红花水电站施工设计的思考

'红花水电站施工设计的思考张松风中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州510611摘要：使设计与实际施工更加相符，是工程设计人员应尽的责任。本文对红花水电站在建设实施过程中有关导流围堰的布置、断面形式以及总布置等与实施过程的差别进行分析总结，对今后的施工设计提出建议。关键词：红花水电站施工设计红花水电站集雨面积46810km2,正常蓄水位为77.5m，相应库容为5.7亿m3，总库容为30亿m3，电站总装机容量为228MW。工程布置由右岸厂房、左岸船闸、中间18孔泄水闸及两岸门库段、土坝等组成,坝顶总长887.75m。土石方开挖412.32万m3，土石方填筑165.67万m3，混凝土80.53万m3。工程于2003年8月作施工准备，9月右岸一期枯水外围堰施工；2003年10月23日，右岸一期8孔闸坝和厂房工程开始施工；2003年12月1日，左岸船闸工程开始施工。2004年4月15日，右岸一期8孔闸坝进行水下验收；同年8月左岸船闸进行金属结构和机电设备安装。2004年10月实现二期截流并开始二期闸坝工程施工；同年11月20日，进行试蓄水。2004年12月1日，船闸正式通航；2005年4月5日，二期10孔闸坝进行水下验收；2005年5月，厂房1#、2#机组具备机电安装条件。2005年10月28日首台机组发电，2006年2月21日第二台机组并网发电。工程的顺利建设有以下几点体会和思考。1.施工围堰的设计虽然导流工程属临时性工程，但在水电站建设中却起着关键性作用，它直接影响工程建设周期的长短，合理的施工导流设计方案，可以在确保工程建设顺利进行的同时使工程早日产生效益。 1.1布置合理红花水电站围堰的布置充分考虑坝址的地形、水文及水工建筑物布置等特点，同时还应考虑尽可能提前发电和尽量减少对通航的影响，因此其导流方式采用分期导流。由于电站厂房的施工周期长，因此一期围堰必须优先考虑围厂房，为了减少施工期对通航的影响，又必须让船闸早日投入使用，船闸也应该尽早施工。船闸、厂房分别布置在左右岸，左右岸同时围船闸、厂房，造成中间河床束窄太多，增加了上游的临时淹没，围堰工程量也相应增大，导流工程费用高，同时中间河床的流速大断航时间也长，以上种种矛盾，需要设计人员认真思考。为了解决以上问题，我们采用在第一枯水期分时段围右、左岸的方法。即在第一枯水期（简称一枯，以下同）2003年的9月中旬开始修一期右岸枯水外土石围堰，形成一期右岸基坑，在围堰保护下施工厂房和右岸8.5孔泄水闸，并在12月前建好第8孔泄水闸和泄水闸下游的中隔墙及上游的混凝土纵向围堰；同时拆除一期右岸枯水外土石纵向围堰，改为利用中隔墙及混凝土纵向围堰作为右岸一期内纵向围堰（纵向围堰右移）形成右岸枯水内围堰，右岸基坑可继续施工；一汛前修建好厂房过水围堰，同时拆除一期右岸枯水内围堰。一枯的11月初开始修一期左岸船闸枯水土石围堰，形成一期左岸基坑施工船闸。在一汛前完成高程70.5m以下船闸的上、下闸首和闸室的右边墙及上、下游主导航墙；并将枯水围堰加高陪厚改造成能抵挡全年2年一遇洪水的过水围堰。 一枯由束窄后的河床导流和通航；一汛由束窄后的河床左侧、已建好的7.5孔泄水闸、厂房和船闸过水围堰联合泄流，由河床的左侧通航；二枯进行二期截流和二期闸坝施工，由已建好的7.5孔泄水闸过流，闸孔临时通航；至船闸建好，利用二期围堰临时挡水，船闸临时通航。（附图一）围堰的合理布置得益于事前与业主尤其是承包商的充分沟通，对实际的施工顺序和进度有比较明确的了解，因此初步设计与实际施工情况能相吻合，由此可见多与业主尤其是承包商沟通是非常重要的，这是今后设计工作中值得重视和借鉴的。其他的工程能否做到这样的程度，还需要我们的共同努力。1.2围堰结构型式原设计的厂房过水围堰、船闸过水围堰都是采用钢筋石笼护面。实际施工时厂房过水围堰采用“三面光”，内外边坡均为1：1.5，用20cm厚的素混凝土护面,船闸过水围堰则采用钢筋网网块石护面，它们都于04年7月21日经受了超过全年１０年一遇洪水22500m3/s的考验。见下图，因此厂房过水围堰节省约40万元（1420元/米），船闸过水围堰节省约60万元（1830元/米）。 1.3过水围堰挡水标准 按照施工组织设计规范，过水围堰洪水重现期为3~20年。而我们在设计时，厂房过水围堰采用全年2年一遇洪水标准，设计洪水流量为14100m3/s，是我们通过分析和充分论证后决定的。根据历史洪水资料，从1936年到1998年的63年中，年最大流量大于14100m3/s的年份有33年，占52%；从1951年到1998年的48年中，每年出现2次流量大于14100m3/s的洪水年份有7年占14.58%（没有出现3次流量大于14100m3/s的洪水年份）；由于典型洪水过程持续时间为15天，考虑围堰过水后的清理工作时间，过一次洪水需要停工时间大约35天，过二次洪水需要停工时间大约70天。由上述分析可以看出，在汛期的4.5个月中，施工时间为4.5个月的概率为48%，施工时间为65天(2个月)的保证率为85.42%。故第一个汛期安排施工2个月的时间是有保证的。因此采用全年2年一遇洪水标准是有保障的、合适的，此方案通过了有关部门的审查。2.滑模施工技术在闸墩施工中的应用滑模技术多用于工业民用建筑，在水利工程中的面板、调压井等施工已有应用。红花水电站泄水闸闸墩在溢流堰顶高程60.0m以上高达34.65m，具备利用滑模施工技术的有利条件，如果采用传统的人工安装组合钢模板、分层浇筑的施工方法，按每层3m，一个循环5天计算，单个闸墩最少需要60天，施工工期长，且需投入较多的人力和物力。利用滑模施工单个闸墩的施工时间大大缩短，最短时间是12天，最长的是21天，是传统工艺1/5~1/3的时间，显然快了许多，为缩短工期争取早日发挥工程效益起了作用。红花闸墩的滑模体选取液压调平内爬式滑升模板体系，整个系统由模板、围圈及操作平台、提升架、辅助平台和液压千斤顶组成。 该滑模技术还有以下特点：在滑模体上自身带有操作平台，在不另外增加投入的情况下施工安全性较高；而人工安装普通钢模板要另外搭设安全平台，才能保证施工安全。对施工的条件（施工用电）要求比较高，滑模施工是一种连续作业的方法，钢筋安装、砼浇筑必须保证连续不间断，因此对混凝土的生产、运输的要求较高，施工前的准备工作必须非常充分，备用电源的容量要求较大。3．施工总进度本工程设计总工期为39个月，2003年9月开工，2006年5月底第一、二台机组同时发电。由于业主提出船闸于2004年12月1日通航和提前发电的要求，为了达到这个目的，对船闸围堰进行修改，即船闸围堰在枯水围堰的基础上加高培厚改造成能抵挡全年2年一遇洪水的过水围堰，为此围堰工程增加投资1153.03万元。经过各方的努力船闸如期通航，首台机组也于2005年10月28日发电，比设计提前7个月发挥效益。工程能够提前发电原因有二：一是临时工程（船闸围堰）加大了投入，船闸提前通航，解决了通航问题,因此二期截流就有了提前了一年的条件，提前一年截流是整个枢纽能提前蓄水发电的基础；二是厂房的施工进度比设计进度快。按初设工期安排，厂房混凝土浇筑22个月后才具备机组安装条件，而实际2004年1月厂房第一仓混凝土到具备第一台机组的安装，仅用了16个月的时间。为此厂房的施工设备增加很大的投入（原设计二台门机，实际是四台）。 主要施工项目设计、实际施工工期对比如下表：施工项目设计工期实际施工时间备注一期泄水闸（围堰施工~闸墩顶）03.9.10~04.04.3003.9.10~04.3.30提前1个月船闸（围堰施工~完建）03.9.1~05.10.31（14个月施工时间11个月）03.10.25.~04.12.1（14个月施工时间12.5个月）基本一致厂房第一仓混凝土~具备安装22个月16个月提前6个月二期泄水闸（围堰施工~闸墩顶）05.10.10~06.4.1504.10.15~05.2.19提前2个月总工期（围堰施工~完工）03.9~06.10（39个月）03.9~工程现状基本一致金属结构安装一期泄水闸3个月111天（8.15~11.3）滞后20天二期泄水闸3.5个月103天（2.18~4.21~5.31）基本一致船闸3个月84天基本一致目前我们在排施工进度时还是按照比较传统的水电工程的施工方法，如何把工业、民用建筑工程中已经成熟的施工工艺，例如滑模施工技术，应用于水电工程，是我们设计人员今后要努力的方向。另外加大临时工程的投入是否就不合理？按照多年平均发电量8.8亿度,上网电价为0.28元/度计算,工程提前发电累计10个台月，其经济效益是3422万元,大于船闸围堰增加的投资1153.03万元,显然是合算的。可见今后我们还必须作更进一步的技术经济比较，给业主的决策提供依据，寻求以最少的投入获取更好的效益。4．施工总布置原设计方案共设置三个混凝土生产系统，左岸一座3×1.5m3/h的拌和楼，右岸设置两座3×1.5m3/h的拌和楼，左、右岸混凝土高峰月浇筑强度分别为2.95万m3和4.69万m3。实际施工左、右岸在坝轴线的上、下游各布置一座4×1.0m3/h和2×1.5m3/h的拌和楼，引起这种差别的原因有二，一是由于施工分标的原因；二是船闸要提前通航，需要加大混凝土浇筑强度。实际上左、右岸混凝土高峰月浇筑强度分别为3.2万m3和4.5万m3 ，与设计生产能力可以说是基本吻合。说明我们的设计计算还是比较准确的，但其位置以及其他的附企设计与实际还是有较大的差别，出现这样的差别，主要是没有具体掌握施工的分标情况，可研、初步设计阶段由于设计深度的原因，对施工分标考虑比较少，业主的意图更是难以深入了解，造成设计与实际有出入。5．主要经验5.1导流布置合理，为工程的顺利实施提供了基础。5.2过水围堰经过分析和充分论证，采用比规范低一年的全年2年一遇洪水标准，既能争取有保障的汛期施工的时间，又合理节省了工程投资。5.3围堰在河床覆盖层较浅的条件下，采用“金包银”的断面形式，实践又一次证明是可行的。5.4在闸墩施工中采用滑模施工技术，加快了施工进度，赢得工期。5.5闸孔临时通航在广西得到推广。5.6改变临时工程的投入越少越好的思维，应该作更进一步的技术经济比较，寻求以较少的投入，能获取更好效益的技术方案。综上所述，为了使施工设计能够与实际更加相符，不断提高设计水平，必须要加强与业主的沟通，收集更多的工程实例资料，对目前的施工技术要有比较全面的了解，更进一步的做好技术经济比较，才能使工期更加合理，工程效益最大化。'