水電站擴(kuò)機(jī)工程尾水圍堰設(shè)計(jì)和拆除施工,水利施工論文

水電站擴(kuò)機(jī)工程尾水圍堰設(shè)計(jì)和拆除施工,水利施工論文摘要：文章以津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程尾水圍堰設(shè)計(jì)和拆除施工為例，使用“全生命周期設(shè)計(jì)〞思想統(tǒng)籌施行，在圍堰設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)用和拆除的全經(jīng)過(guò)進(jìn)行優(yōu)化，以有利于圍堰拆除為目的，對(duì)圍堰構(gòu)造形式和位置調(diào)整，以及拆除施工分區(qū)和分期的不斷優(yōu)化，產(chǎn)生了良好的效益。本文關(guān)鍵詞語(yǔ):圍堰;拆除;設(shè)計(jì);施工;優(yōu)化;1、概述津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程位于贊比西河中游的卡里巴電站，在原有電站的基礎(chǔ)上新建一套獨(dú)立的引水發(fā)電系統(tǒng)，增加2臺(tái)150MW混流式發(fā)電機(jī)組。項(xiàng)目尾水圍堰主要功能是為尾水出口基坑開(kāi)挖、尾水塔混凝土澆筑及金屬構(gòu)造安裝創(chuàng)造干地施工條件。工程尾水出口在現(xiàn)有機(jī)組尾水出口下游200m處，尾水圍堰為土石填筑圍堰，采用高壓旋噴防滲墻，軸線長(zhǎng)166.97m,高噴灌漿最大深度9.53m,最小深度1.97m,防滲墻工程量1164m。尾水渠道設(shè)計(jì)過(guò)流量為376m3/s,與外側(cè)河道夾角約45°,縱斷面前段為1∶2的斜坡(EL375m～EL380m),后段為平坡，橫斷面為倒梯形(邊坡坡比1∶0.5)。尾水渠道開(kāi)挖深度10m、底寬39.6m、長(zhǎng)度約為75m(順河向約100m),橫河向圍堰斷面面積約250m2,總體開(kāi)挖方量約1.8萬(wàn)m3。尾水圍堰不能拆除到設(shè)計(jì)高程，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組出力不能知足合同要求，因而圍堰拆除是施工難點(diǎn)和施工質(zhì)量控制點(diǎn)。尾水圍堰位于主河道邊緣，部分圍堰開(kāi)挖已延伸到主河道內(nèi)，因尾水流速較快，達(dá)4～6m/s,無(wú)法保證傳統(tǒng)漂浮設(shè)備的穩(wěn)定。可拆卸式施工平臺(tái)搭設(shè)效率低，安全隱患多。2、圍堰設(shè)計(jì)2.1、工程地質(zhì)情況尾水圍堰基礎(chǔ)表層為1～3m厚的塊石堆積，呈次磨圓狀，構(gòu)造松懈，塊徑一般為30～50cm,部分超過(guò)1m,并夾雜少量混凝土塊，塊石成分以黑云母片麻巖為主，少量石英巖，下伏基巖為黑云母片麻巖，作為圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)條件良好。2.2、圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尾水出口施工工期較寬松，水庫(kù)泄洪歷時(shí)較短而且頻率較低，即便施工期間泄洪一次也不會(huì)影響項(xiàng)目總工期，經(jīng)綜合比選尾水圍堰采用堰頂可過(guò)水的土石圍堰，至少可降低設(shè)計(jì)堰頂高程4m,大大減小了設(shè)計(jì)斷面尺寸[2]。尾水圍堰擋水水位取正常應(yīng)用條件下最高可能尾水水位，即現(xiàn)有南北兩岸電站全部機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)流量為2271.2m3/s,對(duì)應(yīng)的尾水水位EL389.6m,考慮波浪爬高和安全超高，設(shè)計(jì)堰頂高程為EL390.6m。2.3、設(shè)計(jì)優(yōu)化2.3.1、位置原設(shè)計(jì)尾水圍堰位于主河道內(nèi)，修筑難度較大，防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)也較大，將尾水塔向山體后移10m,優(yōu)化后尾水圍堰將建在現(xiàn)有河水位以上河岸部位，降低了施工難度和度汛的風(fēng)險(xiǎn)。2.3.2、圍堰型式河道底部為大孤石和基巖，無(wú)法應(yīng)用鋼板樁圍堰方案，只能采用傳統(tǒng)的土石圍堰方案[5]。原設(shè)計(jì)尾水圍堰下部采用混凝土和土石復(fù)合型式，上部采用漿砌石擋墻型式，優(yōu)化后尾水圍堰采用開(kāi)挖料換填塊石，高壓旋噴墻防滲，頂部和邊坡用鋼筋籠和薄層混凝土防沖刷，降低了施工難度和成本。2.3.3、邊坡穩(wěn)定防護(hù)由于尾水塔向山體后移，山體邊坡開(kāi)挖坡度增大，因而在尾水上部交通道路的上下兩個(gè)邊坡增設(shè)鋼筋混凝土擋墻，確保了邊坡整體的穩(wěn)定，且保持總開(kāi)挖工程量增加不大。3、圍堰施工3.1、開(kāi)挖為知足圍堰高壓旋噴灌漿施工要求，需要把人工堆積料及拋石料換填為適宜的材料，采用反鏟自上而下分層開(kāi)挖，覆蓋層的設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡度為1∶1.25,強(qiáng)風(fēng)化層設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡度為1∶0.5,開(kāi)挖齒槽底部設(shè)計(jì)寬度為2m。開(kāi)挖時(shí)將開(kāi)挖區(qū)表層的大塊石臨時(shí)儲(chǔ)存在靠河道的岸坡處，用于圍堰頂部的防護(hù)。同時(shí)沿圍堰軸線修筑臨時(shí)道路，作為圍堰拆除時(shí)棄渣通道。3.2、圍堰填筑采用從下游向上游施工的順序，首層填筑采用進(jìn)占法進(jìn)行施工，其后采用后退法進(jìn)行施工。就地利用進(jìn)口開(kāi)挖料作為圍堰填筑料，用15t自卸汽車(chē)運(yùn)輸，推土機(jī)攤鋪，SR20M振動(dòng)碾碾壓，填筑分層厚度為40cm,填筑壓實(shí)度控制為92%。3.3、高壓旋噴灌漿施工根據(jù)尾水圍堰防滲芯墻填筑材料和鉆孔灌漿設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，采用三管法旋噴灌漿。高噴灌漿在鉆孔施工完成并經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行，高噴灌漿采用全孔自下而上連續(xù)作業(yè)，需中途拆卸噴射管時(shí)，搭接段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長(zhǎng)度不得小于0.2m。高噴灌漿經(jīng)過(guò)中，應(yīng)采取必要的措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成地層劈裂或者地面抬動(dòng)。灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時(shí)，應(yīng)對(duì)中斷孔進(jìn)行復(fù)噴，搭接長(zhǎng)度不得小于0.5m。3.4、鋼筋籠和薄板混凝土堰頂、內(nèi)側(cè)及靠河流側(cè)上部采用鋼筋籠防護(hù)，華而不實(shí)，堰頂及靠河流側(cè)上部鋼筋籠在擋墻混凝土澆筑完成后進(jìn)行安裝，圍堰內(nèi)側(cè)鋼筋籠隨基坑開(kāi)挖進(jìn)度跟進(jìn)安裝。鋼筋石籠尺寸為2×1×1m,鋼筋籠的底部需放置土工布。鋼筋籠安裝時(shí)用塊石填充飽滿，塊石從隧洞開(kāi)挖料中挑選，鋼筋籠之間用鐵絲綁扎連接牢固。薄板混凝土主要起到防漫頂尾水沖刷和加強(qiáng)鋼筋籠整體性的作用[4]。4、圍堰運(yùn)行和度汛4.1、泄洪防汛尾水圍堰為過(guò)水圍堰，如遇水庫(kù)泄洪時(shí)，尾水水位最高將到達(dá)EL393.6m,洪水將漫過(guò)圍堰堰頂淹沒(méi)尾水基坑，造成尾水基坑工作的停工和圍堰的沖蝕[9]。根據(jù)卡里巴水庫(kù)超大的庫(kù)容，上游來(lái)水和發(fā)電泄水比擬穩(wěn)定，一般性規(guī)律為：每年6月份至來(lái)年1月底庫(kù)水位持續(xù)上升，當(dāng)壩前水位超過(guò)同期最高限制水位時(shí)就需要開(kāi)閘泄洪。在施工期間的措施如下：(1)施工前制定施工期間防洪度汛和水庫(kù)泄洪應(yīng)急預(yù)案，提早做好抗洪搶險(xiǎn)物資準(zhǔn)備。(2)天天專人觀測(cè)水庫(kù)水位，并比照洪水控制曲線，根據(jù)水位的變化規(guī)律提早預(yù)判可能泄洪的時(shí)間。(3)汛期與贊比西河務(wù)局保持密切聯(lián)絡(luò)，及時(shí)把握泄洪時(shí)間，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案從尾水基坑撤離人員和設(shè)備。(4)用拋石對(duì)圍堰內(nèi)側(cè)進(jìn)行防護(hù)，必要時(shí)可在泄洪前提早將基坑充水，以減少對(duì)圍堰構(gòu)造的沖刷毀壞。4.2、汛后措施水庫(kù)泄洪結(jié)束后尾水水位將很快降低至正常水位，及時(shí)布置基坑排水和水毀圍堰的修復(fù)，使基坑內(nèi)部施工盡快恢復(fù)正常。5、圍堰拆除施工5.1、初始方案尾水圍堰拆除分為4個(gè)區(qū)進(jìn)行(如此圖1所示),施工步驟和方式方法見(jiàn)表1。圍堰開(kāi)挖分三期進(jìn)行，對(duì)位于圍堰頂部的長(zhǎng)臂反鏟無(wú)法開(kāi)挖內(nèi)側(cè)部位先進(jìn)行削薄開(kāi)挖，然后在圍堰外側(cè)靠河道部位接近水面高程修筑臨時(shí)道路，利用水位較低時(shí)間段進(jìn)行圍堰外側(cè)主河道區(qū)的開(kāi)挖，最后利用長(zhǎng)臂反鏟后退法進(jìn)行分區(qū)開(kāi)挖。在確保能將水下鉆孔爆破部分全部覆蓋的情況下，盡可能的多用機(jī)械開(kāi)挖拆除，減少鋼管排架的使用量，提高工作效率。水下部位鉆孔：計(jì)劃搭設(shè)工作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，鉆孔平臺(tái)的安裝需充分考慮河水流速的影響。施工排架在場(chǎng)外預(yù)先按單元進(jìn)行搭設(shè)，由長(zhǎng)臂反鏟吊運(yùn)至預(yù)定水下鉆孔區(qū)域。在水流的上游側(cè)的不同方向安裝錨固插筋，用鋼絲繩連接排架單元固定在插筋上并用手拉葫蘆拉緊，防止湍急的尾水影響施工排架的穩(wěn)定和鉆孔定位。在施工排架豎桿上向下安裝鋼管作為鉆孔的導(dǎo)向桿，確保垂直鉆孔準(zhǔn)確，并通過(guò)鋼管進(jìn)行水下裝藥。圖1尾水圍堰拆除分區(qū)示意圖表1尾水圍堰拆除施工步驟和方式方法5.2、爆破拆除施工首先根據(jù)原定計(jì)劃進(jìn)行圍堰下游削薄，以減少水下開(kāi)挖的寬度和開(kāi)挖量，按計(jì)劃進(jìn)行了預(yù)裂爆破施工。在施工經(jīng)過(guò)中發(fā)現(xiàn)：深夜至凌晨最高尾水水位約為EL386m,極低水位到達(dá)EL381m,通過(guò)向贊比西河務(wù)局求證，根據(jù)發(fā)電水量調(diào)配計(jì)劃，最近將持續(xù)這種狀態(tài)。于是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)拆除分區(qū)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，將III區(qū)和IV進(jìn)行了合并進(jìn)行倒退開(kāi)挖，從上游向下游沿軸線方向?yàn)?個(gè)開(kāi)挖段，每段5～10m。根據(jù)“白班出渣，夜班鉆爆〞的施工原則，白班清理一個(gè)分段至EL385m,夜間水位低于EL385m時(shí)，開(kāi)場(chǎng)液壓鉆鉆孔和人工裝藥，凌晨5時(shí)準(zhǔn)時(shí)爆破，白班使用長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行出渣，石渣清理干凈后，進(jìn)入下一施工段循環(huán)。在進(jìn)行爆破施工時(shí)，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)以控制爆渣塊度易于裝車(chē)，同時(shí)要對(duì)爆破振動(dòng)和水擊波進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證鄰近的構(gòu)造物不受毀壞。6、施行效果利用拆除期尾水水位周末較低的特點(diǎn)，將原計(jì)劃的水下鉆爆開(kāi)挖優(yōu)化為水上鉆爆開(kāi)挖，摒棄了施工排架的搭設(shè)方案，極大地提高了每個(gè)鉆爆循環(huán)的工作效率，安全性大大提高，節(jié)省了潛水員輔助施工費(fèi)用。施工進(jìn)度方面，在尾水圍堰預(yù)裂爆破滯后的情況下，提早2.5個(gè)月完成拆除并順利通過(guò)業(yè)主方的驗(yàn)收。7、結(jié)束語(yǔ)尾水出口的優(yōu)化設(shè)計(jì)從尾水塔的布置、尾水圍堰的建設(shè)、運(yùn)行和拆除的整個(gè)生命周期，以及滑坡體的整體穩(wěn)定統(tǒng)籌考慮，總體降低了臨時(shí)建筑物圍堰的建設(shè)規(guī)模，減少了成本，策略是完全正確的。尾水圍堰成功的拆除得益于項(xiàng)目的超前總體規(guī)劃，對(duì)尾水出口區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少了難度極大的高速水流下的水下爆破拆除施工。將原設(shè)計(jì)尾水塔位置向山體后移，有效的避開(kāi)了尾水主流對(duì)尾水圍堰施工和拆除的影響，并增加了尾水圍堰的構(gòu)造可靠和整體穩(wěn)定性，尾水圍堰中軸線由河道退到了原有河岸上，由在河道中填筑圍堰施工改為僅需要進(jìn)行圍堰防滲和頂部防沖刷施工，降低了施工難度。通過(guò)對(duì)圍堰爆破拆除分區(qū)的優(yōu)化，充分利用了低水位時(shí)段進(jìn)行水上鉆爆作業(yè)，充分利用了長(zhǎng)臂反鏟的工作行程，降低了拆除施工難度，加快了拆除進(jìn)度，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。以下為參考文獻(xiàn)[1]楊玉銀,張艷如,張榮，等.卡魯瑪尾水隧洞出口圍堰拆除控制爆破技術(shù)[J]工程爆破,2020,26(6):76-83.[2]SL645--2021.水利水電工程圍堰設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[3]趙廷式，韓龍.關(guān)于大壩施工導(dǎo)流方式及圍堰洪水標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題[J].山西水利科技,2007(1):1-3,7.[4]梁永樂(lè)大型堤壩防洪可靠性分析[J.水利技術(shù)監(jiān)督2020(6):102-105.[5]黃秘昌鯉魚(yú)江防洪閘工程鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)及特點(diǎn)[J].