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某土石坝施工导流方案比选

发布时间:2018-10-11 22:07:00 文章来源:雅堂家居    

王洁

摘 要:文章结合某土石坝工程概况及导流条件,对埋管导流和隧洞导流方案方案进行比选,供类似工程借鉴。

关键词:土石坝;埋管导流;隧洞导流;导流方案比较

施工导流设计是水利水电枢纽总体设计的重要组成部分,是影响枢纽布置、永久建筑物形式、施工方法、施工总布置、施工进度安排和工程造价的重要因素[1]。

土石坝具体是指利用当地的土料、砂砾、石渣卵石等筑成的坝,所用的材料全部取自于当地,为当地材料坝。其施工期间坝体不能过水,相对于允许过水的混凝土重力坝、面板堆石坝等导流风险大,因此根据工程区水文特性、地形地质情况、枢纽布置等条件,进行多方案技术经济综合比较,全面分析各种因素[2],选择出最优导流方案,具有重要意义。

中小型土石坝常用的导流方式有埋管导流及隧道导流两种方式[3],以下通过对某土石坝工程实例的阐述,对导流方式进行比较,选择最佳导流方式。

1 工程概况

土石坝枢纽主要由大坝、溢洪道和引水发电隧洞、水电站、上坝、进厂公路等。水库大坝采用土心墙堆石坝,坝轴线方位角NE0.8°,坝顶高程2145.7m,防浪墙顶高程2146.7m。河床建基面最低高程依据工程地质条件定为2108.0m,最大坝高37.7m,坝顶宽度6m,坝轴线长205.74m。

溢洪道位于大坝左岸坝肩处。溢洪道采用有闸控制方式,溢洪道采用2孔(单孔净宽4m,总净宽8m)的方案,引水发电隧洞布置在右岸,由进口分层取水塔、龙抬头、隧洞段、渐变段等组成,全长393m。电站布置在大坝下游右岸,厂房尺寸25.7m×10.0m。

2 工程特点

水库库容531万m3属小(1)水库,大坝最大坝高37.7m,属低坝。引水发电隧洞布置在右岸,可考虑与导流隧洞结合布置后部分结合布置。坝址河床较宽,可考虑在岸边埋管导流。

3 水文气象及地质条件

3.1 水文、气象

坝址所处流域属于亚热带气候区,受东南亚季风影响很大,且处于低纬度地区,太阳辐射强,日照天数多,平均气温高。

根据实测资料统计,多年平均气温为21.2℃,多年实测最低温度为-4.4℃,最高温度为39.5℃。流域范围属于季候风区,春夏多吹东南风,秋冬多吹西北风,7~10月多台风。由于项山、莲花山脉的阻隔,静风(无风)几率较高,大风天气不常出现,大风主要由热带气旋造成。根据梅县气象站数据统计,多年平均风速在1.2~1.6m/s,最大风速为16m/s,多年平均年最大风速为11m/s。

根据气象站多年资料统计,多年平均年降雨量为1451mm,最大年降雨量为2309mm(1983年),最小年降雨量为904.5mm。其降雨特点为:盆地少于丘陵、山地,背风坡少于迎风坡,兴梅盆地多年平均年降雨量为1500mm,周围丘陵山地多年平均年降雨量则在1600mm以上,但年内分配极不均匀,其中4~9月降雨量占全年降雨量的70%以上。4~6月为锋面雨,7~9月多为台风雨。多年平均水面蒸发量在996~1400mm之间。

3.2 地形地貌及地质条件

水库呈近东西向分布,沿不规则河床呈狭长状展布。库区为中低山丘陵地区,海拔一般为50~400m,总体走势为东面高于西面。库区三面环山,西面为大密村社区,距离下坝址约2km。库区山体坡度一般为30°~60°,大多山体陡峭,基岩出露,植被茂盛,河道曲折。山体风化强烈,地质条件复杂,山体呈浑圆~尖棱形。坝址近南北走向,与河谷走向呈60°相交。坝址附近谷底高程为100~110m,山顶高程为212~225m,山体坡度陡峭,左岸40°,右岸45°,坝址处山体见基岩出露,山顶植被覆盖茂盛。河流迂回走向呈60°与上坝址相交通过。

库区广泛分布侏罗系(J1jnc)砂岩、粉砂岩以及页岩等,下坝址处分布燕山三期(γ52(3))黑云母花岗岩。在河流及两岸阶地、山坡坡脚等处分布第四系(Q)冲积层及坡积层。

4 导流方案选择

该工程为Ⅲ等工程,主要建筑物为3级,相应导流建筑物为5级,根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)规定,选择导流设计洪水标准为5年一遇。导流时段为11月~次年4月时段,相应导流流量6.85m3/s。

设计时根据工程的地形条件和水工建筑物布置特点,对隧洞导流(导流隧洞结合永久隧洞布置)、隧洞导流(隧洞单独布置)及埋管导流和三种方式进行了比较。

4.1 方案一

采用围堰一次拦断河流,隧洞导流(导流隧洞结合永久隧洞布置)。即枯水期围堰挡水,导流隧洞导流,汛期大坝挡水,导流隧洞泄洪度汛。

4.1.1 导流隧洞

发电引水隧洞与导流隧洞结合布置,隧洞布置在右岸,隧洞进口高程106.5m,出口高程105m,长度442.334m,断面为圆形,洞径为2.0m[4],纵向底坡0.0034,洞身段采用挂钢筋网喷C20砼(一次支护)和现浇钢筋砼复合式衬砌方式,一次支护喷15cm厚C25砼,钢筋砼衬砌厚度为30cm。由于引水隧洞与导流隧洞进、出口均不在同一高程,因此进口处采用龙抬头结合,出口处由于地形及高程限制,采用叉洞连接。大坝施工完成后,对进出口导流洞进行封堵。

4.1.2 上下游围堰

上游围堰位于坝轴线上游约440m处,采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2114.18m,堰前水位2113.38m,堰顶长度54m,堰顶宽5m;最大堰高5.5m,粘土心墙边坡为1:0.1;戗堤部分迎水边坡、背水边坡均为1:1.5,顶高程2111.99m;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0,采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

下游围堰位于坝轴线下游约170m处,采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2111.46m,堰前水位2110.96m,堰顶长度32m,堰顶宽5m;最大堰高2.5m,粘土心墙边坡为1:0.1;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0, 采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。endprint

4.2 方案二

采用围堰一次拦断河流,隧洞导流(隧洞单独布置)。即枯水期围堰挡水,导流隧洞导流,汛期大坝挡水,导流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 导流隧洞

发电引水隧洞与导流隧洞结合布置,隧洞布置在右岸,隧洞进口高程106.5m,出口高程105m,长度442.334m,断面为圆形,洞径为2.0m,纵向底坡0.0034,洞身段采用挂钢筋网喷C20砼(一次支护)和现浇钢筋砼复合式衬砌方式,一次支护喷15cm厚C25砼,钢筋砼衬砌厚度为30cm。由于引水隧洞与导流隧洞进、出口均不在同一高程,因此进口处采用龙抬头结合,出口处由于地形及高程限制,采用叉洞连接。大坝施工完成后,对进出口导流洞进行封堵。

4.2.2 上下游围堰

上游围堰位于坝轴线上游约160m处,围堰型式同方案一。

下游围堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管导流法”,即在第一个枯水期由临时围堰挡水,左岸束窄河床导流,先在河道右岸滩地铺设导流砼管,具备二期导流过水条件;于第二个枯水期采用土石围堰一次拦断河流,围堰挡水,已埋设的砼管泄流。

埋管采用内径为2m的混凝土管,布置于右岸,埋管全长322.35m,穿过坝体段设截水环。于第一个枯水期先施工埋管部分,第二个枯水期进行坝体填筑。

上游围堰位于坝轴线上游坡脚处,(导流结束后不拆除围堰作为坝体的一部分)采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2113.98m,堰前水位2113.18m,堰顶长度54m,堰顶宽5m;最大堰高4.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;戗堤部分迎水边坡、背水边坡均为1:1.5,顶高程2111.89m;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0,采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

下游围堰位于坝轴线下游约140m处,采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2111.66m,堰前水位2111.16m,堰顶长度32m,堰顶宽5m;最大堰高2.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0, 采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

三个方案的比较结果见表1:

经过两方案综合比较,方案一充分结合水工永久隧洞,工程投资最小,工期较短,为最优导流方案。方案三导流费用较方案二少24.15万元,但方案三施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。

5 结束语

通过对水库土石坝隧洞导流方案和埋管导流方案进行比选,得出了较优的导流方式,在方案比选过程中有如下体会。

枢纽工程导流如有永久水工隧洞可兼顾利用时,采用与导流隧洞与永久隧洞结合布置的导流方式,投资最省,工期较短,为土石坝导流首选导流方案。

采用埋管导流时,虽然导流投资较小,施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。选用埋管导流时需充分比较论证。

施工导流是水利工程施工组织设计的重要组成部分,是制约施工程序和施工进度的重要因素,设计时需根据工程实际情况,认真分析比较,得出最优方案,保证工程质量及安全,节约工程造价。

参考文献

[1]水利水电工程施工组织设计指南 编写组(魏璇).水利水电工程施工组织设计指南[M].北京:中国水利水电出版社,1999(3).

[2]水利水电施工 编写组(张京).水利水电施工[M].北京:中科多媒体电子出版社,2003(3).

[3]水利水电施工组织设计手册 编写组(唐世龙,陈东山).水利水电施工组织设计手册[M].北京:中国水利水电出版社,1996(8).

[4]李炜.水利计算手册[M].北京:中国水利水电出版社,2006(6).endprint

4.2 方案二

采用围堰一次拦断河流,隧洞导流(隧洞单独布置)。即枯水期围堰挡水,导流隧洞导流,汛期大坝挡水,导流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 导流隧洞

发电引水隧洞与导流隧洞结合布置,隧洞布置在右岸,隧洞进口高程106.5m,出口高程105m,长度442.334m,断面为圆形,洞径为2.0m,纵向底坡0.0034,洞身段采用挂钢筋网喷C20砼(一次支护)和现浇钢筋砼复合式衬砌方式,一次支护喷15cm厚C25砼,钢筋砼衬砌厚度为30cm。由于引水隧洞与导流隧洞进、出口均不在同一高程,因此进口处采用龙抬头结合,出口处由于地形及高程限制,采用叉洞连接。大坝施工完成后,对进出口导流洞进行封堵。

4.2.2 上下游围堰

上游围堰位于坝轴线上游约160m处,围堰型式同方案一。

下游围堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管导流法”,即在第一个枯水期由临时围堰挡水,左岸束窄河床导流,先在河道右岸滩地铺设导流砼管,具备二期导流过水条件;于第二个枯水期采用土石围堰一次拦断河流,围堰挡水,已埋设的砼管泄流。

埋管采用内径为2m的混凝土管,布置于右岸,埋管全长322.35m,穿过坝体段设截水环。于第一个枯水期先施工埋管部分,第二个枯水期进行坝体填筑。

上游围堰位于坝轴线上游坡脚处,(导流结束后不拆除围堰作为坝体的一部分)采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2113.98m,堰前水位2113.18m,堰顶长度54m,堰顶宽5m;最大堰高4.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;戗堤部分迎水边坡、背水边坡均为1:1.5,顶高程2111.89m;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0,采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

下游围堰位于坝轴线下游约140m处,采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2111.66m,堰前水位2111.16m,堰顶长度32m,堰顶宽5m;最大堰高2.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0, 采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

三个方案的比较结果见表1:

经过两方案综合比较,方案一充分结合水工永久隧洞,工程投资最小,工期较短,为最优导流方案。方案三导流费用较方案二少24.15万元,但方案三施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。

5 结束语

通过对水库土石坝隧洞导流方案和埋管导流方案进行比选,得出了较优的导流方式,在方案比选过程中有如下体会。

枢纽工程导流如有永久水工隧洞可兼顾利用时,采用与导流隧洞与永久隧洞结合布置的导流方式,投资最省,工期较短,为土石坝导流首选导流方案。

采用埋管导流时,虽然导流投资较小,施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。选用埋管导流时需充分比较论证。

施工导流是水利工程施工组织设计的重要组成部分,是制约施工程序和施工进度的重要因素,设计时需根据工程实际情况,认真分析比较,得出最优方案,保证工程质量及安全,节约工程造价。

参考文献

[1]水利水电工程施工组织设计指南 编写组(魏璇).水利水电工程施工组织设计指南[M].北京:中国水利水电出版社,1999(3).

[2]水利水电施工 编写组(张京).水利水电施工[M].北京:中科多媒体电子出版社,2003(3).

[3]水利水电施工组织设计手册 编写组(唐世龙,陈东山).水利水电施工组织设计手册[M].北京:中国水利水电出版社,1996(8).

[4]李炜.水利计算手册[M].北京:中国水利水电出版社,2006(6).endprint

4.2 方案二

采用围堰一次拦断河流,隧洞导流(隧洞单独布置)。即枯水期围堰挡水,导流隧洞导流,汛期大坝挡水,导流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 导流隧洞

发电引水隧洞与导流隧洞结合布置,隧洞布置在右岸,隧洞进口高程106.5m,出口高程105m,长度442.334m,断面为圆形,洞径为2.0m,纵向底坡0.0034,洞身段采用挂钢筋网喷C20砼(一次支护)和现浇钢筋砼复合式衬砌方式,一次支护喷15cm厚C25砼,钢筋砼衬砌厚度为30cm。由于引水隧洞与导流隧洞进、出口均不在同一高程,因此进口处采用龙抬头结合,出口处由于地形及高程限制,采用叉洞连接。大坝施工完成后,对进出口导流洞进行封堵。

4.2.2 上下游围堰

上游围堰位于坝轴线上游约160m处,围堰型式同方案一。

下游围堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管导流法”,即在第一个枯水期由临时围堰挡水,左岸束窄河床导流,先在河道右岸滩地铺设导流砼管,具备二期导流过水条件;于第二个枯水期采用土石围堰一次拦断河流,围堰挡水,已埋设的砼管泄流。

埋管采用内径为2m的混凝土管,布置于右岸,埋管全长322.35m,穿过坝体段设截水环。于第一个枯水期先施工埋管部分,第二个枯水期进行坝体填筑。

上游围堰位于坝轴线上游坡脚处,(导流结束后不拆除围堰作为坝体的一部分)采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2113.98m,堰前水位2113.18m,堰顶长度54m,堰顶宽5m;最大堰高4.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;戗堤部分迎水边坡、背水边坡均为1:1.5,顶高程2111.89m;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0,采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

下游围堰位于坝轴线下游约140m处,采用粘土心墙土石围堰,堰顶高程2111.66m,堰前水位2111.16m,堰顶长度32m,堰顶宽5m;最大堰高2.7m,粘土心墙边坡为1:0.1;土石渣填筑部分迎水边坡、背水边坡均为1:2.0, 采用500mm厚的干砌石或抛石护坡。

三个方案的比较结果见表1:

经过两方案综合比较,方案一充分结合水工永久隧洞,工程投资最小,工期较短,为最优导流方案。方案三导流费用较方案二少24.15万元,但方案三施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。

5 结束语

通过对水库土石坝隧洞导流方案和埋管导流方案进行比选,得出了较优的导流方式,在方案比选过程中有如下体会。

枢纽工程导流如有永久水工隧洞可兼顾利用时,采用与导流隧洞与永久隧洞结合布置的导流方式,投资最省,工期较短,为土石坝导流首选导流方案。

采用埋管导流时,虽然导流投资较小,施工工期较长,施工时干扰较大,不利于确保施工进度,且涵管后期埋设与土坝中,对土方稳定及防渗不利。选用埋管导流时需充分比较论证。

施工导流是水利工程施工组织设计的重要组成部分,是制约施工程序和施工进度的重要因素,设计时需根据工程实际情况,认真分析比较,得出最优方案,保证工程质量及安全,节约工程造价。

参考文献

[1]水利水电工程施工组织设计指南 编写组(魏璇).水利水电工程施工组织设计指南[M].北京:中国水利水电出版社,1999(3).

[2]水利水电施工 编写组(张京).水利水电施工[M].北京:中科多媒体电子出版社,2003(3).

[3]水利水电施工组织设计手册 编写组(唐世龙,陈东山).水利水电施工组织设计手册[M].北京:中国水利水电出版社,1996(8).

[4]李炜.水利计算手册[M].北京:中国水利水电出版社,2006(6).endprint

科技创新与应用 2014年24期

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