少影响水资源的综合利用.分期围堰法导流即用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法.所谓分段,就是在空间上将用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工;所谓分期,就是在时间上将导流分为若干时期;在工程实践中两期两段导

2、流应用的最多.分期围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、工期较长的工程.前期都利用被束窄的原河道导流,后期要通过修建的泄水道导流.这种导流方法的导流费用较低,国内一些大、中型水利水电工程采用较广.如桓仁、万安、龚嘴、富春江、大化及长江葛洲坝、三峡水电站等均采用了 此方式导流方式.青山水库工程根据工程河流地形及建筑物的特点,施工导流采用两期两段的分期围堰法进行导流施工.第一期在河床右岸修筑一期围堰,采用束窄河床和明渠导流,完成右岸坝体填筑及河床段坝基的粘土心墙下混凝土盖板及帷幕灌浆;第二期在枯水期进行河床截流,修筑二期上下游围堰,采用导流隧洞进行导流,完成坝体填筑施工. 二、概况2.1工程情况青山

3、水库工程位于辽宁省葫芦岛市六股河中游,库容6.61104米3,为大型水库,等工程.水库防洪标准按500年一遇洪水设计,5000年一遇洪水校核.枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水洞和码头组成.主坝为粘土心墙砂砾石坝,坝长735.63米,坝顶高程96.29米,最大坝高42.79米,主坝约一半在河床段,另一半在右岸台地上,坝址处河底宽约250米,河床底高程约54米,河谷右岸山坡较缓,风化岩层较厚,河床左岸山坡较陡,岩石裸露,坝址处河道主流偏于左岸,右岸地形宽阔.旁侧式溢洪道位于主坝右岸,距坝头约350米的一天然山沟内.溢洪道工程包括进口引渠、堰体控制段、陡槽及出口明渠段和出口防护工程五部分组成.输水

4、洞布置在主坝左岸条形山脊内,由进水塔、输水隧洞、压力箱及出口阀室组成.隧洞长度 313.6 米,洞径2.8 米,为圆型断面.2.2施工期水文六股河流域地处中纬度 ,属于温带季风气候区,其特点是冬季以西北季风为主,严寒干燥;夏季以东南季风为主,炎热多雨,四季冷暖干湿分明.从多年平均年降水量等值线图上看,其分布趋势自西南700米米向北550米米递减,降水量年际变化大,年内分配也极不均匀,汛期(69月)占年降水量的80%左右,10月至次年6月为枯水期,流量较小,小于30 米3/s. 施工期水文成果表 单位:米3/s地点时段频率5%10%20%青山水库坝址汛前(4-6月)38521486.5汛期(7-

5、9月10日)4250.02690.11380.0汛后(9月10日-12月)100.1368.7541.3110年一遇9、10月平均流量表 单位:米3/s9月平均流量9月上旬9月中旬9月下旬16.6530.0316.2813.8010月平均流量10月上旬10月中旬10月下旬10.1112.469.338.54三、导截流总体布置3.1总体规划青山水库枢纽工程根据河流地形及建筑物特点采用分期围堰导流方式,依据施工总体施工规划采用两段两期的导流施工.一期施工为2010年汛后到2012汛后,由一期围堰及子围堰围护右岸,束窄河床及修建明渠由主河道及明渠导流,进行右岸坝体填筑及河床段坝基的防渗混凝土墙及帷幕

6、灌浆施工,同时进行左岸导流洞及输水洞施工;二期施工为2012汛后截流至坝体蓄水,由二期围堰拦断主河床进行截流,非汛期由导流洞过流,主汛期遇特大洪水由导流洞、输水洞及溢洪道预留缺口联合过流,进行河床段坝体填筑施工.施工导流设计参数表工程分期一 期二 期导流时段2010年汛后2011年汛前2011年汛期2012年汛后2012年汛后2013年汛前2013年汛汛期2013年汛后2014年汛前导流方式一期围堰及子堰,束窄河床及明渠导流右岸坝体临时防护,原主河道过流二期围堰全河床拦断,导流洞过流坝体达到83.5度 汛高程,导流洞、输水洞及溢洪道缺口联合过流坝体挡水,输水洞、导流洞联合过流导流标准汛后10年

7、汛期20年汛前10年汛期100年汛前10年设计洪峰流量(米3/s)68.7542502148450241相应下游水位(米)54.760.755.862.855.8施工导建筑物参数表项目名称堰项高程(米)地面高程(米)围堰高度 (米)上游 坡比下游 坡比顶宽(米)长度 (米)防渗深度 (米)一期围堰Q68.75(米3/s)56.253.52.71:2.51:2.57.5500.0至基岩一期坝体防护 Q4250.0(米3/s)上下游及坝体过流断面62.053.58.5坝体预留坡比1:2.5310.0上游子堰Q41.31(米3/s)56.053.03.01:2.51:2.54.090.0至基岩二期围

8、堰Q214(米3/s)上游62.052.59.51:2.51:2.57.0267.0至基岩下游56.553.53.01:2.51:2.57.0190.0至基岩3.2一期施工3.2.1一期围堰与导流明渠一期工程为2010年汛后到2012年汛后.2010年汛后进行一期围堰施工,在0+150处修建粘土心墙土石围堰,左岸主河床予留过流宽度 为100米,水流从原左岸主河床通过.(见图1)图1、一期围堰平面布置图在一期围堰保护下进行右岸基础开挖、混凝土盖板及帷幕灌浆工作,在份在0+1600+180段已进行完帷幕灌浆的坝基混凝土盖板之上修筑明渠,同时进行子围堰的施工,在子围堰的配合下,将束窄河道过流改为0+

9、160-0+180混凝土盖板上的明渠过流.从而将0+0500+150主河床形成基坑,在2011年6月份前完成主河床段的坝基开挖、粘土心墙下的混凝土盖板及坝基帷幕灌浆工作,在2011年汛期前拆除子围堰,将明渠导流重新改回左岸主河床过流.(见图2、图3)导流明渠的应用将主河床填筑前的各基础工作,提前到2011年完成,为截流后此段施工增加了 3个月的直线工期,大大缓解了 2012年汛后截流坝体填筑压力,确保了 2013年大坝安全度 汛目标的实现.图2、子围堰与导流明渠平面布置图导流明渠工程参数筑渠材料防渗材料设计流量米3/s断面形式明渠尺寸坡降糙率长米宽米河床砂砾料土工膜48.26梯形 400131

10、51.20.03B=15米 b=13米 h=2米 米=0.5图3、导流明渠断面图3.2.2坝体临时防护2011年汛前主坝右坝段(桩号0+1800+735. 63)555米坝体填筑到68.0米高程,同时并完成此段坝体68.0米高程以下上下游坝坡面的砌筑工程.为防止汛期河水对已填筑的右坝体的冲刷,采取在0+180横断面顺水流方向进行坝体临时防护,采用20年一遇汛期洪水标准,62.0米高程以下1:2.5的坡面采用碎石贴坡堆筑30厘米厚,在碎石上浇筑15厘米厚C20混凝土面板,且在坡脚向河道顺沿2米.保证在2011年汛期到2012年汛后, 由0+0500+180河道过流,右坝体可以正常填筑施工.(见图

11、4)图4、0+180坝体临时防护图3.3二期施工3.3.1二期围堰汛后开始施工二期围堰进行截流,将河床全部拦断,确保在6月汛期到来之前填筑至拦洪高程83.5米.二期围堰采用粘土心墙土石围堰,按汛前10年一遇洪水标准设计,上游围堰顶高程62.0米,下游堰顶高程56.5米.(见图5)1)围堰轴线选择上游围堰轴线位置,根据规范要求,上游围堰坡脚距泄水建筑物进口的距离不小于20米,考虑坝基排水及坝体开挖填筑施工的场地布置等因素,确定上游围堰轴线位于大坝上游与导流洞进口之间.考虑下游围堰要距离导流洞出口一定的距离,将下游围堰布置在大坝下游侧距坝轴线 210米.2)围堰结构及填筑料分区围堰采用心墙防渗型式

12、土石围堰,心墙顶宽1米,两侧坡比1:0.15,心墙底部截水槽开挖至岩基面,回填粘土,上部正常填筑粘土.堰顶宽7米.上游填筑开挖料,边坡坡比12.5,下游侧填筑砂砾料,坡比为12.5.围堰填筑料分为3区,包括上游填筑主坝开挖料、心墙粘土(含两侧反滤料)和下游砂砾料.图5、二期围堰布置图3)施工程序汛后低水位时段,左、右岸堰体填筑至主河道.填筑料采用25t自卸汽车运输,参考主坝填筑方法进行施工.每个作业面配备1台推土机配合施工.两端堰体先填筑至60.0米高程.合龙后,进行戗堤闭气,然后集中力量填筑堰体至62.0米高程.上游围堰水下部分施工程序为:施工准备截流戗堤进占上游石渣堰体跟进中间心墙填筑跟进

13、围堰两侧填筑料加宽上游开挖块石防护施工.上游围堰水上部分施工程序为:施工准备两侧反滤料填筑心墙填筑上下游填筑料填筑上游块石石渣护坡施工堰顶路面平整.下游围堰在上游围堰截流后施工,水下部分先全断面一次性抛填至面以上,然后抛填下游侧防渗料及护坡石渣,最后进行堰体加高及堰顶路平整.4)施工方法(1)上游围堰两侧岸滩部位按照主坝施工程序进行施工,截流槽内的粘土可能要在水中抛填,因此水下心墙填筑料中的砂含量要比在干地施工的高.龙口采用立堵法进占抛填.合龙后向上游抛填粘土进行闭气.主河道部位堰体填筑水下部分采用抛填法施工.水下抛填法施工均使用25t自卸汽车运输,推土机平料压实.各种填筑料区均在地面上按堰体

14、设计断面定出测量标志,严格按测量标志控制填筑,不得超欠或混填.各类填料分别设专职人员负责施工.(2)堰体水上填筑施工测量放样确定填筑范围后,对围堰轴线、填筑范围进行标识.水上部分就按照主坝填筑程序及方法进行施工.先反滤料,再填心墙粘土层,最后填两侧石渣料及砂砾料.各层填筑时必须首先进行测量放样,明确标识出各种填料的填筑边线.25t自卸汽车运输,推土机按要求的铺料厚度 摊铺.铺筑完毕后,调整填料的含水量,采用振动碾进退错距法碾压,振动碾平行轴线方向碾压,振动碾行进速度 34千米/h,碾压轨迹搭接宽度 不小于50厘米,碾压遍数根据试验确定;按要求取样合格后方可填筑上升,对于堰体与岸坡结合部位等填筑

15、平面面积较小的部位,无法使用大型压实设备进行压实时,采用中小型碾压设备碾压.5)施工材料(1)填筑材料技术要求石渣料:要求岩块不易破碎或水解,最大粒径为600米米,小于5米米的颗粒含量不超过20%,并具有低压缩性、高抗剪强度 .粘土:选用坝肩开挖的粘壤土,渗透系数10-510-7厘米/s.块石:粒径0.40.7米的块石,坚硬,不易破碎或水解.砂砾石:级配良好,满足主坝填筑使用要求即可.(2)围堰填筑料主要由开挖料、粘土和砂砾料组成.上游围堰填筑总量约 4.6万米3,下游围堰填筑总量1.2万米3.主要填筑料数量见下表.上下游围堰填筑工程量表项目单位上游围堰下游围堰合计开挖料米2000061020

16、610粘土米520031808380砂砾料米21300730028600围堰填筑料主要考虑利用坝基开挖料及砂砾料.开挖料储量及质量满足堰体填筑要求.砂砾料使用B2-3料场开采的砂砾料,经勘查,储量也满足要求.防渗粘土料使用主坝右岸上游备用料场的粘土,储量可满足.根据大坝基础开挖设计图,大坝基础开挖石渣量8.5万米3.考虑运输、截流抛投等产生的损耗,石方按照70%利用率,可利用4万米3,储量可满足要求.3.3.2截流方案1)截流时间及标准选择依据工程实际情况,确定截流流量为9月的10年一遇洪水流量13.8米3/s,作为截流洪水标准.(实际截流日期为2012年9月19日)2)截流方式及截流戗堤布置

17、截流采用采用单戗立堵,龙口双向进占合龙的截流方式.截流戗堤布置在上游围堰上侧,为堰体的一部分,戗堤轴线与上游围堰轴线平行.戗堤顶高程59.0米,戗堤顶宽7.0米,戗堤顶长64.5米.戗堤按梯形断面设计,上游边坡为11.3,下游边坡为1:1.5.3)截流水力学计算截流采用单戗立堵截流,截流戗堤轴线布置在上游围堰轴线上游17.8米处,截流戗堤顶高程59.0米,宽度 为7米,按照9月下旬10年一遇流量13.8米3/s计算.（1） 计算内容不同龙口宽度 的上游水位(H上)与龙口泄流量(Qg)关系.(2)计算基本假定及原理不计戗堤渗流量及水库调蓄对上游水位的影响;视龙口为梯形或三角形过水断面的宽顶堰;简

18、化的宽顶堰理论:槛顶水面是平的,忽略波状睡眠的影响;非淹没流时槛上水深为临界水深(hp=hk);淹没流时槛上水深取为下游水深(hp=hn).(3)计算公式及计算过程围堰设计流量为13.8米3/s,根据投标文件中主坝坝址下游200米处河道水位与流量关系可知:当流量为13.8米3/s时,下游河道水位为53.87米,即水深为0.87米.口门为梯形时(两侧坡度 为1:1.5):计算基于简化的宽顶堰理论.即假定:槛顶水面是平的,忽略波状水面的影响;非淹没流时槛上水深取为临界水深();淹没流时槛上水深取为下游水深(),不计回弹落差.假设为非淹没出流:式中:米考虑收缩影响在内的流量系数,一般取0.300.3

19、2;口门平均水面宽,米;临界水深,米.其他符号意义同上.与均为未知,需通过试算.当口门为梯形过水断面时,由试算得式中:临界水深时相应的口门过水断面宽度 ,米;临界水深时相应的口门过水断面面积,.分别设断面底宽b=30,20,15,10,8,5,3,1米时对应的临界水深如下表:底宽b水面宽过水面积0.2773030.8318.42519.39719.4330.3622021.0867.43719.50419.4330.4351516.3056.80919.36019.4330.5621011.6866.09419.36419.4330.64589.9355.78419.47719.4330.84

20、257.5265.27319.48619.4331.07236.2164.94019.39119.4331.47115.4134.71719.38619.433求得对应梯形形状的上游水深如下表:临界底宽b流量系数米上游水深H流量0.2773030.41550.310.47813.7950.3622020.5430.310.62113.7970.4351515.65250.310.74413.7860.5621010.8430.310.95113.8010.64588.96750.311.07913.7940.84256.2630.311.37113.7981.07234.6080.311.68

21、213.7961.47113.20650.312.14213.796口门为三角形时:当口门呈三角形过水断面时,临界水深由下式求得:综上可知:(河道底高程为53.9米)底宽龙口宽度 上游水位下游水位落差z隧洞分流量龙口过流量单宽流量q平均流速v龙口流态304854.7754.770013.80.3540.507 淹没流203854.7754.770013.80.4760.745 淹没流153354.7754.770013.80.5750.973 淹没流102854.7754.770013.80.7261.403 淹没流82654.7754.770013.80.8121.705 淹没流52354.

22、7754.770013.80.9862.516 淹没流32154.97254.770.202013.81.1502.794 非淹没流11955.37154.770.601013.81.3802.926 非淹没流014.35654.771.23013.81.9302.943 非淹没流010.75754.772.233.59310.2071.9082.771 非淹没流03.955854.773.2313.6140.1860.0941.242 非淹没流02.9658.01254.773.24213.800.0000.000 非淹没流4)截流龙口段抛投材料选择在子堰戗堤截流合龙时,合理选用截流材料的尺

23、寸和重量,是截流成败的关键,截流材料的尺寸或重量取决于龙口流速.参照相关工程截流施工实践经验,截流抛投分别选择石渣料、中石、大块石、钢筋石笼.(1)截流抗冲材料粒径计算材料粒径按下列公式计算:d=V米axk2g米-ww2(河道截流及流水中筑坝技术3.6/106)其中:v水流流速,为确保顺利截流,按龙口宽度 为14.3米时的最大平均流速2.943米/s;K综合稳定系数,平底抗滑稳定,块石取0.9; g重力加速度 ,9.8米/s2; 米石块容重,2.67t/米3;w水容重,1t/米3;D石块折算成球体的直径,米;抛投体重量:G=6d3米代入上式得D =0.57 米,取0.6米,等效体积为0.11米

24、3,相应重量为0.3t.(2)截流戗堤龙口部位的总抛投量为0.7万米3(考虑流失损失50%).抛投料为石料,块石粒径为0.1米0.4米.针对截流时可能预见的水流过大,截流难度 加大的情况,拟采用右岸河边大孤石备料直径0.4米以上块石约300米3,用于龙口困难段抛投.5)截流施工龙口段采用双向进占截流,左岸堤头配备1台推土机和2个卸料点,右岸堤头配1台推土机和2个卸料点.堤头线路布置共分为抛投区、编队区和回车区,确保截流施工顺畅有序.堤头抛投采用全断面推进.两岸各配备1台推土机配合施工,石渣以汽车直接抛投为主,部分块石采用堤头集料,推土机赶料抛投.按照龙口段抛投方量按5000米3,考虑1.5倍的取料及冲刷损失,需备料约7500米3,其中500米3块石,其余为石渣.在左右岸均进行备料,便于从两岸进行抛填,备料堆高度 不高于5米,方便一次性取料.6)设备及资源配置根据进度 安排及施工强度 ,设备配置见下表序号设备名称型号规格数量备注1反铲1.2米322反铲1.4