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水电站

初步设计(代可研、环评)报告

(审定稿)

施工组织设计篇

水利工程咨询有限公司

二0一五年十月

8施工组织设计

目录

8施工组织设计 (2)

8.1施工条件 (5)

8.1.1工程地理位置及对外交通状况 (5)

8.1.2枢纽布置 (5)

8.1.3地形、地质条件 (7)

8.1.4气象、水文条件 (9)

8.1.5主要建筑材料及水电供应条件 (12)

8.2施工导流 (13)

8.2.1首部枢纽施工导流 (13)

8.2.2厂房施工导流 (18)

8.3料源规划与开采 (18)

8.3.1土石料需求总量 (18)

8.3.2料源情况 (18)

8.3.3料源选择 (19)

8.4主体工程施工 (19)

8.4.1首部枢纽施工 (19)

8.4.2引水暗涵施工 (19)

8.4.3施工支洞布置 (20)

8.4.4引水隧洞施工 (20)

8.4.5调压井施工 (22)

8.4.6压力管道施工 (22)

8.4.7厂区枢纽施工 (23)

8.4.8低温季节混凝土施工 (23)

8.5施工交通运输 (24)

8.5.1对外交通 (24)

8.5.2场内交通 (25)

8.6施工工厂设施 (25)

8.6.1砂石加工系统 (25)

8.6.2混凝土拌和站 (27)

8.6.3其它施工工厂 (28)

8.6.4风、水、电供应及施工通信 (28)

8.7施工总布置 (30)

8.7.1布置条件和原则 (30)

8.7.2施工布置规划 (30)

8.7.3弃渣规划 (31)

8.7.4施工场地防洪标准 (33)

8.7.5施工房建 (33)

8.7.6施工占地 (34)

8.8施工总进度 (35)

8.8.1设计原则及依据 (35)

8.8.2控制线路工期及总工期指标 (35)

8.8.3施工总进度安排 (36)

8.8.4施工强度 (38)

8.9主要技术供应 (38)

8.9.1主要建筑材料 (38)

8.9.2主要施工机械设备 (39)

8.1施工条件

8.1.1工程地理位置及对外交通状况

三级水电站位于阿坝州金川县结斯乡境内,所在流域为小金川东源沃日河一级支流上。本工程为径流引水式发电站,由首部枢纽、引水建筑物和厂区枢纽三大部份组成。电站采用地面厂房,电站装机容量12600kW,设计水头219m,发电引用流量6.92m3/s,年利用小时数4478h,多年平均发电量5643万kW·h,保证出力1474kW(P=90%),开发任务为以发电为主,并兼顾下游生态环境用水要求。

工程区内坝址与厂址之间有302乡道通过,泥结石路面,路面宽6~8m,路况较好,满足施工交通及大件运输需求。厂址经25km的通乡公路可与S303省道连接,沿S303省道往西可至金川县,公路总里程为19km;沿S303省道往东经都江堰可至成都,公路总里程分别为230km和287km,工程对外交通比较便利。

8.1.2枢纽布置

本工程为Ⅳ等小(1)型工程,枢纽建筑物中挡水建筑物、引水系统和厂房等主要建筑物按4级设计,次要建筑物为5级,临时建筑物为5级。

a)首部枢纽

首部枢纽建筑物从右至左依次布置溢流坝、冲沙闸、进水口。溢流坝正常蓄水位3287.00m,溢流坝坝宽15m,最大坝高5.0m。冲沙闸顶高程3289.50m,最大闸高7.5m。沉沙池(兼压力前池)为洞外式沉沙池,位于坝体的后面,布置在坝址下游左岸岸坡上,沉沙池(兼压力前池)采用正向进水、正向冲沙的布置型式,主要由渐变段、池身段、侧溢流堰、冲沙道和电站进水口等建筑物组成。

山脚沟首部枢纽建筑物从左至右依次布置左岸挡水坝段、溢流坝、冲沙闸、进水口。挡水坝长13.3m,坝顶高程为3283.50。溢流坝正常蓄水位3281.50m,溢流坝坝宽15m,最大坝高5.0m。冲沙闸顶高程3283.50m,最大闸高7.0m。沉沙池(兼压力前池)为洞外式沉沙池,位于山脚沟坝体的后面,布置在坝址下游

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左岸岸坡上,沉沙池(兼压力前池)采用正向进水、正向冲沙的布置型式,主要由渐变段、池身段、侧溢流堰、冲沙道和电站进水口等建筑物组成。

b)引水建筑物

本工程推荐引水线路由①、②、③引水隧洞组成,均为有压引隧洞,1#引水隧洞位于山脚沟右岸山体,全长3602.231m,②引水遂洞位于左岸山体,全长3509.875m,③引水隧洞是1#与2#汇合后至调压室,长1784.918m。

压力引水隧洞全长8897.047m,①引水隧洞长3602.231m,进水口底板高程3277.00m,坡比i=0.318%,引①0+000.00~引①0+056.00布置为暗涵段,断面尺寸2.0m×2.0m(宽×高);②引水隧洞长3509.875m,进水口底板高程3282.50m,坡比i=0.488%;③引水隧洞长1784.918m,坡比i=0.488%。引水隧洞断面形状、净断面尺寸根据围岩类别确定:对于Ⅲ类围岩段,采用马蹄形,底宽 1.734m,上部圆弧半径1.2m,净高2.4m;Ⅳ、Ⅴ类围岩段,衬砌为圆型断面,内径2.0m。

引水隧洞与调压室采用竖井的方式连接,竖井采用圆形断面,内径 4.0m,其底部高程3260.74m,顶部高程3321.90m,高61.16m。

本工程压力钢管布置为地下埋藏式,采用一条主管经一个卜形岔管分为两条支管向两台机组供水。压力管道主管总长811.082m,采用钢板衬砌,断面内径1.4m。上平段压力管道中心线高程为3257.44m,纵坡i=0,长38.22m;下平段中心线高程为3045.75m,直段长523.17m,斜井与水平面的夹角为60°,弯段转弯半径10.0m,转弯段长9.059m;斜井段长241.92m。机组安装高程3045.75m。

为满足压力管道检修的要求,并且在检修压力管道时不放掉引水隧洞水,在压力管道首端5米处设置蝶阀。

c)厂房

电站厂房采用地面式厂房,厂区建筑物主要包括主厂房、副厂房、升压站、尾水建筑物、进厂公路及进厂交通等。厂区布置在与三脚沟汇合口上游河漫滩上,根据厂区地形条件,厂房纵轴线与三脚沟基本平行,平面上副厂房位于主厂房右侧,开关站布置在主厂房下游侧,进厂公路自安装间左侧进厂。

主厂房尺寸为42.52m×16.50m×25.60m(长×宽×高),主厂房内布置2台

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冲击式立式水轮发电机组,单机容量6300kW。主机间发电机层地面高程3053.25m,水轮机层地面高程3047.60m,安装间地面高程与水轮机层同高为3047.60m。

本工程主要工程量见表8-1-1。

三级水电站主要工程量汇总表

表8-1-1

8.1.3地形、地质条件

山脚沟坝址位于山脚沟与海子沟汇合口下游约52m处,地形高程3278~ 3480m,呈"V"形谷。右坝肩地形坡度为25°,地表崩坡积物(Q4col+dl)厚4.8~8.0m,为块碎石土层,结构较松散;坝基河床高程在3276.6~3278m,由第四系冲洪积物(Q4al+pl)卵砾石夹砂组成,左坝肩,自然坡度约为22°,地表为第四系残坡积物(Q4el+dl),由粘土夹碎石组成。

坝址位于与山脚沟沟口上游约 6.2km处,坝型为溢流坝,地形高程为3283.9~3450m,呈"V"形谷。右坝肩地形坡度为48︒,左坝肩地形坡度为35︒,两岸边坡基岩裸露,为三叠系中统杂谷脑组(T2z)变质砂岩、长石石英砂岩;坝基地形高程为3282.5~3283.9m,为第四系冲洪积层(Q4al+pl),由砂卵砾石夹少量漂块

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石组成。

引水线路沿线山体雄厚,谷坡陡峻,山顶高程3480~4050m,相对高差230~ 700m,属典型的中、高山峡谷地貌。1#引水隧洞地面高程 3285~3480m,隧洞垂直埋深一般为100~205m最大埋深205m。侧向水平埋深60~320m。2#引水隧洞地面高程 3302~4015m,隧洞垂直埋深一般为72~394m,,最大埋深743m,侧向水平埋深120~1970m。

出露引水线路的地层为三叠系中统杂谷脑组(T

2z)、侏倭组(T

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zh)与第四

系地层,其中第四系松散堆积物主要分布在河谷两岸坡脚、沟床及支沟坡麓地带。

①引水隧洞Ⅲ类围岩总长2184.121m,约占61.6%,Ⅳ类围岩总长1191.714m,约占33.6%,Ⅴ类围岩总长170.396m,约占4.8%;②、③引水隧洞Ⅲ类围岩总长3946.496m,约占74.5%,Ⅳ类围岩总长1146.924m,约占21.7%,Ⅴ类围岩总长201.809m,约占3.8%。

调压井处于三叠系上统侏倭组变质砂岩、板岩中,呈不等厚互层,岩体为微风化,裂隙不甚发育,地层产状为:N35°W/NE∠65°,卸荷不明显岩体较完整。调压井围岩以Ⅲ类为主,围岩稳定较好。

压力管洞Ⅲ类围岩总长450.191m,约占62.8%,Ⅳ类围岩总长183.138m,约占25.6%,Ⅴ类围岩总长83.016m,约占11.6%。其中,管0+000.000~管0+450.191段压力管洞为灰色、青灰色变质砂岩与板岩呈不等厚互层,管顶距地面厚度为89~199m,管身处于微风化岩体,裂隙不甚发育,岩体较完整,为Ⅲ类围岩;管0+450.191~管0+633.329段压力管洞为灰色、青灰色变质砂岩与板岩呈不等厚互层,管顶距地面厚度为80~139m,管身处于微风化岩体中,部分位于弱风化岩体中,裂隙较发育,局部受风化卸荷影响,岩体完整性较差,为Ⅳ类围岩;管0+633.329~管0+716.345段压力管洞灰色、青灰色变质砂岩与板岩呈不等厚互层,管顶距地面厚度为0~3.5m,管身处于强风化岩体中,裂隙发育,卸荷明显,岩体完整性差,该段划为Ⅴ类围岩。

厂房位于山脚沟沟口上游约80m右岸坡脚处,为地面式厂房,地形坡度稍

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陡,约46 。厂房临河侧为第四系冲洪积堆积层,为漂(块)卵砾石夹少量砂(砂仅占5%),较为宽缓,宽约35m,堆积层厚度在12.6~18.4m,呈稍密至中密状。厂房基础置于基岩,为三叠系上统侏倭组(T3zh)弱风化变质砂岩,岩层产状为N35°W/SW∠75°。厂后坡为岩石质边坡,为三叠系上统侏倭组(T3zh)变质砂岩和板岩不等厚互厚,强风化,有风化卸荷现象,无大的断裂破碎带通过,岩体呈薄至中厚层状,地层产状为:N35°W/SW∠75°,倾角较陡。

8.1.4气象、水文条件

8.1.4.1气象特征

小金川流域内设有金川县气象站。小金气象站属于国家气象基本站,测站观测项目齐全,资料完整,精度较高,能够满足工程设计需要,本工程所需的气象要素可参考该站的观测成果。据本流域内金川县气象站1961~1990年气象统计:多年平均气温11.9℃,极端最高气温35.9℃(1967年5月28日),极端最低气温-11.7℃(1961年1月16日),多年平均降雨量为606.8mm,多年平均降雨日数为139天,最大一日降雨量为37.1mm(1984年8月6日),多年平均相对湿度50%,多年平均蒸发量2125.4 mm,多年平均风速 2.1m/s,历年最大风速18.0m/s,相应风向WSW。

小金气象站特征值统计见表8-1-2,流域气温表见8-1-3。

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小金气象站主要气象要素表

表8-1-2

流域气温特征值统计表

表8-1-3

8.1.4.2水文特征

a)径流

三级水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州金川县结斯乡,所在流域为小金川东源沃日河一级支流上。小金川为大渡河上游左岸的一级支流,小金川全长124km,河道平均比降13.9‰,流域面积5275km2。为沃日河右岸最大一条支沟,小金川二级支流,河流全长48km,流域面积515km2,总落差1764m,平均比降为36‰。山脚沟为最大一条支流,流域面积122km2,河长20km,河口多年平均流量为2.42m3/s,总落差1206m,平均比降为60.3‰。

小金川的径流主要由降水补给,枯季主要由地下水和冰雪融水补给,5~10

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月的径流主要由降雨形成,11~3月的径流主要来源于地下水,4、5月的径流则由降雨和融雪混合补给。径流的年内变化及地区分布,与降水的变化趋势基本一致,5~10月雨量占全年降雨量的91%,11~4月仅占全年的9%。

b)洪水

小金川属于山区雨源性河流,洪水由暴雨形成,洪水发生的时间与暴雨相应,由于流域地势较高,水汽不足,周围受高山阻隔,处于西南气流和东南气流的被风坡,故暴雨笼罩面积小,强度不大,很少出现大暴雨。根据流域内及四周历年降水资料统计,一般暴雨在流域内历时较短,强度不大,暴雨笼罩面积较小,形成的洪水量级都不大。

小金川流域属山溪性河流,洪水涨落较快,且峰形多呈复式,一般一次洪水过程经历3~7天,洪水年际变化不大。

c)分期洪水

根据小金水文站月最大流量散布图分析,小金川洪水随降雨变化,有明显的季节性,每年5月进入汛前过度期,洪水量级显著增大,6月进入主汛期,年最大流量最早出现在5月31日,最晚出现在9月13日,至9月底主汛期结束,10月为汛后过度期,11月至翌年3月为稳定的退水期。根据洪水年内变化规律,结合施工要求,将全年划分为1月、2月、3月、4月、5月、6~9月、10月、11月、12月计九个时段。三级水电站坝、厂址的施工分期设计洪水成果,见表8-1-4。

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三级水电站分期设计洪水成果

表8-1-4

8.1.5主要建筑材料及水电供应条件

8.1.5.1天然建筑材料

由于工程区河谷狭窄,两岸陡峻,沿河两岸漫滩发育较少,因此本区所需的土料、砼骨料均缺乏。

工区内天然砂砾石料储量不甚丰富,本阶段在两河口至德尔沟河段调查了两

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个砼骨料场:两河口1#料场与两河口2#料场,其储量和质量均可满足本工程用料要求。

坝、厂基础开挖石料可用于砼骨料加工;隧洞开挖时可利用三叠系侏倭组地层中变质砂岩洞渣,Ⅲ类围岩作为砼骨料,其质量满足要求。

8.1.5.2主要外来物资供应及水、电、通讯条件

本电站施工对外交通运输以公路运输为主。木材、火工材料及油料从金川县采购,运距44km;水泥从都江堰采购,运距255km;钢材、钢筋由成都市采购,运距约312km。

本工程施工用电由当地地方电网接入。

工程区河段内水源充足,其水质满足施工生产用水要求,净化处理后可作为生活用水。

工程对外通讯,由金川县接入电信及宽带网络,场区内部通讯结合电站永久调度通讯要求,设20门总机一座,施工期间配备一定数量的对讲机。

8.2施工导流

8.2.1首部枢纽施工导流

8.2.1.1导流标准

本工程属Ⅳ等小(1)型,首部枢纽为4级建筑物。根据DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》的规定,相应导流建筑物级别为5级,当导流建筑物为土石围堰时,设计洪水重现期为5~10年。

根据本流域的水文特点,本阶段提出1月1日~ 3月31日、12月1日~次年3月31日、11月1日~次年4月30日和全年共4个导流时段进行分析比较,各时段5年、10年一遇洪水成果见表8-2-1。

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坝址各时段5年及10年一遇洪水成果表

表8-2-1

经首部枢纽5年及10年一遇设计洪水比较,10年一遇洪水较5年一遇洪水流量增加不大,为适当提高施工保证性,经综合比较,本工程首部枢纽施工导流标准选用10年一遇洪水。

8.2.1.2导流方案、导流时段及导流流量

根据水文资料,山脚沟首部枢纽全年10年一遇洪水洪峰流量为62.2m3/s,是枯水时段11月1日~次年4月30日10年一遇洪水洪峰流量2.21m3/s的28.1倍;首部枢纽全年10年一遇洪水洪峰流量为66.1m3/s,是枯水时段11月1日~次年4月30日10年一遇洪水洪峰流量2.42m3/s的27.3倍。山脚沟首部枢纽和首部枢纽洪枯流量倍比大,水位变幅大,全年导流工程量远大于枯期限导流工程量,故选用全年洪水导流标准不够经济。

在10年一遇的洪水标准下,枯期1月1日~ 3月31日、12月1日~次年3月31日和11月1日~次年4月30日三个导流时段比较结果见表8-2-2。

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首部枢纽导流时段对比表

表8-2-2

山脚沟坝址处河床坡度较陡,采用钢管导流方案。表8-2-2数据表明,在10年一遇的洪水标准下,三个导流时段枯期洪水流量均较小,上游挡水水位相差0.10m~0.25m,经水力学计算,上游围堰堰顶高程相差0.2m~0.35m,土石围堰开挖、回填及土工膜工程量差别不大。三个方案工程量差别主要在导流钢管上,方案一工程量最小,但工期最短,方案三工程量最大,但工期最长。为适当降低山脚沟首部枢纽施工强度,经综合分析,山脚沟首部枢纽导流时段均选择枯期12月1日~次年3月31日,相应枯期洪峰流量为1.17m3/s。

坝址处河床坡度较平缓,拟采用一个枯期分期导流方案:一期围左岸,完成左岸冲沙闸、沉沙池及进水口等施工,二期围右岸,河水通过冲沙闸过流。表8-2-2数据表明,三个方案一、二期上、下游围堰堰顶高程相差为0.25m~0.30m,围堰开挖、回填等导流工程量相差较小。首部枢纽工程量不大,为减少投资,同时避免大坝混凝土长时间受河水冲刷,破坏大坝结构,现拟定首部枢纽在一个枯

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期内完成全部施工,为降低施工强度,首部枢纽导流时段选择方案三,即枯期11月1日~次年4月30日,相应枯期洪峰流量为2.42m3/s,导流时段6个月。

8.2.1.3施工程序

为降低工程混凝土施工强度,山脚沟首部枢纽、首部枢纽均按排在第二个枯期施工,施工程序安排如下:

a) 山脚沟首部枢纽

第2年11月下旬开始围堰基础土石方开挖,至12月中旬完成围堰修筑,12月中旬~第3年3月底完成坝基土石方开挖及坝体混凝土浇筑等施工,4月初拆除围堰。

b) 首部枢纽

第2年9月开始首部枢纽两岸水面以上土石方开挖,10月下旬开始一期围堰基础覆盖层开挖,至11月中旬完成一期围堰修筑,同期开展左岸河床基础土石方开挖,至第3年1月底完成左岸土石方开挖、混凝土浇筑等施工,1月中旬至2月中旬完成冲沙闸等金结安装,2月初拆除一期围堰,同期完成二期纵向围堰基础覆盖层开挖。至2月底完成二期围堰修筑,3月中旬完成右岸河床基础土石方开挖,4月底完成右岸混凝土浇筑等剩余施工,5月初拆除二期围堰。

8.2.1.4导流建筑物的型式与布置

a) 山脚沟首部

根据拟定的导流方案,山脚沟首部枢纽导流标准选择10年一遇洪水,相应枯期洪峰流量为1.17m3/s。首部枢纽上游围堰堰前水位3280.15m,通过水力学计算,确定上游围堰堰顶高程3280.50m。坝址河床坡度较陡,基坑无导流回水影响,无需设置下游围堰。

围堰采用袋装编织土石围堰结构,围堰堰顶宽1.0m,迎水面和背水面边坡坡度均为1:0.5,堰体采用土工膜防渗。选用1根直径φ650mm,长75m钢管进行导流排水,钢管与土工膜采用混凝土连接。

b) 首部

根据拟定的导流方案,首部枢纽导流标准选择10年一遇洪水,相应枯期洪

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。

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