水电站施工导流工程设计总结

水电站施工导流工程设计总结1工程概况xx水电站位于xxxx县境内，是汀江干流上的主要水电站，装机容量600MW，坝址以上流域面积7907km²,占汀江流域面积的67%。大坝采用碾压混凝土重力坝，大坝坝址两岸山体雄厚，河谷狭窄，呈“V”字形。汀江属山区性河流，洪枯洪量相差悬殊，枯水期河面宽仅30m，多年平均流量为232m³/s，工程能否顺利施工，施工导流设计是关键。该工程1996年5月开工，98年9月截流，2000年12月下闸蓄水，2001年发电，2003年8月竣工。2导流方式选择根据施工进度安排并考虑到工程特点，本工程施工导流过程可分为：前期、后期、下闸蓄水三个阶段。前期即从1998年9月12日原河床截流至1999年汛后。其中截流后至次年4月为枯水期，采用围堰挡水，隧洞过流方式，汛期高温季节大坝停止施工，该时段采用坝顶过水与导流洞联合泄流方式渡汛；1999年10月下旬至2000年12月下闸蓄水前为后期，该阶段由坝体临时断面挡水，导流洞及泄水底孔联合过流与渡汛；下闸后至2001年4月底蓄水期间各月各频率的洪水由泄水底孔及溢洪道下泄，该阶段为下闸蓄水期。3导流挡水建筑物设计根据不同的施工阶段，导流挡水建筑物有所不同，前期从河床截流后至1999年汛后，主要依靠上、下游施工围堰挡水，创造基坑干地施工条件；后期及下闸蓄水期则依靠大坝施工临时断面挡水，下面仅介绍施工围堰的设计情况。3.1上游施工围堰上游围堰曾对土石围堰与混凝土围堰做过方案比较，由于土石围堰断面过大，在一个枯水期要完成围堰修筑及围堰顶高程以下主体工程施工难度较大。而采用碾压混凝土围堰可为主体工程碾压混凝土施工采集施工参数，因此采用碾压混凝土重力式结构。根据施工进度安排，该围堰仅使用一个枯水期，至1999年汛前大坝已上升至堰顶高程以上，因此，围堰设计挡水标准为枯水期5年一遇(10月～次年3月)，设计流量为2120m3／s。上游围堰位于坝上游约40m处，顶宽5m，上游面垂直，下游面坡度为1：0.75，堰顶高程为96.5m，最大堰高27m。围堰基础为弱风化花岗岩，仅有规模较小的断层通过，地质条件较好，除对断层进行挖槽采用插筋混凝土塞处理外，未进行其他基础处理工作。上游围堰为4级建筑物，设计工况分正常挡水工况和汛期过流工况，过流工况复核洪水标准为全年20年一遇，Qmax为6950／s，过流时大坝高程已超过堰顶，围堰近于静水淹没状态。各工况设计荷载有：导流挡水工况(1)：水推力＋自重＋扬压力导流挡水工况(2)：水推力＋浪压力＋自重＋扬压力过流工况：近于静水淹没状态，稳定及应力皆可满足要求。根据分析计算，各工况下应力及稳定安全系数均能满足要求。3.2下游施工围堰下游围堰在设计时考虑到其将来在运行期将作为二道坝，因此也采用碾压混凝土重力式结构。其设计挡水标准同上游围堰，堰顶高程7.0m，最大堰高9m。围堰布置在坝下游约200m处，堰基为弱风化花岗岩，仅有较小的F8断层及J1节理密集带通过，基础条件较好。对堰基断层采用挖槽浇混凝土塞及固结灌浆加固基础进行处理，不设排水与防渗等其他基础处理措施。下游围堰顶宽6.0m，上游面垂直，下游面坡度1∶0.75。为三级建筑物，设计洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为8400m3／s，校核洪水标准为500年一遇，相应洪峰流量为12000m3／s。因此，下游围堰设计工况分：施工期导流挡水工况，运行期设计过流、校核过流三种工况。通过计算分析，各工况下的应力及稳定安全系数均能满足要求。围堰施工时发现河床左岸有一较深冲坑，左岸岸坡风化层较原资料为厚，河床基岩最低出露高程约为60～62m，且高程变化较大，出露高程较原地质资料低6～8m，深坑部位采用常态混凝土浇至63.5m高程，再按RCC二道坝1∶0.75起坡。另因基坑加深后基坑放坡受到下游施工土石围堰限制，将二道坝轴线往上游平移5.0m。根据开挖揭露的地质情况，下游围堰堰基总体上节理较发育，但岩石大多呈微弱风化，强度较好，河床左岸深槽系由F8断层形成，断层两侧岩体完整、坚硬，基本满足作为二道坝的基础要求。对调整后的二道坝进行复核，其稳定及应力也均能满足要求。根据复核结果与揭露的地质情况，对下游围堰即二道坝做如下处理：（1）在二道坝上游打2排插筋，规格Φ25，间距3.0m，入岩1.5m。（2）根据堰基地形变化对二道坝伸缩缝进行调整。（3）取消固结灌浆，保留上游一排深8m孔进行灌浆加固基岩并起帷幕作用。（4）深槽侧面陡坎打插筋，间排距为3.0m,入岩1.5m。4导流泄水建筑物设计本工程根据不同的施工阶段，其导流泄水建筑物有导流洞、泄水底孔及溢洪道等。下面仅介绍导流洞的设计与施工情况。本工程设置一条导流隧洞，布置在右岸，由进、出口明渠段，进口段及洞身段组成，导流洞过水断面为11m×l5m方圆形，过流面积156.4m2，洞身全长351.3m，进出口底板高程分别为69.0m、68.0m。由进、出口明渠与原河道相接，在进口段桩号导0＋000处设置封堵钢闸门门槽，尺寸为2.75m×0.7m(宽×深)，相应洞顶上设有下闸时的启闭机排架。1999年导流洞与坝体共同渲泄全年20年一遇洪水时洞内最大流速为13m/s；2000年与泄水底孔共同渲泄全年100年一遇洪水时，洞内流速分别为28.04m/s(双峰)及27.72m/s(单峰)，遇全年20年一遇洪水时，洞内流速24.67m/s。4.1导流隧洞结构设计4.1.1进口明渠段进口明渠段为开敞式喇叭型引渠，位于桩号0－016.375m以前，长约110m左右，根据水流流速分布与水力试验成果及地质情况，进口明渠两侧开挖边坡1∶0.33，导流洞前20m，即桩号0－016.375～0－0.36m，明渠边坡高程85m以下采用混凝土衬护，导流洞口直墙与梯形明渠采用不对称的垂直喇叭直墙渐变连接。4.1.2进口段及启闭机排架进口段(0-016.375～0＋006m)段长22.375m，前部0－016.375～0～001.375m为1/4椭圆进口渐变段，洞高从前到后为22.5m渐变到正常高度15m，洞宽不变，0－001/375～0+001.375m为开敞式门槽，0＋001.375～0＋006m段为工作平台段与排架基础段。进口段为钢筋混凝土结构。启闭机排架位于桩号0＋000m门槽上部，底部高程86.5m(洞顶)，顶部高程109m，与抚石公路恢复段齐平，排架柱尺寸120cm×120cm，柱基落在进口段衬砌边墙及回填的大体积混凝土上部。采用框架结构。启闭机上部高程109m工作平台宽8.70m，长16.00m。xx导流洞封堵钢闸门，采用分节制造现场组装沉放，分节最大单重28t，考虑到闸门运输、就位、组装施工方便，排架设计时考虑了两种施工方案：一种是单节闸门由设在排架左侧下游与高程109m抚石公路相联的施工便桥滚动移至排架顶后，由设在排架上的起吊设备起吊就位组装，另一方案是闸门单节由设在排架右侧工作桥上大型起吊设备直接起吊就位组装。闸门组装完毕后则由设在排架下游右下方抚石公路上的卷扬机通过滑轮组提升闸门下闸封堵。工作桥搁置牛腿及便桥搁置牛腿在排架施工时已同时施工。便桥与工作桥可根据施工需要确定是否修建，实际施工时采用第一种方案。排架设计主要荷载有：活载：5kN/m2，工作桥牛腿荷载：120t/个，下闸启门荷载(下闸后4.1.3洞身段桩号0＋006.0～0+351.30m为洞身段，其结构设计根据洞身沿线地质条件、坝轴线位置、堵头布置、受力情况等，采用不同支护方式。（1）0+006.00～0+066.00m段：该段中0+006.00～0+045.00m范围为新鲜岩石，属Ⅰ、Ⅱ类围岩，0+045.00～067.00m范围内受断层f6、f1-1、及F1影响，尤其是F1断层较宽达1～3m，为弱风化岩石，该段下闸蓄水后承受外水头近100m(未乘折减系数)，采用钢筋混凝土受力衬砌，衬砌厚度为1.5m和1.2m，对断层破碎带在开挖后采用锚杆挂网喷混凝土加强支护。（2）0+066.00～0+275.00m段：该段地质较好，地质判断为基本稳定即Ⅱ类围岩，岩石大部为微风化和新鲜岩石，该段通过的主要断层为F44，宽0.7m，此外该段0+215.00～235.00m范围右边墙及0+270.00～0+275.00m范围内右边墙发育有数条节理，相互切割，分别采用锚筋桩、锚杆加固处理。该段采用系统锚杆支护，同时考虑到洞内流速较大，也为加大过流能力，0+066～0+275m段范围均采用锚杆支护、40cm厚钢筋混凝土薄层衬砌。（3）0＋275.00～0＋351.30m段：根据地质资料，该段围岩属基本稳定围岩，设计仅对0+331.3～0+351.3m洞口段进行钢筋混凝土受力锁口衬砌，其余0+275.0～0+331.3m段为锚杆支护混凝土薄层衬砌。锚杆支护设计以工程类比为主，并采用规范推荐的经验（公式）参数及极限平衡理论进行计算复核，同时结合施工临时支护，选定系统支护锚杆参数如下：锚杆直径φ25，锚杆长度L=300cm，锚杆间距@200cm×200cm。4.1.4出口明渠段导流洞出口明渠长约110m，底高程为68.0m，根据地质资料，岩石为微风化或新鲜岩石，开挖边坡1∶0.33。为减少水流对出口及对岸公路与尾水渠的冲刷，导流洞出口明渠采用圆弧扩散并将水流逼向下游，同时对洞口外30m范围的明渠边坡底板采用混凝土衬砌，以避免高速水流冲刷破坏。4.1.5其他（1）根据计算和试验成果，导流洞过流流速较大，最大达28m/s，故洞身混凝土均采用R28250，进出口、排架、明渠护砌采用R28200混凝土。（2）对洞身段(0＋006～0＋551.3m)全段进行回填灌浆，灌浆孔孔径φ55mm，环距2.5m，排距3.0m，孔深入岩15cm，分二序施工。（3）根据计算分析受力衬砌混凝土结构主要受下闸蓄水工况外水压力控制，并考虑到薄衬结构安全，要求对全隧洞围岩进行固结灌浆后施打排水孔，以减少作用在衬砌混凝土上的外水压力。固结灌浆孔孔径φ55mm，环距4.0m，排距3.0m，人岩深度6.0m，灌浆压力一序孔为0.6MPa，