兩河口水電站施工組織設(shè)計綜述

張偉鋒，楊晨光，曹駕云，王會杰（.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 6007；.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都60065）

兩河口水電站施工組織設(shè)計綜述

張偉鋒1，楊晨光1，曹駕云1，王會杰2
（1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都610065）

兩河口水電站地處藏民族聚居地，為特大型工程，工程量巨大、大壩填筑料源多且分散、施工強度高、場內(nèi)交通錯綜復(fù)雜且運輸量大，施工條件差?？尚行匝芯侩A段的施工組織設(shè)計主要在大壩心墻防滲土料、混凝土骨料、施工導(dǎo)流、場內(nèi)交通仿真分析、大壩施工規(guī)劃、施工總布置規(guī)劃等方面進行了大量深入的研究工作，研究成果較好地解決了施工組織設(shè)計中的難題。

兩河口水電站；可行性研究；施工組織設(shè)計

1 工程概況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫。樞紐建筑物主要由礫石土心墻堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下廠房等組成。礫石土心墻堆石壩最大壩高295 m，水庫正常蓄水位2 865 m，相應(yīng)庫容107.67億m3，調(diào)節(jié)庫容65.6億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站裝機容量300萬kW，多年平均發(fā)電量110億kW·h。樞紐建筑物主要工程量：土石開挖約2 400萬m3、土石填筑約4 160萬m3、混凝土約365萬m3。

2 主要技術(shù)問題研究

2.1 心墻防滲土料研究

兩河口水電站大壩為礫石土心墻堆石壩，心墻防滲料采用摻礫粘土。防滲土料的研究首先從料源選擇入手。樞紐區(qū)附近的雅礱江干流階地較發(fā)育，上下游沿岸Ⅲ、Ⅳ級階地較為寬緩，為防滲土料主要分布區(qū)。受地形地質(zhì)條件限制，各土料場規(guī)模相對較小，料源分散，性狀不均一。土料場的選擇規(guī)劃階段集中利用壩址下游約11 km的呷拉土料場；預(yù)可研階段選擇腳泥堡、白孜、亞中、蘋果園、憶扎、普巴絨等6個土料場，其中壩址下游14 km的腳泥堡、白孜土料場為主料場；可研階段主要利用庫區(qū)的亞中、蘋果園、憶扎、志里、瓜里和普巴絨等6個土料場，及壩址下游西地土料場，同時西地土料場也是接觸黏土料場。庫區(qū)土料場距壩址現(xiàn)有公里里程均在20 km以上，其中普巴絨土料場距壩址約38 km，瓜里土料場距壩址約36 km。

針對兩河口水電站防滲土料料源分散、運距遠等特點，可行性研究階段對土料運輸方式、土料摻和碾壓方案進行了系統(tǒng)研究。運輸方式比較了膠帶機運輸和公路運輸兩種方式，考慮到庫區(qū)土料運輸?shù)缆房沙浞纸Y(jié)合利用庫周復(fù)建交通，不需要單獨新建，且公路運輸方式相對靈活，對大壩填筑強度適應(yīng)性高；而較膠帶機方案投資相對較高，故可研階段選擇了公路運輸方式。

防滲土料施工是心墻堆石壩施工的關(guān)鍵項目，為提出適應(yīng)300 m級高壩防滲土料性能要求、便于施工和質(zhì)量控制、經(jīng)濟合理的摻合方案，可行性研究階段在開展了大量室內(nèi)改性試驗的基礎(chǔ)上，開展了現(xiàn)場摻和碾壓試驗。室內(nèi)改性試驗成果表明，摻配比為7∶3～6∶4（土石比，重量比）時，摻礫料防滲和強度指標都可以滿足規(guī)范要求和國內(nèi)外同類壩型的設(shè)計經(jīng)驗要求?，F(xiàn)場摻和碾壓試驗主要開展了摻和工藝研究和初步碾壓試驗，摻合設(shè)備的選用與施工實際相近，摻合及碾壓過程為機械化作業(yè)。試驗成果顯示，防滲土料摻配比采用土料∶礫料=60%∶40%較為適宜。摻合工藝采用“摻合場平鋪立采法”，工藝流程為：平攤、立采、倒運、混合，摻合工藝具有可行性及施工可能性。

2．2混凝土骨料研究

兩河口水電站壩址區(qū)附近天然砂礫石料匱乏，須采用人工骨料?？紤]到壩址區(qū)地質(zhì)巖性為變質(zhì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖，具有一定堿活性，因此可研階段除對壩址區(qū)的砂板巖骨料進行了人工骨料及混凝土試驗、堿活性抑制試驗研究外，還對可能利用的庫內(nèi)鮮水河格雜寺大理巖、壩址下游新都橋鐵索呷石英閃長巖及牙根花崗巖，開展了少量原巖性能試驗、骨料堿活性試驗研究工作。

原巖及人工骨料性能試驗成果表明，各料場原巖物理力學(xué)性能指標基本滿足規(guī)范要求。混凝土性能試驗成果表明，在砂巖與軟弱巖層骨料組合方案中，隨著板巖摻量的增加，強度有下降趨勢；混凝土的變形性能均有向不利于水工混凝土要求的發(fā)展趨勢，但影響有限；不同比例的骨料組合對混凝土抗凍、抗?jié)B性能的影響有限，且都可滿足設(shè)計要求；不同的骨料比例對混凝土熱學(xué)性能有微小的影響。

可研階段按照（DL/T5151－2001）《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》中所規(guī)定的化學(xué)法、砂漿棒快速法、混凝土棱柱體法以及砂漿長度法對壩址區(qū)的兩河口、慶大河等料場的砂板巖人工骨料以及鐵索呷料場的石英閃長巖人工骨料的堿活性進行檢驗。綜合四種方法的檢驗結(jié)果，可以判定鐵索呷料場的石英閃長巖為非活性骨料，格雜寺料場的大理巖為非活性骨料，壩址區(qū)砂板巖為具有潛在堿活性骨料。

可研階段對砂板巖主要開展以下幾方面的堿活性抑制試驗研究：

1）粉煤灰抑制砂板巖堿活性。

2）混凝土摻和料抑制砂板巖堿活性。

3）含氣量對抑制砂板巖堿活性的影響。

4）骨料種類對抑制砂板巖堿活性的影響。

5）新型堿活性抑制材料抑制砂板巖堿活性等。

主要試驗成果為：在混凝土中摻入一定量的粉煤灰，能夠有效的抑制砂板巖的堿活性膨脹；減少混凝土中的堿含量有利于降低混凝土中的堿骨料反應(yīng)的膨脹；硅粉具有抑制堿骨料反應(yīng)的作用，隨著硅粉摻量的增加，其抑制堿骨料反應(yīng)的效果越好；磷渣具有一定的抑制堿骨料反應(yīng)的能力，但抑制堿骨料反應(yīng)的能力要遜于粉煤灰，在磷渣中復(fù)摻一定量的粉煤灰，可以有效的提高磷渣的抑制堿骨料反應(yīng)的效果；在混凝土中摻入一定量的引氣劑，提高混凝土的含氣量有利于抑制骨料的堿活性膨脹，復(fù)摻引氣劑和粉煤灰后的抑制堿活性膨脹的效果較單摻粉煤灰抑制堿活性膨脹的效果好。

鑒于壩區(qū)砂板巖可通過摻入一定量的粉煤灰等方法有效抑制堿活性膨脹，兩河口水電站可行性研究階段通過專題研究，推薦利用壩區(qū)砂巖含量較高的瓦支溝石料場作為混凝土骨料料源。鑒于混凝土骨料堿活性問題的重要性和目前的認識水平、試驗方法等因素，2009年結(jié)合混凝土原材料選擇和混凝土配合比優(yōu)化，開展了綜合抑制砂巖骨料堿活性措施的研究。主要成果有：

1）水泥品種對粉煤灰抑制砂巖堿活性效果的影響主要取決于水泥的化學(xué)成分，其中水泥中二氧化硅的含量是一個重要的影響因素。

2）總堿含量對粉煤灰抑制砂巖的堿活性膨脹有著一定的影響，隨著總堿含量的增加，粉煤灰抑制砂巖堿活性膨脹的效果減弱。

3）不僅要控制混凝土的總堿含量，而且應(yīng)對混凝土中堿所存在的形式引起重視。

4）砂巖人工砂的石粉含量為10%～15%左右時，有利于粉煤灰抑制砂巖骨料的ASR膨脹。

5）ASR-1抑制劑、ASR-2抑制劑以及MS抑制劑，均具有抑制砂巖骨料ASR膨脹的作用，并隨著摻量的增加，其抑制效果有所提高。但其抑制效果遜于同摻量的粉煤灰。

6）采用復(fù)摻硅粉和粉煤灰抑制砂巖骨料的ASR的效果要優(yōu)于單摻粉煤灰和單摻硅粉抑制砂巖骨料的ASR的效果。

2.3 施工總布置規(guī)劃

在可行性研究階段，兩河口水電站開展了施工總布置規(guī)劃專題研究。施工總布置方案研究針對料源選擇成果、施工導(dǎo)流規(guī)劃和主體工程施工進度，主要從白孜-白瑪施工區(qū)場地布置、摻和場布置、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)置、大壩上游交通道路規(guī)劃等四個方面進行技術(shù)經(jīng)濟比較，并在對施工場地重復(fù)利用進行分析研究的基礎(chǔ)上，提出合理的樞紐工程區(qū)建設(shè)用地范圍。

3 施工組織設(shè)計簡述

3.1 施工導(dǎo)流

施工導(dǎo)流方式為“河床一次斷流、土石圍堰擋水、隧洞過流、大壩全年”，導(dǎo)流建筑物級別為3級。

初期導(dǎo)流標準為洪水重現(xiàn)期50年一遇，相應(yīng)設(shè)計流量5 360 m3/s；后期導(dǎo)流標準為洪水重現(xiàn)期500年一遇，相應(yīng)設(shè)計流量為Qp=0.2%=6 830 m3/ s，校核洪水標準選用1 000年一遇，相應(yīng)設(shè)計流量為Qp=0.1%=7 260 m3/s。

初期導(dǎo)流時段為第3年11月河床截流～第8年11月初期導(dǎo)流洞下閘，先后由圍堰和壩體臨時擋水度汛，初期1號、2號導(dǎo)流洞過流。第8年11月初期導(dǎo)流洞下閘，5號導(dǎo)流洞泄流，大壩初期蓄水期間，由布置在初期導(dǎo)流洞內(nèi)側(cè)的供水洞向下游供水。第9年5月5日導(dǎo)流洞弧形閘門調(diào)控下泄流量，在滿足下游需水要求的前提下蓄水至高程2 745～2 750 m時，5日導(dǎo)流洞下閘封堵，封堵期間由5月3日、4日導(dǎo)流洞泄流。第10年11月3日導(dǎo)流洞下閘封堵，由4號導(dǎo)流洞泄流。

3.2 料源選擇

防滲土料料源為大壩上游的普巴絨、瓜里、志里、憶扎、亞中和蘋果園土料場以及下游的西地土料場，上述7個土料場可采總儲量（折合為摻合后壓實方）約864萬m3。

大壩、圍堰需黏土料由大壩下游右岸的西地土料場供應(yīng)。

大壩堆石料和過渡料從大壩上游的兩河口、瓦支溝石料場和大壩下游的左下溝石料場開采，上述3個石料場可采總儲量約9 118萬m3。

大壩反濾料、心墻礫石土摻和料主要由工程開挖可用洞渣料回采加工，不足部分從瓦支溝石料場開采補充。

混凝土骨料料源為瓦支溝石料場砂巖含量較大的區(qū)域，儲量約1 200萬m3。

3.3 主體工程施工

1）心墻堆石壩施工。壩基開挖總量約267.90萬m3，以壩址處10年一遇洪水標準2 615 m高程為界，分兩期施工。第一期為壩肩開挖，開挖量203.2萬m3，月平均開挖強度7萬m3/月，高峰開挖強度13.2萬m3/月；第二期為基坑開挖，總量約64.7萬m3，月平均開挖強度14.38萬m3/月。

壩體填筑歷時80個月，分為14期施工，壩體填筑月平均強度56.9萬m3/月，月平均上升高度4.01m。高峰期心墻填筑月平均強度8.06萬m3/月，高峰期壩體填筑月平均強度81.80萬m3/月。

心墻填筑按自卸汽車卸料－推土機鋪料－振動碾碾壓－質(zhì)檢4道工序，流水作業(yè)法施工，采用后卸式20 t自卸汽車進占法卸料，T180推土機平料，20 t振動凸塊碾進退錯距法碾壓。

反濾料采用“先砂后土法”施工，采用20t自卸汽車運料上壩，后退法卸料。

過渡料采用25t自卸汽車運料上壩，綜合法卸料（先用后退法卸料，再用進占法卸料），T180推土機平料，18 t自行式振動平碾進退錯距法碾壓。

堆石料采用45 t自卸汽車上壩，綜合法卸料，T320推土機平料，25 t自行式振動平碾進退錯距法碾壓。

2）泄水建筑物施工。泄水建筑物分進口（群）開挖及支護、洞室、出口（群）開挖及支護三部分。

進口（群）邊坡最大開挖高度約360 m，開挖總量約537.69萬m3，采用翻渣方式。進口（群）邊坡開挖月平均下降高度12 m/月，月平均開挖強度約17.68萬m3/月。

出口（群）邊坡開挖高差約350 m，開挖總量約544.80萬m3。采用分層開挖，掌子面出渣的施工方式。為了避免截流后開挖對大壩基坑及下游圍堰防滲墻施工的影響，2 700 m高程以上部位安排在截流前完成，月平均下降高度12 m/月，月平均開挖強度約12.59萬m3/月。2 700 m高程以下部位截流后進行，月平均下降高度5 m/月，月平均開挖強度約20.66萬m3/月。

由于泄水建筑物隧洞（群）施工不在關(guān)鍵線路上，因此進度安排比較靈活。隧洞開挖按高度一般分2～3層，每層開挖高度控制在8 m左右。隧洞施工按上層開挖→中、下層開挖→底板混凝土澆筑→邊頂拱混凝土襯砌→回填灌漿→固結(jié)灌漿的程序進行。

3）引水發(fā)電系統(tǒng)施工。引水發(fā)電系統(tǒng)布置在雅礱江右岸，采用“單機單管”的引水型式和“三機一室一洞”的尾水系統(tǒng)布置格局。

地下廠房系統(tǒng)三大洞室的上、中、下層均設(shè)置了施工通道，包括排水廊道施工通道要求，整個引水發(fā)電系統(tǒng)共設(shè)置10條施工支洞。三大洞室各層施工主通道在時間上基本錯開使用。

引水發(fā)電系統(tǒng)各工作面最大年洞挖量94.48萬m3/年，高峰月洞挖強度11.43萬m3/月，最大年混凝土澆筑量34.46萬m3/年，高峰月混凝土澆筑強度4.42萬m3/月。主、副廠房為引水發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵線路。從第四年1月廠房開挖開工至第九年9月底首批機組發(fā)電，工期69個月，其中廠房開挖34個月，一期混凝土8個月（包括橋吊安裝），水輪發(fā)電機組安裝（含埋件、二期混凝土及機組調(diào)試）27個月。其它各項工程均在工期內(nèi)穿插進行。

3.4 施工交通運輸

對外交通推薦采用鐵路、公路聯(lián)合運輸至雅江方案，線路為由鐵路運輸至漢源（烏斯河）火車站，轉(zhuǎn)公路省道S306線39 km至漢源，再沿國道G108線53 km至石棉，轉(zhuǎn)省道S211線101 km至甘谷地，再沿國道G318線210 km至雅江后，沿擬建的雅礱江中游河段梯級電站，對外交通專用公路13.6 km抵達兩河口水電站，線路全長416.6 km。

場內(nèi)交通運輸采用公路運輸方式，主要交通線路有左岸下游干線公路、壩區(qū)左右岸低線公路、壩區(qū)左右岸高線公路、壩區(qū)左右岸上游高低連接線、庫區(qū)土料運輸?shù)缆返?，場?nèi)交通道路總長約120.95 km，橋粱12座。

3.5 施工工廠設(shè)施

全工程設(shè)置3個砂石加工系統(tǒng)，其中混凝土骨料加工系統(tǒng)2個，分別位于左岸下游的左下溝、左岸上游的瓦支溝，處理能力分別為750 t/h、450 t/h；反濾料和心墻摻合料加工系統(tǒng)布置在壩址左岸上游的瓦支溝，處理能力850 t/h。

全工程設(shè)3個混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，分別位于右岸上游電站進水口附近、左岸上游的瓦支溝和右岸下游，系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)能力分別為115 m3/h、200 m3/h、240 m3/h。

壩區(qū)采用集中供水方式，水廠位于左岸下游，取水規(guī)模4 040 m3/h。

施工用電高峰負荷約35 000 kW，工程設(shè)置1個中心變電站，4個分區(qū)變電站。中心施工變電站容量為25 MVA，大壩35kV施工變電站容量為32 000 kVA，亞中村35 kV變電站容量為4 000 kVA，白孜35 kV變電站容量為12 600 kVA，瓦支溝35 kV開關(guān)站容量為20 000 kVA。

3.6 施工總布置

結(jié)合工程施工分標初步規(guī)劃，分壩址上游、壩址下游、白孜和亞中四個施工區(qū)進行施工總布置規(guī)劃。

全工程設(shè)置5個渣場，除慶大河渣場設(shè)置回采區(qū) (用于堆存工程開挖有用料)，其余均為棄渣場。為滿足環(huán)保和水保要求，各渣場均對防掏、防沖和截排水等進行了專項設(shè)計。

工程施工總用地約1 859.54 hm2，其中永久占地為1 530.97 hm2，施工臨時用地為328.57 hm2。

3.7 施工總進度

施工總進度計劃安排按照關(guān)鍵項目采用國內(nèi)先進技術(shù)編制。對控制工期的導(dǎo)流洞、大壩施工進行全面分析，落實優(yōu)化，對不控制工期的項目包括地下廠房、溢洪道、泄洪洞、放空洞等工程，施工工期留有一定余地，并在確保不會成為新控制項目的情況下合理安排時段，盡量降低高峰施工強度。

兩河口水電站施工總工期為125個月，其中工程準備期34個月，主體工程施工期71個月，完建期為20個月。首臺機組發(fā)電工期105個月，工程籌建期36個月。

工程施工關(guān)鍵線路為初期導(dǎo)流洞工程施工→圍堰填筑→基坑開挖→大壩壩體堆石料填筑→首臺機組安裝調(diào)試。

4 結(jié)語

兩河口水電站地處藏民族聚居地，壩高、工程量大、料源多且分散、施工強度高、場內(nèi)交通運輸量大，可行性研究階段進行了多項施工關(guān)鍵技術(shù)問題研究，并得到了中國水利水電建設(shè)工程咨詢公司等單位專家的多次咨詢指導(dǎo)。

2013年5月，可行性研究施工組織設(shè)計報告通過審查。審查過程中提出了不足之處，將在招標設(shè)計和施工圖設(shè)計階段進一步深化研究。

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