固增水電站EPC模式之導(dǎo)流明渠的設(shè)計(jì)與施工

吳 利 國(guó)， 王 軍 紅， 任 定 春

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

固增水電站位于四川省涼山州木里河干流，總裝機(jī)容量為172 MW，正常蓄水位高程為2 215 m，死水位高程為2 213 m，總庫(kù)容為48.4萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容為11.8萬(wàn)m3，其主要任務(wù)為發(fā)電。該工程規(guī)模為Ⅲ等，主要建筑物等級(jí)為3級(jí)，次要為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。該工程采用設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工為一體的EPC模式，由中國(guó)水電七局與成都院組成的聯(lián)合體共同實(shí)施建設(shè)。木里河的徑流主要來(lái)源于降雨，其次為冰雪融水和地下水，每年6、7月份水量最豐，9、10月份次豐，11月以后降水大為減少，穩(wěn)定退水至翌年3月，枯期約為5個(gè)月，枯水期水面寬度為20～35 m，流量較??；首部樞紐的主要結(jié)構(gòu)由右岸擋水、泄洪和左岸取水建筑物組成，且其左岸河床較平緩并擁有臺(tái)地；工期包含兩個(gè)枯期，工程量較小，具備分期導(dǎo)流的施工特點(diǎn)。經(jīng)研究決定。最終選擇一枯左岸明渠導(dǎo)流方式，右岸施工擋水泄洪建筑物至汛期最高水位以上；二枯采取右岸主體導(dǎo)流方式，左岸取水工程施工。

左岸明渠導(dǎo)流施工存在的主要問(wèn)題：①河道狹窄，開(kāi)挖落差較大，受開(kāi)挖放坡和泄洪能力的影響，導(dǎo)流明渠布設(shè)困難；②左岸土石邊坡原有道路通向平臺(tái)頂部，路面較窄、位置較高且坡度較陡，隨著開(kāi)挖高程降低，道路坡度將增大，不具備運(yùn)輸能力；③導(dǎo)流明渠須開(kāi)挖支護(hù)含漂(塊)碎(卵)礫石等復(fù)雜土石結(jié)構(gòu)組成的高30 m的邊坡，開(kāi)挖過(guò)程須對(duì)孤石解爆，導(dǎo)致施工邊坡的結(jié)構(gòu)線控制及安全穩(wěn)定難以保證；④所揭露的地質(zhì)情況表明：導(dǎo)流明渠縱向圍堰孤石較多，均為半挖半填；右岸基坑開(kāi)挖后導(dǎo)流明渠的縱向圍堰頂部?jī)H寬3 m，與基坑高差達(dá)14 m。鑒于原設(shè)計(jì)方案中的漿砌石和鋼筋石籠結(jié)構(gòu)的縱向圍堰穩(wěn)定性和抗?jié)B性差，滲漏量大，右岸基坑易形成管涌，進(jìn)而影響到渠身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和右岸基坑的施工安全；⑤導(dǎo)流明渠渠身結(jié)構(gòu)調(diào)整后為40 cm厚的薄壁鋼筋混凝土，其土質(zhì)坡面模板加固、軟基處理及施工排水困難，不易形成干地施工條件；⑥因前期完善工程建設(shè)手續(xù)等因素影響而將一枯施工時(shí)間錯(cuò)過(guò)，最終調(diào)整為二枯左岸明渠施工以滿足導(dǎo)流要求，右岸主體工程施工，工期縮短5個(gè)月?？紤]到右岸主體工程汛前施工須時(shí)3個(gè)月，而導(dǎo)流明渠施工僅剩2個(gè)月時(shí)間，工期緊張。結(jié)合EPC施工模式具有的特點(diǎn)，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了解決。

2 設(shè)計(jì)與施工結(jié)合解決問(wèn)題

2.1 因地制宜，合理布設(shè)導(dǎo)流明渠[1]

招投標(biāo)文件要求固增水電站的總工期為40個(gè)月，而其枯期僅為6個(gè)月；結(jié)合電站所在木里河區(qū)域枯期流量Q僅為40～60 m3/s的實(shí)際情況，受上游電站發(fā)電影響，其最大流量Q=253 m3/s；在電站閘址位置左岸取水口部位有較寬的平臺(tái)，無(wú)石方開(kāi)挖，具備左右岸分期導(dǎo)流的施工條件；閘室上下游設(shè)計(jì)長(zhǎng)150 m，影響范圍較小。設(shè)計(jì)采用左岸一期明渠導(dǎo)流方式，能夠滿足工期要求。綜上所述，為有效減少水流對(duì)導(dǎo)流明渠結(jié)構(gòu)的沖刷，將導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)為槽型，長(zhǎng)253.8 m，深6.5 m，底寬11.6 m，頂寬21.5 m，設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量Q=253 m3/s。澆筑厚度為40 cm的薄壁混凝土[2]，用于增加防滲能力并提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；渠身在平面上向左岸內(nèi)凹，以保證右岸主體工程施工的范圍。開(kāi)挖結(jié)合永久結(jié)構(gòu)分臺(tái)階開(kāi)挖，坡比為1∶0.8，采用掛網(wǎng)噴混凝土臨時(shí)支護(hù)以保證邊坡穩(wěn)定。設(shè)計(jì)方案中導(dǎo)流明渠的底板與河床同一高程，明渠進(jìn)出口與河道的夾角為30°，有利于水流流態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)左岸導(dǎo)流、右岸施工的效果見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)左岸導(dǎo)流、右岸施工效果圖

通過(guò)EPC模式設(shè)計(jì)方與施工方緊密結(jié)合，因地制宜地設(shè)計(jì)了明渠導(dǎo)流，降低了施工成本，節(jié)省了施工工期。

2.2 優(yōu)化施工道路，解除工期風(fēng)險(xiǎn)

原設(shè)計(jì)方案需要在右岸施工繞壩交通洞，將S216線公路的車(chē)輛利用隧洞導(dǎo)行，以解除其對(duì)右岸主體工程施工的干擾。在查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況具體分析后，發(fā)現(xiàn)原右岸過(guò)壩隧洞(8 m×5 m)長(zhǎng)200 m，上游進(jìn)口處巖石較完整，但受擠壓褶皺彎曲形成小塊體狀鑲嵌，易碎、易掉塊，其洞口位置緊貼S216省道，施工對(duì)社會(huì)車(chē)輛干擾較大。該洞口下游有較厚的覆蓋層，其上部植被茂盛，若全部清理工程量較大，坡面穩(wěn)定性差且其覆蓋層下部地質(zhì)情況不明確。技術(shù)人員結(jié)合招投標(biāo)文件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：首部樞紐下游已有1號(hào)施工支洞貝雷橋，上游需新建大壩施工貝雷橋；在左岸導(dǎo)流明渠上游臺(tái)地布設(shè)拌合樓、加工廠及臨時(shí)營(yíng)地；左岸導(dǎo)流明渠下游河道250 m范圍內(nèi)河床較寬且平緩。通過(guò)測(cè)繪道路線性及左岸施工道路規(guī)劃，可以合理利用已有貝雷橋和左岸地貌條件，將兩座貝雷橋的荷載提升為80 t，以便于社會(huì)大型車(chē)輛通行并確保安全；左岸下游平緩河床利用孤石施工插筋，澆筑條形埋石混凝土基礎(chǔ)以防止汛期水位變化掏刷。上部砌筑M7.5漿砌石擋墻，回填采用左岸取水口開(kāi)挖料，形成凝結(jié)石路面道路并將其作為導(dǎo)流明渠下部開(kāi)挖的施工道路和左岸改線S216公路中的一段；取水口按永久開(kāi)挖至改線路高程，作為左岸改線S216公路的一段和導(dǎo)流明渠上部邊坡開(kāi)挖的馬道；上游平臺(tái)加工廠與拌合樓中間預(yù)留10 m寬混凝土硬化道路，作為場(chǎng)內(nèi)交通的公路連通左岸改線S216線公路。將右岸200 m過(guò)壩交通洞優(yōu)化為左岸改線公路，總長(zhǎng)度為900 m，最大縱坡為8%，公路標(biāo)準(zhǔn)為場(chǎng)內(nèi)三級(jí)。整個(gè)左岸S216線公路可以在汛期2個(gè)月內(nèi)施工完成且不受右岸公路車(chē)輛通行的干擾。

通過(guò)上述施工設(shè)計(jì)優(yōu)化，及時(shí)且有效地保證了右岸主體工程施工時(shí)利用左岸改線公路通行車(chē)輛，完成后恢復(fù)右岸原S216線公路車(chē)輛通行、進(jìn)行左岸主體工程的施工。解決了右岸過(guò)壩交通洞通行車(chē)輛干擾的難題；左岸臨時(shí)道路與右岸永久S216線公路相結(jié)合，防護(hù)欄、防撞墩均可利用右岸永久道路的防護(hù)，從而降低了施工成本；利用汛期左岸修建的改線S216公路，通過(guò)回填解決了開(kāi)挖出渣堆存問(wèn)題，縮短了運(yùn)距，減少了成本，加快了施工進(jìn)度，為后期施工提供了保障。

2.3 碎礫石夾雜大孤石的高邊坡開(kāi)挖技術(shù)

導(dǎo)流明渠布設(shè)區(qū)域的地貌為碎礫石夾雜大孤石的覆蓋層，坡面陡峭，開(kāi)挖的頂部高程為2 256 m，底部高程為2 204 m，開(kāi)挖斷面的高差為52 m，施工較為困難。

根據(jù)擬定的左岸S216線道路和導(dǎo)流明渠布置，結(jié)合取水口永久結(jié)構(gòu)，利用汛期將取水口基巖表層的覆蓋層剝落至S216改線路，清除松動(dòng)塊體，按設(shè)計(jì)參數(shù)永久錨噴支護(hù)；將S216下部改線道路與導(dǎo)流明渠開(kāi)挖坡比調(diào)整為1∶0.8～1∶1。開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)所遇到的大孤石采用分序松動(dòng)爆破[3](孤石埋深不外露，減小震動(dòng))，破碎錘分解，解爆后將塊石挖出換填為細(xì)顆粒土，撒水濕潤(rùn)，挖機(jī)壓實(shí)并保證坡面平順和穩(wěn)定；將開(kāi)挖分層高度控制為3 m，支護(hù)完成后進(jìn)行下一臺(tái)階的開(kāi)挖；支護(hù)坡面埋Φ50 mm@3 m×3 m排水孔，初噴5 cm厚C20混凝土，掛Φ6.5 mm@25 cm×25 cm鋼筋網(wǎng)片，再?lài)奀20混凝土5 cm；對(duì)S216改線公路靠近外邊坡路面2 m區(qū)域掛鋼筋網(wǎng)，澆筑厚20 cm的C15混凝土封閉，與邊坡支護(hù)形成整體，路面向內(nèi)側(cè)坡比為2%，靠山側(cè)修筑排水溝，必須保證開(kāi)挖基礎(chǔ)穩(wěn)定。

按照上述工藝在汛前完成了導(dǎo)流明渠水上施工部分，采用地下埋深分序松動(dòng)爆破和破碎錘處理開(kāi)挖，坡面灑水保濕，挖機(jī)拍實(shí)以解決碎礫石施工過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題；采用掛網(wǎng)噴混凝土的方式保證永久坡面的穩(wěn)定；分層高度為3 m，施工時(shí)不需搭設(shè)腳手架以節(jié)省時(shí)間，保證了支護(hù)的及時(shí)性；及時(shí)總結(jié)并形成施工工藝，縮短了工期，為渠身施工贏得了時(shí)間。

2.4 有的放矢，提高縱向圍堰的穩(wěn)定及抗?jié)B性

導(dǎo)流明渠布置范圍內(nèi)其河床覆蓋層厚度為20～30 m，自下而上分為四層：①層為冰水堆積(fglQ3)砂土卵(碎)礫石層；② 層為沖積堆積(alQ41)漂卵石層；③層為沖洪積堆積(al+plQ4)含漂(塊)碎(卵)礫石土層；④層為沖積堆積(al Q42)含漂砂卵(碎)礫石層。閘址區(qū)河床覆蓋層較深，各層均以粗顆粒為主。①層的滲透系數(shù)k= 5.5×10-2～1.27×10-1cm/s，具強(qiáng)透水性。②層的滲透系數(shù)k=4.2×10-2～1.86×10-1cm/s，透水性處于強(qiáng)～極強(qiáng)之間。閘基持力層第③層的滲透系數(shù)k=1.75×10-4～2.2×10-2cm/s。第④層結(jié)構(gòu)較松散，透水性處于中強(qiáng)～強(qiáng)之間。閘基無(wú)相對(duì)隔水層。右岸主體范圍基坑開(kāi)挖較深，對(duì)二期縱向圍堰穩(wěn)定、抗?jié)B要求高。

為提高縱向圍堰的穩(wěn)定及抗?jié)B性，先施工懸掛式(深17 m，厚0.8 m)防滲墻[4]，深入基坑底部以下3 m，再進(jìn)行基坑開(kāi)挖；基坑上下游與河道順接，高差較小，挖除該區(qū)域縱向圍堰中的大孤石，采用細(xì)顆粒土換填心墻法[5]施工，分層碾壓、填筑以解決滲漏問(wèn)題；上下游橫向圍堰填筑后開(kāi)挖溝槽至河床底部2 m，將塊石清理干凈，鋪設(shè)雙層彩條布呈槽型，其內(nèi)填筑細(xì)顆粒砂礫土，挖機(jī)分層碾壓填筑，形成防滲心墻以減少滲漏；右岸基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程，上下游兩端下挖1.5 m形成集水坑，通過(guò)抽排措施降低了地下水位，保證了主體工程干地施工環(huán)境。

懸掛式防滲墻汛期施工節(jié)省了工期，提高了縱向圍堰的穩(wěn)定和抗?jié)B性；上下游連接段換填心墻施工節(jié)省了成本，滿足了淺層防滲要求；上下游橫向圍堰鋪設(shè)彩條布和砂礫石填筑，解決了反濾料短缺問(wèn)題。

2.5 軟基薄層混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

導(dǎo)流明渠全段為覆蓋層，開(kāi)挖成型后左側(cè)坡比為1∶1,右側(cè)坡比為1∶0.75。由于導(dǎo)流明渠底板局部出現(xiàn)軟基涌水，施工人員踩踏后形成了軟彈簧土，導(dǎo)致混凝土澆筑困難。

經(jīng)對(duì)導(dǎo)流明渠的設(shè)計(jì)水流進(jìn)行計(jì)算分析后將導(dǎo)流明渠底板抬高了1 m，對(duì)軟基及彈簧土采用塊石換填(厚度為80 cm)，頂部鋪設(shè)厚20 cm的碎石；在澆筑倉(cāng)號(hào)上下游設(shè)集水坑，用以降低地下水水位；對(duì)倉(cāng)內(nèi)滲水點(diǎn)做反濾層，埋設(shè)軟式透水管將水引排至集水坑，在其上方鋪設(shè)碎石和防水布以保證混凝土干地施工；鑒于渠身兩側(cè)邊墻為土質(zhì)邊坡，將孤石部位設(shè)插筋、提前埋設(shè)鋼筋蛇形柱作為模板內(nèi)拉和內(nèi)承，底板混凝土預(yù)埋插筋，搭設(shè)簡(jiǎn)易腳手架外撐模板，將澆筑混凝土塌落度控制在120～140 mm，升層澆筑速度控制在1 m/h，以防止?jié)仓^(guò)快導(dǎo)致漲模。

通過(guò)采用換填塊石、引排、鋪設(shè)級(jí)配碎石和防水布措施，解決了彈簧土處理問(wèn)題；模板內(nèi)側(cè)利用鋼筋加工成蛇形柱埋設(shè)在混凝土中，外側(cè)搭設(shè)簡(jiǎn)易排架用以保證模板加固穩(wěn)定體系，控制澆筑速度，保證了薄壁混凝土施工質(zhì)量；渠身采用薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，增加了導(dǎo)流明渠二期縱向圍堰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和抗?jié)B性。

2.6 分析工期，優(yōu)化關(guān)鍵線路

首部樞紐二期導(dǎo)流的關(guān)鍵線路為：導(dǎo)流明渠上部開(kāi)挖支護(hù)→渠身開(kāi)挖澆筑混凝土→二期縱向圍堰防滲處理→上下游圍堰填筑導(dǎo)流→右岸省道改線左岸→右岸施工。由于客觀原因工程施工已錯(cuò)過(guò)一枯，工期需縮短5個(gè)月時(shí)間?；趯?duì)多種因素的考慮，最終決定根據(jù)木里河水文氣象條件并優(yōu)化關(guān)鍵施工線路，利用5個(gè)月的汛期，將左岸導(dǎo)流明渠水位線以上部分進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)、將右岸省道S216改線到左岸、導(dǎo)流明渠二期縱向圍堰懸掛式防滲墻全部施工完成；施工防滲墻段的導(dǎo)流渠身從中間向兩端開(kāi)挖完成；右岸水上部分開(kāi)挖完成；二枯利用1個(gè)月的時(shí)間完成導(dǎo)流明渠混凝土澆筑、混凝土等強(qiáng)和上下游圍堰的填筑。

通過(guò)對(duì)上述工期優(yōu)化進(jìn)行分析得知：左岸二期導(dǎo)流按原計(jì)劃完成，右岸工程開(kāi)挖提前1個(gè)月完成，為右岸汛前施工節(jié)省了1個(gè)月的時(shí)間，優(yōu)化效果顯著。

3 結(jié) 語(yǔ)

木里河固增水電站的建設(shè)，充分體現(xiàn)了EPC總承包模式具有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與施工緊密結(jié)合，能夠共同及時(shí)討論并解決施工現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，縮短了問(wèn)題處理的流程和時(shí)間，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施保證了技術(shù)優(yōu)先，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)類(lèi)似工程借鑒。