二滩水电站施工组织设计.doc

'二滩水电站施工组织设计——导流标准为三十年一遇洪水、地下工程施工摘要：工程施工组织设计是施工管理计划安排的依据之一，也是工程施工现场管理的重要内容和依据。二滩水电站是上世纪我国建成的最大的水电站。二滩水电站的主要建筑物包括240m的溢流式抛物线型双曲拱坝、两条右岸泄洪洞、左岸地下厂房系统及过木设施等，总装机容量达3300MW,年发电量170亿度,年利用小时达5150h。本课题主要进行了施工导流、截流及地下工程的施工、布置等方面的设计。二滩水电站的建成必将对攀（枝花）西（昌）地区矿产资源的开发和四川省国民经济的发展发挥重大作用。Abstract：Theprojectconstructionorganizationplanisoneofconstructcontrolplanarrangementbases,alsoistheprojectjoblocationmanagementimportantcontentandthebasis.TheErTanhydroelectricpowerstationisthebiggesthydroelectricpowerstationwhichthelastcenturyourcountrycompleted.ThemainbuildingoftheErTanhydroelectricpowerstationisa240mheightoverflowtypeparabolahyperbolicofsocketpairflexurecurveddam、tworightbanksdischargingfloodwatertunnel、aleftbankundergroundgenerationfactorybuildingsystem，andtheexcessivelywoodenfacilityandsoon.Thetotalinstalledcapacityreaches3300MW,yearpowerrate17billion，andtheusinghourreaches5150h.Thistopicmainlycarriedonthepitchingupondiversion、blockingriverandundergroundengineeringexecution、arrangementdesign，etc.ThecompletionofErTanhydroelectricpowerstationwillcertainlytotheareaofPanzhihuaandXichang’smineralresourcedevelopmentwiththeSichuannationaleconomydevelopmentdisplayasignificantfunction.关键词：二滩水电站施工导流隧洞围堰截流封堵蓄水地下工程施工总进度计划Keywords:ErTanhydroelectricpowerstationdiversiontunnelcofferblockingriverSealsoffstoreswaterundergroundengineeringexecutionprogressplanning前言本课题来源于工程实际---二滩水电站的施工组织设计。 二滩水电站是雅砻江梯级开发的第一期工程，是我国二十世纪建成的最大水电站，位于四川省攀枝花市的雅砻江干流上，是建成的亚洲最高的双曲拱坝，世界排行第三，最大坝高240m，是中国第一座超过200m的拱坝；电站装机容量6×550MW，主要用于发电。二滩水电站主要由混凝土双曲拱坝、左岸地下厂房系统、右岸泄洪洞和左岸过木机道等几部分组成。地下厂房系统是我国目前已建成的规模最大的地下厂房系统。地下厂房系统布置在雅砻江的左岸，包括进水口、压力管道、地下厂房、主变室及交通洞、母线洞、通风洞、尾水调压室、尾水洞、500KV开关站和副厂房等建筑物。工程施工组织设计是施工管理计划安排的依据之一，也是工程施工现场管理的重要内容和依据。随着我国水利水电的蓬勃发展，施工技术不断创新，工程规模不断扩大，施工管理的要求越来越高，施工组织作为施工管理的一种手段，对于有效的管理具有举足重轻的作用，可以说，搞好了施工组织设计就为施工管理的有效性和先进性作好了充分的准备。通过对该毕业课题的设计，掌握二滩水电站的设计过程，了解相关知识，学以致用，可以对二滩工程这一课题有深入的认识。本设计主要选择三十年一遇的洪水标准进行施工导流设计。施工导流是在综合分析导流条件的基础上，确定导流标准，划分导流时段，选择导流方案、导流方式和导流建筑物，进行导流建筑物的设计，提出导流建筑物的施工安排。然后综合考虑水文条件和工期制约的等因素选择合适的截流时段和截流流量，通过截流水力计算确定不同时期的最大抛投粒径。主体工程的施工根据挡水、泄水、引水和发电等主要建筑物各自的施工条件，对施工程序、施工方法、施工布置、施工机械等问题，进行分析比较和选择。主体工程施工的重点是对地下洞室进行详细的施工方案设计，进行相应的施工布置。本次毕业设计过程中始终要求自己保持着过程技术人员应有的严肃认真的科学态度，认真、仔细的做好毕业设计。因为水利水电工程是关系国计民生的重大工程，优秀的设计不仅节约投资，加快施工进程，还能提前创造社会经济效益。毕业设计是将课本理论知识与工程实际的有效结合，是提高我们应用知识能力的重要环节。毕业设计期间，各方面都得到了老师及其他工作人员、同学的大力帮助，学校也为课题的完成提供了良好的条件。然而尽管现有条件较为优越，但由于本人对实地工程情况缺乏了解，设计中难免也存在有疏忽和不尽完善的地方，日后有待改进。本课题的设计进度在老师的指导下依照下列步骤进行：第1周熟悉资料； 第2～6周施工导流设计；第7～11周主体工程施工设计；第12周进度计划、平面布置及画图；第13周成果整理；第14周答辩准备及答辩。课题设计成果包括：开题报告、外文翻译、说明书（附计算书）、设计图、参考文献等。作者史晓丹2007.6 第一章基本资料1.1工程概况1、概述：雅砻江发源于青海省境内的巴颜喀拉山南麓，在攀枝花市的倮果汇入金沙江，是金沙江的最大支流，干流全长1517km,流域面积13.6万km2，多年平均径流量591亿m3。雅砻江河谷深切，高差悬殊，天然落差为4400m，形成了巨大的水能资源，蕴藏量达22650MW，年发电量1357.6亿度，是国家规划的全国10个水电基地中仅次于金沙江（石鼓—宜宾）和长江上游（宜宾—宜昌）的第三大水电基地。二滩水电站距河口33km，距钢铁基地攀枝花市40余km，系雅砻江梯级开发的第一期工程。二滩水电站水库正常蓄水位1200m，总库容58亿m3，属季调节性水库，电站安装6台550MW水轮发电机组，总装机容量3300MW,年发电量170亿度,年利用小时5150h.。二滩水电站的主要建筑物包括240m的溢流式抛物线型双曲拱坝、右岸泄洪洞、左岸地下厂房及过木设施等。二滩水电站的建成必将对攀（枝花）西（昌）地区矿产资源的开发和四川省国民经济的发展发挥重大作用。2、枢纽布置：本工程包括的混凝土抛物线双曲拱坝、地下厂房系统、泄洪洞及过木设施等部分组成。整个枢纽布置在自上游金龙沟至下游三滩沟之间2km范围的狭窄河谷内。双曲拱坝坝高240m，坝顶长775m,坝顶高程1205m，拱冠处最大底宽56m，大坝设有7个高11.5m，宽11m的表孔，6个高5m，宽6m的中孔，4个高5m，宽3m的底孔，各孔均设置闸门和启闭机。坝后为长约300m的混凝土水垫塘，水垫塘末端设有一座35m高的混凝土二道坝。地下厂房系统布置在雅砻江的左岸，包括进水口、压力管道、地下厂房、主变室及交通洞、母线洞、通风洞、尾水调压室、尾水洞、500kv开关站和副厂房等建筑物。泄水建筑物包括坝顶溢流表孔，坝身中孔和底孔、右岸两条泄洪洞。泄洪洞的长度分别为837m和1099m，均为城门洞形，进口设有事故门和启闭机。过木机道布置在大坝左岸，总长2310m，由过木隧洞、桥梁和明段组成。3、工程特性： (1)水文气象特性：①控制流域面积：km2②多年平均气温：19.8°C③多年平均水温：14.6°C④多年平均流量：1640m3/s⑤多年平均径流量：517亿m3⑥设计洪水流量（千年一遇）：20600m3/s⑦校核洪水流量（五千年一遇）：23900m3/s(2)动能参数①正常蓄水位：1200m②较核洪水位：1203.50m③总库容（正常蓄水位）:58亿m3④装机容量：3300MW⑤年发电量：170亿度⑥保证出力：100MW(3)坝址地质：①地震烈度：7度②坝基岩石：正长岩、玄武岩(4)主要建筑物：①挡水建筑物：坝型：抛物线型双曲拱坝坝顶高程：1205m最大高度：240m拱冠坝顶宽度：11m拱冠坝底宽度：55.7m坝顶长度：774.95m②泄水建筑物:I)表孔溢洪道：孔数：7孔尺寸(宽´高)：11´11.5m设计泄洪量：6260m3/s堰顶高程：1188.5mII)中孔：孔数：6孔尺寸(宽´高)：6´5设计泄洪量：6930m3/s孔底高程：1120～1122mIII)底孔：孔数：4孔尺寸(宽´高)：3´5m设计泄洪量：2000m3/s孔底高程：1m080mIV)泄洪隧洞：条数：2条尺寸(宽´高)：13´13m 型式：无压设计泄洪量：7400m3/s进口底部高程：1163m③引水建筑物：条数：6条直径：9m型式：压力管道进口底部高程：1128m死水位：1155m④过木设施：隧洞条数：1条尺寸(宽´高)：15´7m纵向联合过木机数量：3台⑤厂房：型式：无压尺寸(长´宽´高)：280.3´30.7´63.9m机组台数胞：6台单机容量：550MW单机引用最大流：375m3/s4、主要工程量:(1)拱坝工程:土石方开挖：576万m3(其中岩石开挖418万m3)混凝土：475万m3(其中拱坝410万m3)各类钻孔：48.28万m钢筋：1.78万T预埋冷却水管：16.89万m钢衬：2600T帷幕灌浆：10.6万m2固结灌浆：2.7万m2(2)地下厂房工程明挖：64.48万m3洞挖：297万m3混凝土：69.2万m3喷混凝土：3.4万m3钢筋：2.2万T金结安装：6917T压力钢管：5310T各类锚杆：13.2万根预应力锚索：3200束1.2地形地质 二滩坝址位于两岸坡陡狭窄的河谷段，基岩为二叠系玄武岩和后期侵入的正长岩、以及因正长岩侵入而形成的蚀变玄武岩。两岸山坡高达300～400m。左岸岸坡25～40º，右岸岸坡35～45º，山体稳定，构造破坏微弱，无惯穿性软弱岩带。河流流向为SE60º，在枯水期河床水面宽度为80～100m，河床覆盖层厚20～30m，最深达38m。坝址以上水库回水长度为145km。枢纽区地应力较高，一般最大主应力量级为25～30MPa，区内地表水裂隙潜水和裂隙承压水对各类水泥一般不具侵蚀性。地下厂房位于雅砻江左岸金龙沟至中滩沟的山体内，处于川滇北方向构造带的中段西部相对稳定的共和断块上，主要由震旦系、二迭系碳酸岩类、玄武岩及砂岩等地层组成。临江自然坡高450m左右，地下厂房埋深200～400m,围岩由正长岩、辉长岩和蚀变玄武岩组成，以正长岩和蚀变玄武岩为主。岩块强度高，岩体新鲜完整，结构均一。按二滩工程的围岩分类属于A、B级岩体（国标Ⅰ级），工程地质条件优越，有较好成洞条件。在第一副厂房外端墙到6号机组部位，分布有绿泥石软弱岩体，岩体内裂隙密集，小破碎带发育，绿泥石矿物充填，岩体强度较低，围岩稳定性差。坝线上游左岸边550m的金龙沟，洪水期曾发生过泥石流，但近年活动规模逐渐减小，不致给工程带来威胁。金龙沟上游侧的金龙山，表层为坡积体及风化卸荷岩体，正常情况下坡积体处于稳定壮态，蓄水后可能发生局部塌滑。坝址下游20km范围仅有小得石（坝址左岸下游10.5—12km）和桐子林（坝址左岸下游18km）两处长一级阶的，坝区附近可拱利用的平缓坡地很少，仅坝址下游2km处的三滩沟和上游11.5km处的金龙山可供作施工场地。区域地质概况：坝址以北分布有元古界盐边群变质岩系，晋宁期岩浆岩，震旦系喷出岩、砂页岩、灰岩、白云岩、二迭系玄武岩、灰岩、砂岩，还有三迭系砂页岩。坝址位于被一些大断层所切割出来的共和断块内。坝址上游为头滩断层，坝址以东为明久断层中断。坝区地质概况：坝区岩性主要有两类，玄武岩和正长岩。左岸深部有少量辉长岩。右岸泄洪洞尾部、左岸过木机道尾部有砂页岩出露。风化主要沿出露于表层的裂隙或破裂面发育，而位于节理或裂隙面之间的岩块都是坚硬、新鲜或微风化。二滩的裂隙主要发育为6组：N30°～50°E，NW∠60°～80°；N40°～60°W，NE∠60～70°；EW，N∠50°～80°；EW，S∠45°～70°；SN，W∠60°～70°；EW，S∠0°～40° 。断层及错动带，右岸的断层有f3、f6、f9、f13、f19、f20、f21；左岸的断层有f5、f10、f22、f26、f6、f9。这些断层的宽度都小于1m，断层带由角砾、岩屑组成，常有薄层泥砂质断层泥。断层一般走向NE～SW，倾角较陡，延伸均不长。靠近河床的地下水位在1010m和1030m之间，越靠近山内，地下水位越高。大多数地下洞室都处于地下水位以下，因此，施工中可能出现地下水渗透问题。地下水位的规律性很差。地质资料表明：上游围堰坐落在15～30m厚的块碎石夹砂卵砾石层、卵砾石夹砂层和紧密粉质粘土层上，坝下渗漏需经妥善处理。下游围堰基础覆盖层厚20～40m，层次结构与上游结构相同，唯粉质粘土层更厚。1.3水文气象二滩水电站坝址位于川西高原气候区中的米易、渡口南亚热带区。其气候特点是：阳光充足，雨量比较充沛，干湿季明显。坝区气候较高，多年平均气温19.8ºC，最热月（6月）平均气温27.4ºC，实测最高气温41.0ºC，最冷月（1月）平均气温11.2ºC，实测最低气温-0.40ºC，多年平均霜日22.5天，主要出现在12月～翌年2月。气温骤降不频繁，每年平均2～3次，多发生在5～6月，日温差变幅约12ºC。坝区相对湿度小，多年平均值为65%。雨季（5月～10月）月平均相对湿度为52～83%，干季（11月～翌年4月）月平均相对湿度为41～76%。坝区最多风，风向为ENE，瞬时最大风速为16.0m/s，其相应风向为NNW，出现在4月。坝区多年平均水温14.6ºC，月平均水温的最高值为19.2ºC（7月），最低值为7.9ºC（1月）。实测最高水温22.5ºC，出现在八月；最低水温6.0ºC，出现在十二月。坝区多年平均降水量1038.5mm，雨季（5月～10月）降水量占全年的95.5%，其中的6～9月占全年的82.8%。多年平均降水日数108.8天，雨季降水日占全年的85.9%。坝区蒸发量大，多年平均年蒸发量为2066.1mm，最小月蒸发量为53.9mm（十二月）。坝区的气象资料详见表3。雅砻江径流来源主要是降水。径流的年际变化平稳，实测最大年平均流量和最小年平均流量为多年平均流量的1.51和0.72倍。实测最大流量为11100m3/s，发生于1965年8月10日，调查历史最大流量16500m3/s，发生在1863年，各种频率洪水流量见表1-1。丰水期（6～10月）水量占年水量的76.7%，枯季（11月～翌年5月）水量占年水量的23.3% ，雅砻江流域的洪水由暴雨形成，汛期为6～9月。年最大流量出现于7、8、9月。洪水过程一般具有量大，历时长而洪峰相对不高的特点，且多为双峰洪水过程。典型洪水过程曲线采用1980年8月14日～8月29日的Q～T曲线（见表1-2）。二滩电站坝址悬移质输沙量，采用小得石水文站实测成果，多年平均含沙量0.56kg/m3，相应平均流量1610m3/s，年输沙量2840万T，最大断面平均含沙量9.58kg/m3（1975年7月11日）。汛期（6～9月）平均含沙量0.817kg/m3，相应流量3110m3/s，平均粒径0.087mm，中数粒径0.040mm。输沙悬移质的显著特点是年内分配的不均匀性。推移质未开展泥沙试验，入库推移质输沙量用模拟河流输移推移质试验确定，中水年推移质输沙量67万T。雅砻江系漂木河流，木材单漂流放，5～9月漂木占全年的98%～99.8%，最大材长9m，最大直径1m，最大到材密度500件/分，形成高密度的漂木带。水库水位库容关系曲线见表1-4；游水位流坝址下量关系曲线见表1-5。1.4建筑材料坝址附近没有可供开采的天然砂石料场。本工程先后在坝址附近处140km范围内勘探了天然沙砾石产地18处，其中进行详查的产地有4处。按地理位置分为南、北两区。北区指雅砻江支流安宁河流域产地，计有小街、安全村、垭口—中坝子三处，均系河满滩及一级阶地，上覆耕植土以种植甘蔗为主。三处产地均系砾卵石夹砂产地，有用层厚一般10—12m，绝大部分位于水下，含砂率均不低于30%，砂石质量具佳。料场附近场地开阔，布置条件良好，临近成昆铁路，与坝址距离分别为70、40、38km,需借成昆铁路运输的里程分别为53、18、18km。南区指金沙江支流龙江上的牛街产地，距二滩坝址137km，需借成昆铁路运输里程120km。砂率占59.2%，余为小于80mm的小砾石，砂质较差。人工骨料场：主要用坝址左岸上游6km的霸王山，产地山体雄厚，基岩裸露，为灯影组白云岩，储量丰富，抗压强度高，无碱性反应，唯隐裂隙比较发育。坝址上游金龙沟左侧之正长岩及工程开挖石碴，均可作人工骨料。土料场位于米易县红光乡安宁河右岸，距坝址39km勘探储量61万m3。 峨眉水泥厂生产大坝水泥，年产量100万T，渡口水泥厂生产普通水泥，年产量30万T。木材：雅砻江水运局小得石站，年漂运量可达70万m3。1.5对外交通本工程对外交通方便，坝址下游16km的安宁河口有成昆铁路通过,最近车站桐子林距坝址18km。该站位于西昌至金江区段内，上行距成都727km，下行距金江22km、昆明373km。成昆铁路在该段限制坡度为60/00，采用东风型内燃机车单机牵引，牵引定数不1400T。坝址左岸有简易公路通过，上可达盐边县城及红果煤矿，下抵安宁河口与甸（甸沙关）雅（雅江大桥）公路相接（甸雅公路为108国道的一部分），再上下行分别可抵米易（距坝址63km）及攀枝花市（距坝址46km)。沿线桥涵均按汽—13设计。雅砻江河谷狭窄，滩多水急，绝大部分河道不通航。桐子林以下至河口成昆铁路修建时行驶小拖轮。1972年后，林业部门开始利用雅砻江作木材单漂流放，河段不再通航。1.6水、电及通信经水质分析，河水及支沟沟水可作生产及生活用水。施工用电可由渡口市电力系统供应。渡口至攀钢粘土矿的35kv输电线路通过电站施工区，施工初期可以利用。工地对外通信可接入攀枝花邮电部门的市话网、长途网和各种专用线。另外还可在施工用35kv电力线上开设电力载波通信，作为备用通道。1.7施工特性坝顶弧线长774.95m，共分39个坝段，只设横缝，不设纵缝。横缝按坝顶拱圈近似径向布置，横缝间距一般为坝段20m（1#与39#坝段10m左右），17#～23#坝段由于布置有中孔和底孔横缝间距22m。各部位的开挖方量见表6，混凝土的配合比见表1-7。1.8工期要求 从正式开工到第一台机组发电，工期为六年九个月，到八年零一个月，工程全面竣工。正式开工时间为第一年九月一日。1.9附表表1-1施工洪水流量成果表时段各种频率洪水流量（m3/s）实测最大流量变幅（m3/s）P=1%P=2%P=3.3%P=5%P=10%P=20%P=50%P=95%起涨期3月1日-4月15日8316790754727675619529412417-763汛前过度期4月16日-5月20日180016701570148013301170908566488-1510汛前副汛期5月21日-6月30日760070606680634057305050338021601790-6880主汛期7月1日-9月20日16000146001350012600111009450706045503840-11100汛后副汛期9月21日-10月31日940086108020753066405690413021602330-8180枯水期稳定退水期11月上旬254023702250214019501750146011301140-2150中旬2110197018701780162014501210936下旬178016601580150013701230102079112月上旬151014001330127011601041863668中旬1270118011201070975872727563下旬109010109649208377506254841月上旬942877834796725649542418中旬875815775739674602503389下旬8307737357016385714763692月上旬796740704671612547456353中旬774720685652596532444343下旬757705669639582521435336 表1-2典型洪峰过程曲线时间（月、日）流量(m3/s)时间（月、日）流量(m3/s)时间（月、日）流量(m3/s)时间（月、日）流量(m3/s）8.140时45008.180时73008.220时65008.260时580012时490012时800012时670012时56008.150时53008.190时89008.230时63008.270时510012时600012时860012时600012时48008.160时72008.200时79008.240时58008.280时460012时680012时750012时620012时49008.170时64008.210时70008.250时62008.290时480012时690012时660012时600012时4800表1-3二滩水电站水库水位～库容关系曲线高程（m）库容（亿m3)高程（m）库容（亿m3)高程（m）库容（亿m3)1010010754.2114018.610150.0510804.8114520.310200.210855.5115022.210250.410906.4115524.310300.610957.3116026.710350.811008.3116529.710401.111059.4117032.910451.4111010.5117536.410501.8111511.7118040.210552.2112012.9118544.210602.6112514.2119048.510653.0113015.6119553.110703.6113517.1120058.0表1-4坝址下游水位～流量关系曲线高程(m)流量(m3/s)高程(m)流量(m3/s)频率P（%）1010.94001022.47060501012.710001024.99450201014.920001026.511100101016.830001027.91260051018.440001028.7135003.31019.950001029.71460021021.360001031.11600011032.2174000.51034.8206000.11038.0252000.01 第二章施工导截流2.1导流标准及导流方案2.1.1导流标准根据水利水电工程分等指标表(见表2-1)，二滩水库总库容（校核洪水位以下的静库容）58亿m3，远大于10亿m3；工程的主要目的是发电，水轮发电机的装机容量达3300MW，远大于1200MW，由此判断二滩永久建筑物(大坝)的规模为大(1)型工程，其相应的工程等别为Ⅰ等。根据本工程所给的基本资料，由现行规范《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004，见表2-2，工程的保护对象是有特殊要求的Ⅰ级永久建筑物；失事后将对下游城镇、交通或工期等造成重大灾害和损失；大坝基础开挖至少要1年以上，大坝浇筑等其他施工阶段的工期大于3年；另外根据初步确定的围堰工程规模，其中上游堰高（挡水围堰最大高度）大约56m，大于50m，围堰库容（堰前设计水位所拦蓄的水量）3.1亿m3，远大于1.0亿m3。由此确定相应导流建筑物的级别为Ⅲ级。表2-1水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容(108m3)防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田(104亩)治涝面积(104亩)灌溉面积(104亩)供水对象重要性装机容量(104kW)I大(1)型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大(2)型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.10中等100～3060～1550～5中等30～5IV小(1)型0.10～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1V小(2)型0.01～0.001<5<3<0.5<1注：此表摘自《中国水力发电工程（施工卷）》。表2-2临时性水工建筑物级别级别保护对象失事后果使用年限(年)临时性水工建筑物规模高度(m)库容(108m3)3有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟总工期及第一台(批)机组发电，造成重大灾害和损失>3>50>1.041、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程总工期及第一台(批)机组发电而造成较大经济损失3～1.550～151.0～0.1 53、4级永久性水工建筑物淹没基坑、但对总工期及第一台(批)机组发电影响不大，经济损失较小<1.5<15<0.1注：此表摘自《中国水力发电工程（施工卷）》。可以确定本工程的围堰类型为土石建筑物，这是根据该工程坝址的地形、地质及气候条件等择优选择的：坝址位于两岸坡陡狭窄的河谷段，呈“V”字型，基岩为二叠系玄武岩和后期侵入的正长岩，以及因正长岩侵入而形成的蚀变玄武岩，而且河床的覆盖层厚，可达20～30m，最深处达38m。地质资料表明：上游围堰坐落在15～30m厚的块碎石夹砂卵砾石层，卵砾石夹砂层和紧密粉质年土层上，下游围堰基础覆盖层厚20～40m，层次结构与上游结构相同，唯粉质粘土层更厚。可见坝址地基性能较差，不适宜混凝土、浆砌石建筑物，而对于土石建筑物，能适应各种不同的地形、地质和气候条件，任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。根据确定的临时建筑物类型（土石围堰）和临时建筑物级别（3级），查规范《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)，临时性水工建筑物所采用的洪水标准(表2-3)，围堰设计所用的洪水重现期应在20～50年，所用的洪水重现期越大，导流建筑物的规模越大，工程安全性就越高，导流建筑物的投资越大；洪水重现期越小，导流建筑物的规模越小，工程安全性就低，出现超标洪水的可能性越大，风险越大。综合考虑导流建筑物的投资和相应的风险，取30年洪水重现期的洪水作为施工导流的设计标准。表2-3临时性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]临时性建筑物类型临时性水工建筑物级别345土石结构50～2020～1010～5混凝土、浆砌石结构20～1010～55～3注：此表摘自《中国水力发电工程（施工卷）》。由确定的洪水重现期30年一遇，其频率即为1/30=3.3%=P，围堰为全年挡水，由第一章表1-1，查得此频率时的洪水洪峰流量为13500m3/s，所以围堰的导流设计洪水流量为13500m3/s。2.1.2导流方案2.1.2.1导流方式选择 在进行导流方式的选择时，主要考虑水文条件、地形地质条件、枢纽类型及布置，河流综合利用要求等各方面的因素。施工导流的方式大体上可以分为三类：分段围堰法导流、全段围堰法导流和淹没基坑法导流。其中分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、工期较长的混凝土坝枢纽工程，尤其适用于通航河流和冰凌严重的河流；淹没基坑法导流是一种辅助导流方法，对于山区河流，其特点是洪水期流量大、历时短，而枯水期流量则很小，水位暴涨暴落，变幅很大。而本工程的坝址位于两岸坡陡狭窄河谷段，河床水面宽度不大，河床覆盖层厚，并且在雅砻江上，枯水期的流量也相对较大，水位变化不大，最高水位与最低水位间仅相差3～4倍，变幅相对甚小，不适宜这两种方法。另外二滩工程为双曲拱坝，拱坝是固结于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱坝，其拱冠剖面成竖直的或向上游凸出的曲线形，如果分期，拱就不能作为一个整体受力，施工应力状态恶化将导致拱坝的破坏，故拱坝不能用分期导流的方法，而应采用一次拦断即全段围堰法导流。全段围堰法又分为隧洞导流、明渠导流和涵洞导流。可根据河谷形状系数K来选择导流方式，K＝坝顶长/最大坝高＝775m/240m=3.23，由此判断而选择隧洞导流。并且本工程属于山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，适宜采用隧洞导流。2.1.2.2导流方案比较1、围堰形式比较围堰形式的选择，首先考虑的是采用过水围堰还是不过水围堰。由前面选择的上、下游均采用土石围堰，土石围堰优点甚多，构造简单，修筑方便，就地取材，造价低廉，且容易拆除，施工中可达到很高的强度。但是土石围堰不采取特殊的防冲措施，一般不允许过水，并且由于它的设计边坡较缓、断面较大，且抗冲能力较小。且本工程坝址河谷狭窄的地区，河床宽度仅为100m左右，根本布置不下纵向围堰。本工程的洪枯流量相差不大，水位变化较小，不适宜考虑洪水期的围堰过水问题，故采用不过水围堰。另外对于不过水围堰，是选择高水围堰还是低水围堰，主要根据工程的工期长短及工作量大小来确定。本工程坝址河床上有较深的覆盖层，坝体施工过程中的基坑开挖量及下部混凝土浇筑量均很大，这么大的工作量不可能在一个枯水期内完成。根据坝址处的水文气象条件也可知，该区域水量丰富，坝体施工时围堰需全年挡水，综合以上各方面条件，选择高水围堰。即一次高水围堰隧洞导流。 2、洞径比较（见附录一）选择一个经济洞径即导流泄水建筑物总造价最低的面积所对应的隧洞洞径。根据以下公式计算：Q=μA式中，Q——泄流能量，m3/s；μ——流量系数，一般在0.6～0.9之间；A——泄水道的控制断面积，㎡；z——上、下游水位差，m。初拟三个围堰高为70m，55m，40m，则对应的围堰高程z1为1080m，1065m，1050m，在水库水位～库容关系曲线上分别找出对应的库容V为4.8亿m3，3.0亿m3，1.8亿m3。并在Q～t曲线上绘出下泄流量曲线q～t，使入库流量Q与下泄流量q所包围部分的面积分别与库容在数量上相等。试算结果列于下表2-4。表2-4试算成果围堰高（m）705540围堰高程（m）108010651050库容（亿m3）4.831.8流量（m3/s）120001260013000下游水位（m）1027.31027.91028.3上下游水位差（m）52.737.121.7隧洞截面积（m2）559.78667.17872.35隧洞长（m）100010001000围堰顶宽（m）121212围堰底宽（m）215171.5128围堰断面面积（m2）79455046.252800围堰底长（m）120120120围堰堰顶长（m）324281237围堰平均长度（m）222200.5178.5围堰单价（元/m3）303030隧洞单价（元/m3）150150150围堰造价（亿元）0.5290.3040.150隧洞造价（亿元）0.8041.0011.309总造价（亿元）1.3691.3051.459 比较以上各围堰高度所求得的总造价，在力求所用资金最少的情况下，又能既简单又方便的对围堰和隧洞进行施工，即本着“经济上合理，技术上可行”的原则，选择一个最经济的隧洞面积670㎡，对应的流量校核平均流速V=Q/A=18.81m/s<20m/s，符合要求，不致因流速过大而使隧洞破坏。2.1.3选定方案由所选择的经济洞径选定隧洞的尺寸和断面形式，对隧洞进行平面布置。1、隧洞断面型式机尺寸的确定选定的隧洞面积为670㎡，隧洞数目确定为2条，为便于施工和运行，两条隧洞分别布置在河道的两岸。导流隧洞断面型式的选择，取决于抵制好坏、工作条件是有压还是无压，水头的高低，内水及外水压力的大小，以及是否方便施工，有利截流、运行要求等条件。由于该工程区域内的岩性较好，坝区岩性主要有两类：玄武岩和正长岩。左岸深部有少量辉长岩，右岸有砂页岩出露。风化主要沿出露于表层的裂隙或破裂而发育，而位于节理或裂隙面之间的岩块都是坚硬、新鲜或微风化的。两条导流隧洞均为有压隧洞，承受的水压力较大，结合以上诸多条件，选择隧洞断面型式为城门洞形断面，其顶部为圆拱，适于承受铅直围岩压力，且便于开挖和衬砌，施工也有利，截流落差相对较小。导流隧洞断面尺寸的确定，主要取决于通过流量的大小，也取决于地质、施工、综合利用的要求。该导流隧洞需通过的流量较大，地质条件较好，施工也较有利，并且导流隧洞需满足过木要求，故隧洞的底宽应较大，大于10m，断面高宽比一般为1～1.5，此工程地质条件良好，取1.2，则其尺寸按图2-1中的比例计算：(1.2B-B/2)B+π(B/2)2/2=670㎡/2，得B=17.5m，1.2B=21.0m，即导流隧洞尺寸为17.5×21.0（宽×高）。 图2-1导流隧洞断面形式2、在平面上初步确定围堰轴线见附图。确定隧洞的轴线位置：(1)应尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，而将导流隧洞的线路选择在岩石坚固、没有断层或断层较少，裂隙不发育，没有瓦斯并且地下水不严重的地段，洞线要与岩层层面、构造破碎带和节理面有较大的交角。另外，为减小工程费用，方便施工，且有良好的水流条件，洞线在平面上应力求短直。(2)对于有压隧洞，因地形、地址、枢纽布置等原因必须转弯时，应以曲线相连，其转弯半径应不大于5倍洞宽，转着角不宜大于60°，在弯道的上、下游，应设置直线段过渡，直线段长度一般也应大于5倍洞宽。(3)对于有压隧洞，应该有一定的埋藏深度，围岩厚度应不小于3倍洞径，根据工程地质实际情况，可有所放宽，但不应小于1倍洞径。3、进出口高程及底坡导流隧洞的进口，从位置来看，宜放在悬崖、陡坡、岩层出露较浅，稳定性好，进水条件好的部位，还应使围堰坡脚与导流洞的进出口保持在30～50m以上的防冲安全距离。从进出口的高程来看，进出口底部高程应考虑洞内流态、截流等要求，同时还应考虑减少运行期的泥沙磨损、施工方便、封堵及综合利用要求（如过木等）。一般出口底部高程与河底齐平或略高，有利于洞内排水和防止淤积。因此，应综合考虑各种因素来确定其进出口位置（见附图）及高程：进口在1010m～1011m之间，取1010.5m。隧洞流态确定：H0/a=(1065-1010.5)/21.0=2.6>1.5，亦确定为有压流。式中，H0——以进口断面底板高程起算的上游水深； a——洞高。对于有压隧洞，一般为1‰～3‰顺坡，以便于施工检修和排水，该工程底坡取作2‰。2.1.4隧洞水力计算、调洪演算1、导流隧洞水力计算（见附录二）拱度：1/2，总面积：335㎡，L：1000m，i：2‰。判定导流隧洞属“长洞”还是“短洞”：由试验得知：=(64～163)mH,取平均值得：=114mH,式中，——长短洞的界限长度，m；m——进口的流量系数，一般取m=0.32～0.36，取0.36；则H——上游水深，H=/114m=1000/(114×0.36)=24.37m>1.1a=23.1m。故属长洞。随着来水流量不同，隧洞泄流要经过明流、半有压流和有压流等三个阶段：第一阶段：无压过水能力计算根据计算公式：Q=ωC，判断洞内水深是缓流还是急流,式中，Q——流量，m3/s；ω——断面面积，㎡；——断面水力半径，m；——底坡；C——谢才系数，C=R1/6；——粗糙系数，即糙率取0.013。根据计算值Q，求临界水深hK（设=1）。根据计算公式：Q=σsmbH3/2式中，σs——淹没系数，其取值根据比值hc’/H查表而得；hc’——进口断面处的水深，m；m——流量系数，取0.36； b——隧洞过水断面宽度，m；H——以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头，m；由表计算出的Q值，并查《梯形及矩形渠道底宽求解图》求得h值，估计一H值（较h值稍大），根据以上公式求得Q’，若该值与前面的Q值一致或相差甚小，那么该值即为所求；若不一致，则需重新假设，直至求得结果为止。第二阶段：有压自由出流水力计算（因按设计泄流量的最大值查下游水位～流量关系曲线，说明下游水位无淹没出口的问题，故无须进行淹没出流计算）。根据计算公式：Q=μω式中，——出口底板以上的计算水深，m，自由出流时=βa，β值取0.85（出口有顶托，侧墙有约束），a为隧洞高，m；——出口底板高程至上游水位，并计入行近流速水头的总水头，m；ω——隧洞断面面积，㎡；μ——流量系数，在自由出流且管道断面沿程不变时，其值按下式计算：μ=1/其中，——管道总长，m；——进口机管内局部水头损失之和；——谢才系数及水力半径。第二条隧洞的水力计算同第一条隧洞。如此求得两条隧洞组合泄流水位流量关系见表2-5。表2-5洞前水位高程z(m)1010.51013.51016.51019.51022.5隧洞宣泄流量q(m3/s)0618168429224258洞前水位高程z(m)1025.51028.5103510401042隧洞宣泄流量q(m3/s)56487068724077008048洞前水位高程z(m)10501060107010801090隧洞宣泄流量q(m3/s)1013612254140581565617102作隧洞总的联合泄流曲线，图2-2。 图2-2隧洞总的联合泄流曲线2、调洪演算（见附录三）坝体拦洪或围堰挡水，库容较大时，确定上游壅高水位一般应考虑水库的调蓄作用，进行调洪演算，专用于水库调洪计算的使用公式为：-=-=式中，Q1、Q2——分别为计算时段初、末的入库流量，m3/s；Q——计算时段中的平均入库流量，m3/s，=(Q1+Q2)/2；q1、q2——分别为计算时段初、末的下泄流量，m3/s；q——计算时段中的平均入库流量，m3/s，=(q1+q2)/2；V1、V2——分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m3；△t——计算时段，s，根据洪峰历时的长短，通常选用3h、6h或12h。根据已知的水库的容积特性及水库水位库容关系曲线V=f(z)，和典型的洪峰过程曲线，并已求得水位和下泄流量的关系曲线q=f(z)，通过试算确定在8月19日的12 时，有：最大下泄流量qmax=12962.483m3/s，最高上游水位zmax=1064.00m，及最大库容Vmax=2.92亿m3。2.1.5确定围堰高程围堰堰顶高程的确定不仅与导流泄水建筑物的形式、尺寸、平面布置、进口高程和糙率选择有关，而且还与围堰担任的综合利用任务和国家对主体工程施工工期及其他要求密切相关。结合二滩工程的具体实际情况，除了考虑它的防洪、发电要求外，还考虑了过木、灌溉、给水等要求。综合各项因素最后确定设计堰顶高程。计算堰顶高程的基本公式如下：上游围堰的堰顶高程：Hu=hd+z+ha+δ；下游围堰的堰顶高程：Hd=hd+ha+δ；式中，Hu——上游围堰堰顶高程，m；Hd——下游围堰堰顶高程，m；hd——下游水位高程，可直接从河流水位流量关系表查出，m；z——上、下游水位差，m；ha——波浪爬高，ha=0.0166V05/4D1/3，其中，V0——计算风速，m/s；D——风作用于水域的长度，km，称为吹程；δ——围堰的安全超高，m，对于不过水围堰按表确定。由：Hd=1028.7m，hd+z=1064.00m，V0=16.0m/s，D=1km，ha=0.0166×16.05/4×11/3=0.53m，δ=0.5m（土石围堰Ⅳ级）。计算得：上游围堰高程为：Hu=1064.00+0.53+0.5=1065.03m，上游围堰高：1065.03-1010.5=54.53m。下游围堰高程为：Hd=1028.7+0.53+0.5=1029.73m。2.2导流建筑物的设计2.2.1围堰的结构与布置设计2.2.1.1围堰的结构形式围堰有多种形式，包括土石围堰、混凝土围堰等。1、土石围堰 不过水土石围堰在工程中应用广泛。它能充分利用当地材料或废弃的土石方，结构简单，施工方便，造价低廉，可以在动水中、深水中、岩基上或有覆盖层的河床上修建，且易拆除。但其工程量大，堰身沉陷变形较大，此外，除非采取特殊措施，土石围堰一般不允许堰顶过水，所以汛期应有防护措施。土石围堰按防渗体结构可分为斜墙围堰和心墙围堰，按防渗体材料又有塑性和刚性斜墙围堰、塑性和刚性心墙围堰等。塑性斜墙围堰一般用土料作防渗结构，石渣作堰体，可充分利用开挖填料。斜墙与堰体施工干扰小，便于抢进度和深水中施工。并且，基础防渗处理与堰体填筑可同时进行，以利基坑提早抽水。但水中抛填土质斜墙坡度较缓、断面较大，往往增加了纵向围堰或隧洞、明渠的长度。为避免冲刷，斜墙都设置保护层。塑性心墙围堰同斜墙围堰一样可充分利用开挖弃料，其断面尺寸较斜墙围堰小，但心墙围堰施工水深不宜过深，在深水中抛土料时心墙断面较大，坡度不宜控制。并且，心墙和壳体填筑需循序升高，其高差不宜过大。基础防渗处理与心墙填筑也不能同时进行。为了方便施工，心墙还可不削坡，做成锯齿形，如图2-3。土质斜墙或心墙与堰壳体之间都需设置反虑层。图2-3若当地有足够数量的渗透系数小于10-4cm/s的防渗料（如沙壤土）时，土石围堰可采用斜墙和斜墙带水平铺盖式两种型式。其中前者适用于基岩河床；后者适用于覆盖层厚度不大的场合。斜墙和水平铺盖在大多数情况下均需水下抛填，一般坡度很缓，这与水深和抛填土料性质有关。若当地没有足够数量的防渗料或覆盖层较厚时，土石围堰可采用垂直防渗墙式和帷幕灌浆式两种型式，用混凝土防渗墙、高喷墙或帷幕灌浆来解决基础和堰身的防渗问题。 土石围堰的堰体本身就具有防渗性能，一般不另设堰体防渗结构。对于二滩这样的大型工程，水头较高，覆盖层较厚且颗粒组成多为块碎石夹砂卵砾石层卵砾石夹砂层和紧密粉质粘土层，采用混凝土防渗墙防渗十分有效。原来采用冲击钻机钻孔、泥浆固壁、浆下浇筑混凝土，工艺流程复杂，施工进度缓慢。现在已采用反循环钻机造孔、清水护壁，节省了泥浆系统，缩短了工艺流程，加快了施工进度，降低了工程成本。2、碾压混凝土围堰在岩基河床上，特别是坚硬岩基，摩擦系数较大的河床，或河床岩石虽然较差，但河谷狭窄，两岸基岩坚硬完整时，常选用混凝土重力式围堰。选用混凝土围堰的一个重要原因是它的设计挡水水头不受限制，底宽小，在相同水头的情况下，它的断面最紧凑，工程量最小。同时，它的抗冲能力强，不仅可做横向围堰，亦可做纵向围堰；不仅可做不过水围堰，亦可做过水围堰。它的防渗效果好，施工比较方便，易于与永久建筑物相连接。但最大的缺点是要消耗不少的木材和水泥。2.2.1.2围堰的布置1、围堰的平面布置围堰的平面布置是一个很重要的问题，如果平面布置不当，围堰基坑的面积过大，会增加排水设备容量；过小则会妨碍主体工程施工，影响工期；更有甚者，会造成水流宣泄不顺畅，冲刷围堰及其基础，影响主体工程安全施工。围堰的平面布置一般应按导流方案、主体工程轮廓和对围堰提出的要求而定。二滩工程采用全段围堰法导流，基坑是由上、下游横向围堰和两岸围成的。上、下游横向围堰的布置都取决于主体工程的轮廓。通常，基坑应有足够的面积施工，上游距开挖边坡有足够的距离，下游在水垫塘的二道坝下游。基坑坡趾与主体工程轮廓之间的距离，不应小于20～30m，以便布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡大小，则与地质条件有关。全段围堰法导流，为减少工程量，围堰多与主河道垂直。此外，布置围堰时，应尽量利用有利地形，减小围堰的高度与长度，从而减少围堰的工程量。同时，还应结合泄水建筑物来考虑围堰的布置，以保护围堰的安全。2、围堰断面尺寸的设计堰顶宽度应视围堰高度、结构型式及材料组合等而定。该上游围堰高 1065.03m-1010.5m=54.53m,下游围堰高1029.73m-1008.5m=21.23m，考虑堰顶需要通行汽车等车辆，其宽度视交通要求而确定为上游围堰宽12m，下游围堰宽6m。土石围堰的边坡取决于土石料的性质，压实程度及地基的承载能力等。一般地基承压都无问题，主要决定于填筑材料的抗剪强度。参考《干填碾压粗估坝坡》表，粗设围堰上游坡为1：1.5（上部）和1：2.5（下部），下游坡为1：1.4（上部）和1：2.0（下部）。其断面形式如图2-4所示。图2-4心墙围堰断面形式1－沙砾石覆盖层；2－粘土心墙；3－沙砾石；4－护坡。沙砾石层厚20～30m，最厚达38m。3、围堰的防渗、接头处理(1)围堰的防渗土石围堰的防渗如前所提到的，一般采用斜墙、斜墙接水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。围堰一般需在水中修筑，因此，如何保证斜墙和水平铺盖的水下施工质量很关键。湖南柘溪水电站土石围堰的斜墙和铺盖是在10～20m深水中，用人工抛填方法施工。施工时注意了滑坡、颗粒分离及坡面平整等的控制。抛填3个月后经取样试验，填土密实度均匀，防渗性能良好，干密度均在1.45t/m3以上，无显著分层沉积现象，土坡稳定。上部坡高8～9m范围内，坡度约为1：2.5～1：3.0；下部坡度较缓，一般均在1：4.0以上。由此可见，尽管斜墙和水平铺盖的水下施工程度较高，但只要施工方法选择得当，是能够保证质量的。 (2)围堰的接头处理围堰的接头是指围堰与围堰、围堰与其它建筑物及围堰与岸坡等的连接而言。围堰的接头处理与其它接头处理与其它水工建筑物接头处理的要求并无多大区别，所不同的仅在于围堰是临时建筑物，使用期不长，因此接头处理措施可适当简便。土石围堰与基岩和岸坡的接头，土石围堰的防渗体无论是心墙还是斜墙均应与基岩和岸坡接触良好，其接触宽度应满足规范对渗径的要求。防渗体与岸坡连接时，岸坡的坡度不应大于1：0.7。若过陡或有反坡存在，则应削坡满足上述要求。为了满足防渗时对渗径长度的要求，通常采取“扩、包、嵌”的措施。所谓扩，就是将防渗体与岸坡的接触面积增大，使接触应力减小，渗径增长；所谓包，就是将防渗体延伸，沿上游岸坡包裹一段距离，以防绕坝渗透；所谓嵌，就是在岸坡上挖一定深度的截水齿槽将防渗体嵌入岸坡。2.2.1.3方案选定：围堰的稳定计算和应力分析围堰稳定性的破坏，有滑动、液化和塑性流动等。一般计算抗滑稳定即可，对于二滩工程，综合考虑其坝址的地形、地质及水文条件，并结合工程施工的规模和进度等因素，该围堰具有足够的稳定性维持堰体自身的稳定，并且不会影响其它的施工。2.2.1.4工程量计算(估算)如图2-5，其中上游围堰高54.53m，下游围堰高21.23m。上游围堰断面下游围堰断面图2-5围堰断面图上游围堰断面积：557.57+2047.06+654.36+520.37+1806.72=5586.08㎡下游围堰断面积：84.50+310.70+127.38+78.87+271.90=873.35㎡ 其中，围堰堰长取围堰中部长，见图2-6。上游围堰长：（280+120）/2=200m，图2-6下游围堰长：（182+120）/2=151m，故围堰工程量估算为：5586.08×200+873.35×151=125万m3。2.2.2导流隧洞的结构设计2.2.2.1隧洞的支护形式1、隧洞衬砌隧洞衬砌主要从工程整体的经济上考虑，来减小洞壁的糙率，提高隧洞导流的过水条件。在一般情况下，不衬砌隧洞应该是经济的。但有时，由于衬砌与不衬砌的糙率相差较大，致使衬砌隧洞反而比不衬砌隧洞更经济。而且，在洞长范围内，岩层不可能全部新鲜完整，尤其是进、出口段，常是薄弱部位，一般在离洞口1～3倍洞径长度范围内，采用全断面衬砌。在局部地段也有只衬砌顶拱，而不衬砌侧墙和底部的，如在整条隧洞的中间部分，侧墙岩体稳定，仅顶部稳定性较差时。另外还有一种开口式衬砌，当介于前两者之间部位时，顶拱和边墙衬砌，底部不衬，或底板与边墙分离。衬砌厚度通常是参照已建工程类比初步拟定，然后通过计算分析确定。国外有些资料介绍，混凝土及混凝土衬砌厚度一般为隧洞宽度的1/8～1/12，我国已建工程也接近于这一数值。顶拱厚度d0确定后，其他截面厚度一般为：拱端厚度dn=（1～1.5）d0；边墙厚度dB=（1～1.6）d0；底部厚度dR=（0.6～0.8）d0。2、喷锚支护导流隧洞的开挖及形成，改变了围堰的原有应力场及受力条件，并在一定程度上影响围岩的力学性能，导致隧洞变形，严重时出现掉块甚至坍塌等现象。喷锚支护，是地下工程施工中对围岩进行保护和加固的主要技术措施。 喷锚支护技术有很多类型，包括单一的喷混凝土或锚杆支护、喷混凝土、锚杆（索）、钢筋网、钢拱架等分别组合而成的多种联合支护。喷锚支护的作用是加固与保护围岩，确保洞室的安全稳定。由于围岩状况的复杂性与喷锚支护理论尚处于发展中，对于具体的地下隧洞等的支护结构型式选择与参数设计，目前一般多采用工程类比和现场测试相结合的方法，可根据大量工程实践的分析与总结得出不同类别围岩条件下建议的支护类型与设计参数初步选定。选用的支护型式及设计参数为：12～20cm厚喷混凝土，2.5～4.0m长锚杆。锚杆是用金属（主要是钢材）或其他高抗拉性能材料制作的杆状构件配合使用某些机械装置、胶凝介质，按一定施工工艺，将其锚固于地下洞室围岩的钻孔中，起到加固围岩、承受荷载、阻止围岩变形的目的。在工程中，按锚杆与围岩的锚固方式，基本上分为集中锚固和全长锚固两类。后者由于锚杆锚固可靠耐久，运用较多，在此我们选择其中运用较为普遍，施工方便，经济可靠的由水泥沙浆胶结的螺纹钢筋锚杆。水泥沙浆锚杆的施工，可先压注沙浆后安设锚杆，也可先安设锚杆后压入沙浆。其施工顺序包括：钻孔、钻孔清洗、压入沙浆和安设锚杆等。喷混凝土是将水泥、砂、石子和外加剂（速凝剂）等材料，按一定比例拌和后，装入喷射机中，用压缩空气将混合料压送到喷头处，与水混合后高速喷到作业面上，快速凝固在被支护的洞室壁面，形成一种薄层支护结构。喷混凝土不但与围岩表面有一定的粘结力，而且能充填围岩的缝隙，将分离的岩面粘结成整体，提高围岩的自身强度，增强围岩抵抗位移和松动的能力；喷混凝土还能封闭围岩，防止风化，缓和应力集中。2.2.2.2隧洞进出口的结构型式1、隧洞的进口设计(1)导流隧洞进口位置隧洞洞口的位置，取决于地形、地质条件，洞顶的岩层厚度应满足成洞要求。通常，尽量减少明挖，避免开挖高边坡，不仅有利于缩短工期，在经济上也是合理的。有时为了创造进洞条件，对洞口岩层进行灌浆或锚固处理。据国内几个工程的统计，进、出口明挖方量约占隧洞总开挖量的25%～80%，明挖费用占总开挖费用的11%～58%。洞口的经济位置，即在某一洞顶岩层厚度，改洞挖为明挖，其工程总开挖投资最省的这一位置。 隧洞洞口的位置，从防止洞口跨塌的角度研究，要求洞口的位置保证洞睑（洞门顶至地表）岩层应有足够的安全厚度。国外规范规定此安全厚度不应小于二倍天然拱高ha，即h≥2ha=2B/2f=B/f(m)，国内在确定洞睑岩层厚度时，考虑了洞门开挖形状，有h=C·B/f，其中，f——岩石牢固系数，取6；B——洞门开挖宽度，m；C——洞门形状系数，平拱采用1.3～1.5，曲线拱采用1～1.2。h=1.2×17.5/6=3.5m，实际的安全厚度为21m>3.5m，满足安全要求。(2)隧洞进口的结构设计①隧洞进口的设计要求首先，洞口岩体加固，设计中由经济观点确定的洞口位置，岩石破碎节理和裂隙发育，需要对洞口岩体采取加固措施。可以开挖前对洞睑岩石采用固结灌浆加固；或开挖时采用掘进机掘进；或用弱振爆破，尽量减轻对围岩的扰动；或采用锚固措施，如用钢筋、型钢或预应力锚索。其次，进口型式应有利于改善进水条件，良好的进口型式，可以提高隧洞的泄流能力，避免气蚀的发生。②隧洞进口型式与布置无论隧洞断面是什么型式，将进口设计成喇叭口是必要的，喇叭口是由1/4椭圆曲线构成，其长、短半轴对于门顶是a1，b1，对于进口侧壁是a2，b2，其设计参数代号如图2-7。隧洞进口属于一种短进水口，其结构组成包括：进口段AC、门槽段CE、压板段EF。进口段AC顶部曲线多为椭圆曲线，其方程可表达为:，对城门洞型隧洞，a1=(3～4.5)b1，b1=(1/ε-1)h（h为平均洞高），ε为洞口的垂直收缩系数；进口侧壁的椭圆曲线方程为，其中a2=3b2，b2为（0.22～0.27）倍的洞宽。 图2-7隧洞进口设计参数门槽段CE，O、E点可同高程，E点处可略修圆，CD之上留一空口，宽度约为5倍止水宽度，以便在动水中关闭检修门时利用水柱平衡水压力下门。进口门槽，对水头损失影响较大，并且是最容易产生气蚀的部位。根据实践经验，当流速超过10m/s时，槽内压强降低，其压强随b/d的增大而减小，压强越低，就越易引起气蚀。因此，门槽不能做得过宽，对于中、高水头的闸门，宜用收缩门槽，如图2-8，根据有关试验，可采用下列尺寸：b/d=1.0～2.0；r=0.1d；错距比δ/b=0.05～0.08；收缩面的坡度，一般为1：6～1：12，对于高水头要采用1：20～1：24。 图2-8收缩门槽压板段EF,在进口椭圆曲线AB后接一斜率为S1的压板BC，门槽后的压板EF的斜率为S2，当S2取1：4，1：5，1：6时，对应的S1分别取1：4.5，1：5.5，1：6.5。洞前水头H大于30m，h2/h1（洞高收缩比）取作1.20～1.25，压板段长度L最短可取为h1的数值。为了隧洞封堵，进口常设置封堵闸门和启闭平台。进口型式应有利于改善进水条件，良好的进口形状，对于提高泄流能力和防止气蚀破坏具有明显效果，一般应设置渐变段。渐变段长度常为1～3倍洞径或洞宽，采用1/4椭圆曲线，按规定的椭圆方程推算，如图2-9。另外，从洞口的结构来讲，还应符合封堵闸门的尺寸，确定门槽的尺寸和位置。→→（a）隧洞进口断面(b)隧洞渐变断面变化图图2-92.2.2.3隧洞的出口设计隧洞出口的布置，应保持水流的良好衔接，达到消能防冲的目的。出口的高程和型式，不仅影响出口的水流状态，而且影响洞内的流态，因此，出口的型式与布置，应同进口及洞内的流态成为整体考虑，并通过水工模型试验验证。此隧洞水头较高，洞内流速往往较大，根据经验，弗汝德数Fr﹥4时，出口开始出现负压，当Fr﹥6时，出口全断面将产生负压，即使出口处于淹没状态，其顶部也可能出现负压。开始出现负压的条件，可用下式判断：Hp≤V1(V1-V2)/g， 其中，Hp—出口淹没水深，即下游水位与洞顶高程差，m；V1、V2　—　分别为出口处洞内流速和出口处流速，m/s。此式表明，出口淹没水深越大，越不易出现负压；当洞内流速不变，出口外流速突然减小，对防止出现负压极其不利。因此要求出口外的断面逐渐加大，有一个渐变的扩散段。出口消能的方式一般有三种：扩散消能、挑流鼻坎和消力池消能。对于按有压设计的导流隧洞，为防止流量变化引起半有压流持续的时间过长，范围过大，隧洞出口高程不宜过高，隧洞出口明渠段的宽度不宜马上扩宽，且不宜采用平台扩散消能。宜将隧洞出口设计为具有反弧状的挑流鼻坎，同时使挑射角呈适宜的角度。挑射角度一般为20o～40o。挑射角大，有利于消能，但角度过大，将影响泄流能力。碧口电站导流兼泄洪隧洞出口采用35o，升钟电站隧洞出口采用20o。正确的二滩工程方案应来自于水工模型试验的深入研究，分析从略，采用挑射角度为30o，如图2-10。图2-10隧洞出口挑流鼻坎2.2.2.4隧洞的衬砌参考已建工程清江水布垭水电站的导流隧洞，本工程导流隧洞分段衬砌结构设计如下：导流隧洞的衬砌型式根据不同洞段围岩的地质情况及运行条件，分别采用了混凝土衬砌，钢筋混凝土衬砌与混凝土喷锚组合衬砌型式。对于导流隧洞进出口、大部分岩性较差的围岩洞段，采用全断面钢筋混凝土衬砌，围岩岩性好的洞段采取顶拱喷锚，侧墙及底板钢筋混凝土衬砌（单层配筋）的组合衬砌型式。(1)导流隧洞进口及渐变段。进口渐变段长80.0m，封闭式钢筋混凝土衬砌，厚1.5m。临时支护方案为锚、喷（挂网）支护，并辅以超前锚杆或钢拱架。挂网钢筋直径6 ㎜，网格间距20㎝×20㎝；喷混凝土厚度20㎝，系统锚杆采用Φ25㎜钢筋，间排距1.5m×1.5m，系统锚杆长4.0m，顶拱加设间距4.5m，排距3m的10m长锚杆。挂网喷混凝土范围为洞顶以下10m。(2)完整硬岩展布段。该导流隧洞围岩稳定，岩体完整连续。衬砌型式为：在边墙直线段以上，采用挂网喷锚支护，喷护混凝土厚15㎝，侧墙为垂直厚0.3m的钢筋混凝土衬砌，底板厚度0.3～1.3m，单层构造配筋。(3)出口渐变段。出口渐变段长80.0m，为利于施工及运行期的稳定安全，采用钢筋混凝土封闭式衬砌，顶拱厚0.6m，底板厚0.9～1.9m。临时支护方案为喷锚支护，并辅以超前锚杆或钢拱架。挂网钢筋直径Φ6㎜，网格间距20㎝×20㎝；喷锚支护；系统锚杆直径25㎜钢筋，间排距2.0m×2.0m，长4.0m。2.2.2.5隧洞的工程量进、出口段开挖断面面积（17.5+1.5×2）×（21+1.5×2）=492㎡，开挖量492×2×80×2=15.744万m3；洞身段开挖断面面积π×（17.5+0.15×2）2/8+（21-17.5/2+1.0）×（17.5+0.3×2）=364.18㎡，开挖量364.18×（1000-160）×2=61.183万m3，即两条导流隧洞的总开挖量为15.744+61.183=76.927万m3。由前面隧洞计算得总断面积为670㎡，隧洞长1000m，则其开挖量估算为670×1000=67万m3。则其衬砌、锚喷总方量达76.927-67=9.927万m3。2.3导流工程施工2.3.1围堰施工围堰的施工过程是与洪水争时间的过程。围堰的施工质量好，速度快是施工防洪度汛的基础，也是主体工程顺利完建的重要保证。围堰施工既有组织安排问题，又有施工技术问题。应从工程实际情况出发，着眼于主体工程和临时工程的特点，工程所在地区的各种自然条件的全面分析，在此基础上制定围堰的施工计划，提出围堰的具体措施。 2.3.1.1围堰的施工程序及控制方法就围堰修筑的时间而言，围堰的前期进占，通常应设在枯水期前的平水期进行，留下龙口，待枯水期到来后伺机合龙，迅速形成基坑，进行排水施工，在次年洪水到来之前，将围堰修到拦洪设计高程，并为完成相当数量的基坑工程创造条件。当围堰堰体较大，工程量较大时，一个枯水期难于达到设计堰顶高程，就不得不跨过一个汛期利用两个枯水季施工。所以在第一个枯水季将围堰筑成过水断面，汛后在过水断面的基础上加高到不过水围堰的设计高程。就围堰施工的高程而言，不是将围堰修到顶再下基坑施工，通常从高程上分两期进行。第一期先进行截流戗堤顶部高程以下的围堰断面的施工，包括戗堤进占、合龙、闭气、堰体培厚等。围堰的第一期工程为主体工程河槽内的施工创造了条件。随着主体工程基础开挖的进行，充分利用开挖出渣的废料对围堰进行加高、培厚，并达到围堰的设计高程，这是围堰的第二期工程。围堰的平面施工程序，对加快施工进度具有十分重要的意义。对于二滩的一次围堰，当施工机械设备数量不足，施工队伍组织欠佳时，国内多采用的是集中力量进占合龙，再对戗堤加高培厚形成围堰。当施工机械化程度很高，施工队伍训练有素，可采取戗堤超前，堰体填筑随后，全断面推进的施工方案。2.3.1.2围堰的地基处理及拆除措施1、地基处理围堰地基处理主要解决的是堰基覆盖层的防渗处理。常用的方式有：粘土铺盖、帷幕灌浆、混凝土防渗墙、截水墙及板桩等。目前随着施工机械化水平的提高，应用较多的是混凝土防渗墙。混凝土防渗墙系沿堰基防渗线开挖一道狭窄的深槽，槽内注入泥浆护壁，当单元槽段开挖完毕后，可在泥浆下浇筑混凝土，筑成一道连续墙。混凝土防渗墙应具有足够的抗渗性，满足各项强度要求，防止开裂影响防渗效果。防渗墙与基岩、岸坡、堰体及其他防渗设施应良好地连接。围堰地基的混凝土防渗墙一般采用冲击钻造孔浇筑混凝土，其型式有柱列式和板槽式。采用施工较为简便的柱列式的搭接型，如图2-11 ，由各个混凝土柱互相搭接而成的连续防渗墙，施工时先钻第一期孔（每隔一孔），在第一期孔浇筑混凝土后约一周，再钻第二期孔。二期孔将一期混凝土柱削掉一部分，互相搭接而成完整的混凝土防渗墙。图2-11搭接型2、拆除围堰是临时建筑物，导流任务完成以后，应按设计要求进行拆除，以免影响永久建筑物的施工及运行。不少工程由于导流泄水建筑物进出口的围堰拆除不干净，使截流时分流不畅，产生较大的壅高，从而增大了截流龙口的落差，给截流造成一定的困难。如果下游横向围堰拆除不干净，会抬高尾水位，影响水轮机的利用水头，浙江富春江水电站曾受此影响，降低了水轮机出力，造成不应有的损失。土石围堰一般可用挖土机械或爆破等方法拆除。土石围堰断面较大，因此有可能在施工期最后一次汛期之后，上下游水位下降时，从围堰的背水坡开始分层拆除，待已不需要围堰挡水时，最后拆除残余部分。但必须保证依次拆除后所残留的断面能继续挡水和维持稳定，以免发生安全事故，使基坑过早淹没，影响施工。2.3.2导流洞的施工2.3.2.1洞睑边坡开挖边坡开挖按设计开挖线自上而下分台阶进行。采用潜孔钻机钻孔爆破，为减少对岩体的破坏和保证开挖规格，采用预裂爆破或预留保护层，预留保护层按光面爆破进行开挖。根据地形条件设出渣运输道。边坡支护或加固随着开挖分层进行，并按设计要求做好坡顶和各台阶的排水系统。洞睑边坡的加固设计见前。2.3.2.2进出口的开挖二滩工程坝址位于两岸坡陡狭窄的河谷段，两岸多山，开挖方大多为石方开挖。参照石方开挖程序及其使用条件表，对于施工场地窄小，开挖量大且集中的隧洞进出口，应采用自上而下的开挖程序，具体安排步骤应为：先开挖边坡，后开挖底板。 开挖程序确定以后，根据岩石条件，开挖尺寸，工程量和施工技术要求，通过方案比较拟定合理的开挖方式。该导流隧洞高21m，岩石状态较稳定，宜采用钻爆分层开挖的方法进行开挖，由外向内进洞。土石围堰不允许过水。若围堰在汛前未能填筑到拦洪高程，可以考虑降低溢洪道高程，设置临时溢洪道，用临时断面挡水，或经过论证采用临时围堰表面保护措施过水。本工程采用临时断面挡水。土石围堰的临时断面型式有施工度汛临时斜墙挡水方案和修筑永久心墙度汛挡水方案。前者增加了临时斜墙的施工，但不影响汛期围堰堰体的加高；后者利用部分永久心墙挡水，虽然省掉了临时斜墙的工作量，但是汛期堰体，特别是心墙的加高，受到影响。采用前者较合适。采用临时度汛断面的指导思想是“挡”，若万一“挡”不成功，可采取临时防冲措施，让未完建的土石围堰溢洪，或预留危害程度较轻的溢流口，过流以后，做好修复工作，确保堰体的质量，以免留下隐患。实践证明，只要防冲措施得当，事后处理合宜，大多数工程过水后并未发生实质性破坏。故而采用临时断面挡水度汛是防洪度汛比较安全可靠的一项措施。2.3.2.3洞身的开挖在工程施工中，为了加快工程进度，如果洞线较长，工期紧迫，仅靠进出口两个工作面不能按期完工，并且地形及地质条件允许，施工支洞的工程量（包括对外交通线路）又不大，可考虑开挖施工支洞等来增加工作面。对于本工程，考虑到地形地质、洞内外运输道路和施工场地布置等各方面原因，显然不适合开挖施工支洞，仅按进出口两段同期开挖的方式进行开挖。该导流隧洞围岩比较稳定，洞线较长，洞径较大，并结合洞线沿线的地形地质施工场地等条件，隧洞开挖宜采用断面分部开挖的平行作业方式。分部开挖将整个断面分成若干层和块，分层分块开挖推进，可不采用大型设备，就能进行大断面洞室开挖，比较机动灵活，能适应地质条件的变化，但施工组织会比较复杂，施工进度可能受到影响。开挖时采用自上而下的正台阶法，其上层开挖高度一般为6～8m，如图2-12 ，下部台阶的开挖可采用露天深孔梯段爆破方法，以提高施工效率。平行作业的工作面现行开挖，衬砌滞后一段施工，分部开挖，分部衬砌施工。图2-12正台阶法1，2，3—台阶序号采用钻孔爆破法开挖该隧洞，这种方法对岩层地质条件适应性强，开挖成本低，是开挖该地区大量石方的较好的方法。爆破后的残渣采用小型的挖掘机械并结合运输机将石渣运出洞外。2.3.2.4混凝土的浇筑隧洞混凝土的机械化施工按混凝土运输分为有轨运输和无轨运输两种，选用有轨运输，运输设备选最适合长洞的搅拌罐。按一定配比的混合料经拌和机搅拌均匀后得到的混凝土，用混凝土泵输送入仓，采用普遍用于隧洞的液压活塞泵，浇注时先浇底板后浇边墙。运输过程中混凝土拌和物受周围环境因素的影响小，运输浇筑的辅助设施及劳力消耗较小，具有相当的优越性。2.3.2.5施工工期隧洞从1991年开始开挖，历时2年，隧洞边开挖边衬砌边浇筑，到1995年全面完工。2.4截流2.4.1截流时段及流量选择2.4.1.1截流时段的选择 截流年份内截流时段的选择，既要把握截流时期，选择在枯水流量，风险较小的时段进行；又要为后续的基坑工作和主体建筑物的施工留有余地，不致影响整个工程的施工进度。确定截流时段须考虑以下要求：(1)截流以后，需要继续加高围堰，完成排水、清基、基础处理等大量基坑工作，并应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上，为了保证这些工作的完成，截流时段应尽量提前。(2)对于有通航、过木、灌溉、供水等要求的河道，截流时段的确定应全面兼顾，使截流对流道综合利用的影响最小。雅砻江河谷狭窄，滩多水急，绝大部分河道不通航，但是它对漂木过木具有十分重要的作用，另外还涉及到灌溉、供水，应综合考虑。(3)在有冰凌的河流上，截流不应在流冰期进行。综上考虑，截流时段应选在枯水期初，流量已有明显下降的时候，而不一定选在流量最小的时刻。根据工程的洪水流量表1-1可知，枯水期在11月～翌年5月，综合考虑水文条件和工期制约等因素，确定其截流时段为11月（1993年）。2.4.1.2截流流量的选择龙口合龙所需的时间往往很短，一般从数小时到几天。为了估计在此时段内可能发生的水情，做好截流的准备，须选择合理的截流设计流量。一般可按工程的重要程度，根据河流水文特性及施工条件进行选择，选用截流时期内重现期5～10年的旬或月平均流量。选取重现期为10年的旬平均流量，即（1950+1620+1370）/3=1647m3/s。并根据当时实际情况和水文气象预报加以修正，按修正后的流量进行各项截流的准备工作。选择其截流流量为2000m3/s。2.4.2截流方式河道截流有立堵法、平堵法、立平堵法、平立堵法和下闸截流等多种方法。立堵法是将截流材料，从龙口一端向另一端或从两端向中间抛投进占，逐渐束窄龙口，直至全部拦断。较适用于大流量，岩基或覆盖层较薄的岩基河床。而平堵法截流事先要在龙口架设浮桥或栈桥，用自卸汽车沿龙口全线从浮桥或栈桥上均匀、逐层抛填截流材料，直至戗堤高出水面为止。较适用于软基河床上。 截流材料用自卸汽车在进占戗堤的端部直接卸料入水，或先在堤头卸料，再用推土机推入水中。立堵法截流不需要在龙口架设浮桥或栈桥，施工简单费用较低，但是截流时龙口的单宽流量较大出现的最大流速较高，而且流速分布很不均匀，需要用单个重量较大的截流材料，截流时工作前线狭窄，施工进度受到影响。而平堵法则刚好相反。二滩坝址河谷狭窄，水流迅急，流量大，且多滩，河床覆盖层较厚，考虑到以上等诸多因素，需要根据施工条件充分研究各种方法对截流工作的影响，并通过试验研究和分析比较来选定（略）。该工程技术复杂，选用平立堵法，即先用平堵法进占，而后在小范围龙口内用立堵法截流，经济又合理。为节省时间加快施工进度，宜采用双戗两岸进占。2.4.3截流戗堤轴线和龙口位置的选择1、截流戗堤轴线位置选择(1)截流戗堤是土石围堰的一部分，布置在上游围堰和下游围堰中非防渗体的位置。(2)采用双戗截流，为使各戗堤均能分担一定落差，戗堤间距需满足一定要求。将双戗截流分别布置在上、下游两个围堰内。(3)确定戗堤位置时，应考虑与围堰防渗体的关系，防止合龙时的流失料进入防渗体部位。(4)工程采用平立堵结合的方式截流，平堵截流戗堤轴线位置应着重考虑便于架桥的地形条件，力求使架桥工作量小些。(5)选择的戗堤轴线位置还须与龙口位置选择相合适结合。2、龙口位置选择龙口位置的选择，对截流工作顺利与否密切相关。选择龙口位置还需考虑以下技术要求：(1)龙口设置在河床主流部位，方向力求与主流顺直，使截流前河水能较顺畅地经由龙口下泄。(2)龙口选择在耐冲河床上，以免截流时因流速增大，引起过分冲刷。(3)龙口附近有较宽阔的场地，便于布置截流运输线路和制作、堆放截流材料。3、龙口宽度 原则上龙口宽度应尽可能窄些，这样可以减少合龙工程量，缩短截流延续时间，但不引起龙口及其下游河床的冲刷为限。为了提高龙口的抗冲能力，保证戗堤安全，必要时须对龙口加以保护，包括护底和裹头。雅砻江五通航要求，龙口宽度及其防护措施，可根据相应的流量及龙口的抗冲流速来确定。通常使用一般石渣进占，材料抗冲流速可按有关公式计算。如果仅用一般石渣进占，计算的龙口宽度过大时，也可考虑在预进占中提前使用部分大的泡投料，以减少预留龙口宽度。2.4.4截流水力计算1、截流水力计算的依据截流过程中，水库库容不大，一般情况下，合龙过程中的河道流量（截流设计流量）Qr可分为四部分，即Or=Q+Qd+Qac+Qs式中，Q——龙口流量，m3/s；Qd——分流建筑物中通过的流量（分流量），m3/s；Qac——上游河槽中的调蓄流量，m3/s；Qs——戗堤渗透流量，m3/s。其中，Qd为隧洞导流时求出的泄流曲线q～▽，即Qd=f(▽)；Q为龙口泄流能力，立堵截流时用堰流公式，即Q=f（▽）；2、龙口泄流能力计算立堵截流龙口泄水能力可按下述堰流公式计算：Q=m3/2式中，——龙口平均过水宽度，m；——龙口上游水头，m；m——流量系数。对于立堵，非淹没流时取m=0.385，淹没流时，m值按下式计算：m=（1-）式中，——龙口上、下游水位差，m；——龙口上游水头，m。列别捷夫建议的淹没界限为/=0.3，即当/〈0.3时，认为是淹没流。3、合龙过程中的水力计算 不考虑Qac和Qs，当上游水位1014.9m〈▽〈1017.27m时，在分流曲线Qd=f(▽)上取几个点（Qd，▽)，则龙口流量Q=Qr-Qd=m(▽-1010)3/2,求出几组、▽、Q和Qd。龙口平均流速按下式计算：v=Q/h=Q/（－zc）式中，v——龙口平均流速，m/s；Q——龙口流量，m3/s；——龙口平均过水宽度，m；h——戗堤轴线处龙口水深，m；zc——戗堤轴线处落差，m；对于h的取值，当为淹没流时，取h=hs（下游水深），hs=1014.9-1010=4.9m；为非淹没流时，取h=hk（临界水深），如算得的hk