第六章施工方法与技术措施

第六章施工方法与技术措施6.1施工期水流控制6.1.1概述1、径流坝址多年平均天然径流量为508亿m3，其中汛期(7月～10月)为296亿m3，占全年的58.3％。经上游水库调节和工农业引水后，设计水平年西霞院多年平均入库径流量279.6亿m3，其中汛期(7月～10月)为134.5亿m3，占全年的48.190％枯水年份148.9亿m3，各保证率的代表年水量见表6-1。西霞院入库径流典型年表表6-1保证率（%）代表年水量（亿m3）7月～次年6月7月～9月10月～次年6月1981433.9208.2225.7251982348.2159.9188.31990240.2147.21965127.4192949.679年系列平均值279.6130.8148.82、洪水西霞院坝址天然设计洪水的洪峰流量，20年一遇为18860m3/s，100年一遇为27500m3/s，5000年一遇为48600m3/s。在三门峡、小浪底水库联合防洪运用后，西霞院入库洪水20年一遇洪峰流量为9790m3/s，百年一遇洪峰流量为9870m3/s，五千年一遇为13940m3/s。西霞院工程设计洪水见表6-2。西霞院工程设计洪水表表6-2洪水频率(%)0.020.050.25.020洪峰流量（m3/s）486004350036100275001886015250117005天洪量（108m3）103.093.444.812天洪量（108m3）164.1150.8130.581.545天洪量（108m3）347.4327293.9254.9208.7187.0162.8三门峡、小浪底等联合运用后洪峰流量（m3/s）13940134701140098709790960078205天洪量（108m3）44.9643.2143.2240.6933.2728.5312天洪量（108m3）98.94102.3099.9295.9082.0770.443、施工洪水汛期考虑小浪底水库控泄后，西霞院的20年一遇及50年一遇施工洪水标准均1500m3/s。4、水位流量关系曲线坝址下游450m处和坝址下游2880m处白鹤断面的1998年实测水位流量关系见表6-3。坝址下游河段实测水位流量关系表表6-3坝址下游450m处流量(m3/s)20040050010001500200025003000350040004340水位(m)121.36121.46121.89122.43122.68122.91123.31123.45坝址下游2880m处流量(m3/s)20040050010001500200025003000350040004340水位(m)119.82120.31120.75121.1121.44121.74121.88根据1998年实测的白鹤断面水位流量关系、实测断面和工程开挖后设计断面推求工程建成后的水位流量关系见表6-4，水位流量关系曲线见附图《坝下水位流量关系曲线图》6-8。西霞院坝下水位流量关系表（坝下254m处）表6-4流量(m3/s)2004001000200040006000800010000120001400017000上线(m)120.49121.08121.87125.00125.69125.52中线(m)120.03120.24120.80121.56122.76123.68124.59125.35125.87下线(m)119.87120.00120.52121.25122.37123.26125.02125.615、库容特性西霞院水库正常蓄水位134m(黄海标高，下同)以下总库容1.45亿m3，库容集中在坝前段，其中西霞院坝上至7.55km有1.33亿m3，占总库容量的91.7％。水库淤积平衡后，正常蓄水位134m以下有效库容为0.452亿m3。6.1.2主要施工项目及工程量1、主要施工项目(1)主河床的导流、截流及原王庄引水渠的截流；(2)主河床上、下游围堰及原王庄引水渠上、下游围堰施工；(3)土石坝的基坑排水；(4)土石坝施工期的安全渡汛；(5)上游河心滩、上游引水渠及下游泄水渠边埂开挖；(6)施工期下游供水；(7)围堰的维护使用；(8)临时围堰的拆除；(9)下闸蓄水；2、围堰主要工程量围堰工程主要量表表6-5工程量上游土石围堰王庄引水渠围堰下游土石围堰合计填筑砂砾石7.3510.0017.35黄土3.38.7412.04截流戗堤10.2410.24钢筋笼0.530.5318.123.318.7440.16备注：王庄引水围堰程量包含：上下游围堰黄土料7733.3m3，上下游围堰砂土料25310.3m3。6.1.3施工导流与渡汛1、导流渡汛标准及方式根据有关规范和招标文件要求，本标施工导流方式为：2005年10月：开始大坝上游土石围堰的非龙口段预进占（D1+355以右在水位未达到泄水建筑物泄水高程时，进占期间的非汛期设计流量为1500m3/s，主要由原河床导流；2006年10月底：完成主河槽上游围堰截流施工，截流时设计流量为300m3/s；2006年11～2007年6月：围堰施工的非汛期设计流量为1500m3/s，相应水位122.4m，导流主要由排沙洞、排沙底孔、胸墙式泄洪闸段依次（在水位达到其进水高程时）进水泄流，其相应水位的泄流量约为1575m3/s；2007年7～2007年10月：河道流量由西霞堰控泄后，20年或50年一遇的洪水于某种原因（5000m3/s导流由胸墙式泄洪闸、开敞式泄洪闸、排沙洞及排沙底孔担负。导流渡汛标准、方式及时段见附图《大坝渡汛断面图》6-3。2、施工安全渡汛措施西霞院土石坝施工根据施工总进度的要求，结合坝体的填筑时段，施工渡汛分为二个时段完成。其中每年的7～10月的汛期是施工安全渡汛的关键时期，施工中如何精心组织，按期完成各施工渡汛时段内的各项施工任务，顺利达到各时段渡汛标准是本工程安全渡汛的基本保证。为此，拟定的安全渡汛措施如下：（1）在现场成立由业主、监理和本单位组成的安全度汛机构，负责施工现场及工作场地的安全度汛工作。业主和监理负责安全渡汛的协调工作，我单位负责安全渡汛工作的实施。(2)我单位成立以项目第一负责人为首，施工、技术、物资供应部门参加的防洪渡汛领导机构，统一领导、协调防洪渡汛工作。(3)加强与当地气象、水文部门及上级调控库区的合作联系，组织人员进行水情分析，及时掌握有关的气候、水情预报，并由专人随时监视水情变化。(4)落实防洪渡汛责任制到施工厂队，抽调精干人员组成防洪抢险队，随时排除可能的险情。并具有应急处理突发超标准洪水的能力，尽力减少超标洪水时的损失。(5)落实施工措施，保证施工进度的按时完成，对与渡汛有关的施工项目实行目标考核制度。(6)汛前做好充分的渡汛准备，围堰及坝面过水保护严格按标书要求进行施工，确保施工质量。及时准备好充足的防洪渡汛器材设备、材料，遇险情撤走基坑里的设备、人员。（7）精心组织施工，使土石坝在2007年汛期使主坝达到防洪渡汛高程EL134.00，保证本标段连续、顺利施工和渡汛安全。6.1.4河道施工截流1、截流时段及标准根据黄河水文资料，7~10月为黄河汛期，结合招标文件导流工程的进度控制要求：截流必须在2006年10月~11月间完成。初步拟定在2006年10月20日截流，相应截流设计标准取小浪底单机发电流量300m3/s，作为截流流量。按标书要求，选用西霞院非汛期最大流量1500m3/s作为围堰施工设计流量。2、截流方式西霞院工程坝区地形平坦，截流材料堆放于左岸碴场直接上堰填筑。龙口设于床中心，截流方式采用单戗堤立堵法，龙口合龙时采用从左向右进占。3、截流设计(1)龙口截流水力学参数计算（立堵法）计算前提条件:龙口上游进水口地面平均高程取EL120，截流过程中按3孔排砂洞及排砂底孔分流时、计算龙口的水力学参数。由于末有戗堤前的库容水位Q=f（H）曲线关系，且截流时河道较宽、上游水位上升较慢，库容变化不大、水位落差相对较小，故不考虑上游库容的调储流量Qr及戗堤的渗透流量QS，仅按冲砂孔、排砂洞与龙口的联合导流计算龙口的系列参数变化值。龙口为非淹没出流，龙口两侧坡比为1:1.3，边坡系数取1.3，流量系数m取0.31，初拟系列龙口水深及龙口宽度，由此绘制出龙口曲线簇、并与设计提供的导流建筑物的过水能力曲线迭加，用图解法计算出龙口水力参数。其计算方法参见《水利水电工程施工组织设计手册》第532页：立堵法水力计算中的内容。1）龙口泄流量Qg式中：m——为流量系数取0.31； B——过水断面的平均宽度，单位m；H0——为上游水深，单位m；2）龙口平均流速v式中：Qg——为龙口平均流量，单位m/s； B——为龙口过水平均宽度，单位m；H——为上游行近水深，单位m；Z0——为轴线处落差，单位m；龙口曲线簇计算表表6-6龙口底宽B(m)上游初拟水深H0(m)龙口平均过水宽度B(m)龙口流量Qg(m3/s)0.5100.6549123983741700.570.6534.3171.398272.6282373.9527350.535.65136.350237.6338.92770.57.6122268350.55.652.7416.38.627.629.538.963.5计算成果见附图《泄流建筑物过水能力曲线图》6—6、6—7、(2)截流进占及标准根据黄河水文特性，结合施工总进度安排，选择2006年10月下旬进行截流。按规范规定，截流流量选用非汛期西霞院坝址处的单机流量300m3/s。按选定的截流时段和截流标准，截流时龙口流量不大，两岸道路比较畅通，为保证顺利截流，拟选择单戗堤立堵单向进占的截流方式。截流戗堤轴线选在上游围堰轴线下游8m处，戗堤顶宽12m，上游坡、下游坡及沿戗堤进占方向坡度为1:2，龙口最大宽度为100m。水力学计算结果表明，西霞院工程在考虑小浪底调控作用下，选择10月截流难度不大，在截流戗堤施工时，预留龙口底宽35m，设计流量为非汛期西霞院坝址处的单机流量300m3/s，龙口平均流速1.75m/s，相应落差0.2m；在围堰预进占及施工时，非龙口进占裹头保护设计标准为非汛期最大瞬时流量m3/s；堤头用钢筋笼防冲。龙口段截流水力学指标见表6-7。龙口变化过程的水力参数见附图《泄流建筑物过水能力曲线图》6—7。龙口段截流水力学指标表表6-7流量标准（m3/s）龙口过流平均宽度（m）上游水位（m3/s）龙口平均流速（m/s）落差30036.6780.20.34、截流施工2006年泄洪闸坝段具备过水条件后，两岸非龙口同时进占，预留初期龙口宽度100m（在龙口最后预留35m作为截流龙口非龙口段堤顶高程为125.5m，左、右岸戗堤堤头用0.5～1m大石裹头保护，在2006年10月下旬进行截流。本标段龙口截流用土石方13956.5m3。(1)截流材料准备因西霞院工程地质条件，施工时大块石在开挖中无法备足所需用量，因此龙口截流时大块石改用钢筋笼截流。龙口抛投的钢筋笼、备足数量后、一部分存放在戗堤左岸碴场，一部分在预进占戗堤附近就近堆放备用。(2)截流施工道路在黄河上游围堰施工时，左岸戗堤填筑料由料场经6#公路、左岸9#、10#公路（部份从2#渣场经10#公路）上坝；下游土石围堰经9#、10公路上坝；右岸围堰施工料经6#公路上坝填筑。施工道路详见第三章施工总平面布置图。(3)施工程序截流戗堤施工程序为：预进占段施工→预进占段加宽及堤头防护→龙口截流。(4)戗堤预进占施工戗堤预进占分为两个时期进行，第一部份预进占在2005年10月31日完成右岸D1+355以右围堰施工；第二部份预进占为截流前预进占，第二阶段预进占采用双向进占施工。预进占的过程中，将戗堤顶宽尽量增大，以达到同时满足合龙施工机械操作防渗墙作业平台布置要求。戗堤预进占按水中抛填块石→石碴填筑→石碴碾压→上游面块石护坡施工的程序施工；最后在河心预留100m宽的区域作为截流合拢的龙口。预进占填筑石碴料来源左右岸渣场直接上堰填筑，戗堤预进占部分在截流前完成。(5)龙口截流及闭气a龙口段工程量WW=BΩ式中：B——为龙口平均宽度；Ω——为戗堤断面积；m1、m2——为上下游边坡系数；P——为戗堤高度；a——为戗堤顶宽。b抛投平均强度R式中：W——为计划抛投工程量，为13956.5m3；K——为施工强度不均匀系数，取1.5；T——为计划完成时间，取2天。=6978.3m3/天=×8=2326.1m3/台班c机械生产率P式中：Kt——时间利用系数，取0.5；t——一次工作循环时间，t=t1+t2+t3；t1、t2——为装、卸料时间，分别取6.0、1.5；3——为车辆运行时间，v；L——为单程运距；t3——为车辆运行时间，v；L——为单程运距；v——车速，取来回平均数17.5m/s；V——为每车装车容积，取13.9m3。t3=120×=27.7min（为左岸时间）P=8×0.5××13.9=94.77m3/台班（为左岸时间）d机械数量（N）自卸车数量式中：K1——为备用系数，取1.3；R——抛投强度；P——为台班生产率。反铲数量P=8Pksjt式中：Ps——挖掘机实用生产率，m3/台班；Pj——挖掘机技术生产率，m3/h；kt——时间利用系数，取0.75。N=M/WPskt；N=M/W'Ps式中：N——挖掘数量，台；M——计划时段内应开挖的方量，m3；W——计划时段内挖掘机制度台班数；W'——计划时段内挖掘额定度台班数；Pj=60qnkekchkykz式中：q——铲斗几何容量；n——挖掘每分钟挖土次数，取1.5；ke——土壤可松系数，取0.78；kch——铲斗充盈系数，取1.0；ky——挖掘影响系数，取0.92；kz——掌子面高低与旋转角大小校正系数，取0.91。Ps=8×0.75×176.3=1057.8m3/台班N=8.74×10000÷(45×1057.8)=1.8台，取2台装载机P=8Pksjt式中：Ps——装载机实用生产率，m3/台班；Pj——装载机技术生产率，m3/h；kt——时间利用系数，取0.75。Pj=60qkekchkq/T式中：q——铲斗额定容量，m3；ke——土壤可松系数，取0.78；kch——铲斗充盈系数，取0.65；kq——运输机械配合系数，取0.9；T——装载机一工作循环所用时间，min；T=2L/v=2×100÷191.67=1.04ks——土壤可松系数，取1.2。Ps=8×79×0.75=474m3/台班所以：装载机数量N=13956.5÷(474×6)=4.9台，取5台。振动碾Pj=60(B-C)Lhkt/Tn式中：Pj——碾压机生产率，m3/h；B——碾压带宽度，m；C——碾压搭接宽度，m；L——碾压段长度，m；h——压实土层厚度，m；kt——时间利用系数，取0.9；T=L/v+tn——碾压遍数，6遍；v——碾压机实际作业速度，m/min；t——转弯和换挡时间，取0.5min；T=100/(1.2×1000/60)+0.5=5.5Pj=60×(2.135-0.25)×100×0.72×0.9×0.5/(5.5×6)=111.04m3/h=888m3/台班因此，碾压机数量N=13956.5/(888×6)=2.6台，取3台。截流龙口设于戗堤中心位置，以左右岸预进占为施工平台，戗堤合龙进占宽度按100m考虑，按立堵进占截流。上游龙口抛填总量约1.6万m3（含流失量考虑在48小时内完成。抛投强度约为8000m3/d，抛投填料均采用5.5m3、3m3装载机配20t自卸车直接向龙口倾倒，推土机在戗堤上推碴平料。龙口截流于2002年10月下旬完成。龙口进占时，利用推土机将上挑角处堤头推成斜坡，以降低入水高程，将大石或钢筋石笼推入上挑角，挑开水流，然后在戗堤下游侧全断面抛投石渣并加高上挑角处堤头，如此循环进占。到龙口较窄时水流十分紊乱，流速和落差显著增大时，此时利用钢筋石笼连接成串，推入上挑角上游侧，用37辆20t自卸车集中排队卸料于龙口堵住最后龙口，完成合龙。闭气的施工程序为:戗堤抛投40cm左右的块石、钢筋石笼串→戗堤上游抛投过渡区石碴料→上游抛投细石碴料(反滤料)→抛填砂石→抛投块石→碾压。(6)截流施工机械截流用的机械设备见表6-7。截流施工主要机械设备表表6-8序号数量备注1反向铲CAT3753.0m22装载机ZL50C3.0m53推土机D8L250kw34自卸车BZQ336420t斯太尔5振动碾BW217D26振动碾BW216D-216.13t17汽车吊QY1616.1.5上、下游围堰的设计1、围堰设计及挡水标准根据有关施工技术规范及本工程招标文件规定，围堰设计挡水标准为：上下游土石围堰均按枯期时段的最大瞬时流量Q=1500m3/s挡水，上游围堰汛期由已施工完成的防汛土石坝体挡水设计，防汛土石坝体及下游土石围堰防汛均按20%最大瞬时流量Q=5000m3/s设计。下游围堰分大坝下游土石围堰及王庄引水渠下游围堰。围堰设计及挡水标准见附图《围堰断面图》6—22、围堰轴线选择按照招标文件资料提供，上游围堰轴线选定于坝轴线上游约8m,上、下游围堰轴线在不允许侵占大坝场地、不影响大坝施工的条件下，优化选定的围堰轴线。围堰布置详见附图《围堰施工平面布置图》6—13、围堰结构形式设计上、下游围堰分为黄河洒床上下游围堰及王庄引水渠上下游围堰，依据上、下游围堰挡水设计标准及招标文件规定的挡水水位要求，依照导流洞进口水位~流量关系曲线，考虑安全超高等有关规定，确定黄河上游土石围堰设计堰顶高程为EL125.5m（其它围堰详见设计图最大堰高为6.2m，堰顶宽度为28m（含戗堤下游土石围堰设计堰顶高程为EL125.0m，最大堰高为5.5m，堰顶宽度为15m。上游围堰均由任意土石料区、小块土石体、砼防渗墙等组成。其结构形见附图《围堰断面图》6—2。上、下游围堰设计工程量见表6-5。6.1.6上、下游围堰的施工1、施工准备由于上、下游围堰施工工期较紧，施工准备必须充分。从施工队伍上配备具有类似工程规模、强度施工经验的骨干施工队承担施工任务，在满足工期下保证堰体施工质量，为大坝基坑施工奠定基础；在材料准备上，提前将足量的堰体土石料储备在便于上料的地方。保证各种填料及时到位；相关配套施工机械设备的配备要满足高峰施工强度需要。2、施工道路在黄河上游围堰施工时，右岸堤填筑料经6#公路、左岸经9#、10#公路（部份从2#渣经10#公路）上坝；下游土石围堰经9#、10公路上坝；右岸围堰施工料经6#公路上坝填筑。施工道路详见第三章《施工总平面布图》。3、施工工艺及方法(1)上、下游土石围堰施工程序2005年10月，上游围堰在左右岸以较大断面预进占。2006年10月下旬围堰截流戗堤合拢，11月中旬完成下游围堰施工；进行上部堰体填筑的同时进行基坑排水，完成部份防渗墙施工。待上下游防渗板墙施工完成后，基坑排干水后，进行基坑开挖。(2)上、下游土石围堰施工方法堰体材料采用挖掘机、装载机装车，20t自卸汽车运输到围堰施工现场卸料，分层填筑、用D8L推土机配合BW217D振动碾碾压密实，分层高度不大于60cm。严格按照堰体设计材料分区、填筑合格材料。特别强调填筑质量和护脚、护坡质量。保证围堰施工断面在围堰施工期和各种运行情况下、处于稳定和安全状态。上、下游围堰土石碴料来自右岸砂石料场、黄土取料场、2#碴场、3#碴场。(3)上、下游土石围堰施工堰体材料采用2台反铲、2台装载机装12辆20t自卸汽车从左右岸渣场运输到围堰施工现场卸料，填筑时、水面以上分层用2台TY220推土机配合YZ14振动碾碾压密实。上游围堰分层高度不大于60cm（用BW217D碾压6~8遍黄土料填筑分层高度不大于40cm（用BW216D-2型凸块碾碾压6~8遍）。严格按照堰体设计材料分区填筑合格材料。特别强调土工膜防渗施工填筑质量和护脚、护坡施工质量。保证围堰施工断面、在围堰施工期和各种运行工况下处于稳定和安全状态。6.1.7围堰拆除及清理根据招标文件要求，王庄引水闸围堰及下游围堰都不予拆除。6.1.8施工期供、排水施工期供水包括原王庄引水渠供水（大于10m3黄河下游供水（大于200m3施工期排水包括大坝基坑排水和施工区排水，其中，大坝基坑排水包括截流合龙闭气防渗透墙施工结束后、大坝基坑集中排水及大坝施工期间基坑经常性排水（包括降雨、基坑积水、围堰及基础渗水和施工废水）。1、施工期下游供水(1)王庄引水渠供水黄河截流是在2006年10月，黄河截流后将由泄洪闸及排沙底孔及排沙洞负责施工导流（截流时间为2天，断流时、排砂洞已过水而王庄引水渠围堰是在滩地上，底部高程约为127，且在此8个月期间（2006年10月～2007年6月）无汛期，因此，王庄引水渠围堰安排在2007年6月底完成，满足施工渡汛要求。综上所述，王庄引渠向下游供水分为二个时期进行：第一个时期在2007年6月以前，由黄河大渠担负向下游供水；第二个时期在2007年6月以后，由王庄引水渠担负向下游供水。在引水闸围堰施工时，使库区蓄水到126高程以上，在王庄引水闸能向下游供水10m3时开始进行围堰施工，施工过程中与业主协调，保证王庄引水闸能向下游供水10m3，且库区水位不超过施工围堰高程。(2)黄河下游供水黄河下游供水分为截流前、截流时及截流后三个时期进行。截流前（2006年10月前由原河床负责供水；截流时（2006年10月由排沙洞、排沙底孔及原河床共同担负向下供水；截流后（2006年10月后由排沙洞和排沙底孔、泄洪闸负责向下游供水。2、大坝基坑排水(1)截流后基坑集中排水坝体基坑排水，因基坑内的施工均于防渗墙施工结束后进行，且围堰除防渗墙