龍灘水電站大壩施工方案設(shè)計一、工程概況1.1工程位置與規(guī)模龍灘水電站位于廣西壯族自治區(qū)天峨縣城上游15km的紅水河干流，是紅水河流域梯級開發(fā)的龍頭骨干工程。壩址以上流域面積98500平方公里，占紅水河流域總面積的71%。工程主要由碾壓混凝土重力壩、地下發(fā)電廠房和通航建筑物三大部分組成，具有發(fā)電、防洪、航運和水環(huán)境改善等綜合效益。大壩按兩期建設(shè)，一期工程壩頂高程382m，最大壩高192m；最終壩頂高程406.5m，最大壩高216.5m，壩頂軸線長836.5m，壩體混凝土總量736萬立方米，其中碾壓混凝土量495萬立方米，是目前世界最高的碾壓混凝土重力壩。1.2樞紐布置大壩共分為32個壩段，從右至左依次布置：右岸擋水壩段（1-6號）、通航壩段（7號）、底孔壩段（8-13號）、溢流壩段（14-19號）、左岸擋水壩段（20-22號）及引水發(fā)電壩段（23-32號）。其中溢流壩段設(shè)7個表孔，孔口寬15m，采用高低坎挑流消能；底孔壩段布置4個導(dǎo)流底孔，用于施工期導(dǎo)流及后期水庫放空；引水發(fā)電壩段布置9個進(jìn)水口，連接地下廠房系統(tǒng)。地下廠房位于左岸山體內(nèi)，主廠房尺寸為388.5m×28.5m×74.4m，安裝9臺70萬千瓦水輪發(fā)電機組，總裝機容量630萬千瓦，年均發(fā)電量187億千瓦時。1.3工程地質(zhì)條件壩址區(qū)河谷呈"V"型，兩岸山體雄厚，基巖以石灰?guī)r為主，巖石完整性好，平均彈性模量30-40GPa。壩基存在少量溶蝕裂隙和斷層破碎帶，主要發(fā)育F2、F7等斷層，其中F2斷層走向與壩軸線夾角約30°，寬度2-5m，需進(jìn)行專項處理。河床覆蓋層厚度5-15m，主要為砂卵石層，透水性較強，需采取防滲處理措施。二、施工總體部署2.1施工總流程工程采用"一次截流、分期導(dǎo)流"的施工方式，總體流程分為：前期準(zhǔn)備工程→導(dǎo)流洞施工→河床截流→壩基開挖及處理→壩體混凝土澆筑→金屬結(jié)構(gòu)安裝→下閘蓄水→機組安裝→竣工驗收。關(guān)鍵線路為：導(dǎo)流洞施工（2001.7-2003.9）→河床截流（2003.11）→壩基開挖（2004.1-2004.8）→壩體混凝土澆筑（2004.9-2008.12）→首臺機組發(fā)電（2007.5）。2.2施工分區(qū)根據(jù)工程特點劃分為三個施工大區(qū)：右岸施工區(qū)：負(fù)責(zé)右岸擋水壩段、通航壩段及右岸導(dǎo)流洞施工，布置混凝土系統(tǒng)1座（HZS120）、砂石加工系統(tǒng)1座（生產(chǎn)能力600t/h）及施工營地。河床施工區(qū)：承擔(dān)底孔壩段、溢流壩段施工，布置主碾壓混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)（HZS180×2）、制冷系統(tǒng)（制冷能力200萬kcal/h）及大型起重設(shè)備。左岸施工區(qū)：包括左岸擋水壩段、引水發(fā)電壩段及地下廠房系統(tǒng)，布置地下工程施工設(shè)備集群、混凝土輸送系統(tǒng)及金屬結(jié)構(gòu)拼裝廠。2.3施工交通對外交通利用現(xiàn)有公路改建至壩址，場內(nèi)修建環(huán)形施工道路網(wǎng)絡(luò)，主要包括：左岸主干道：寬8m，泥結(jié)碎石路面，連接左岸各施工區(qū)域；右岸主干道：寬7m，混凝土路面，通往通航壩段及右岸料場；跨河交通：在壩址下游300m處架設(shè)臨時鋼棧橋（寬6m，荷載50t），連接左右岸施工區(qū)；地下廠房施工通道：布置3條施工支洞，其中1號支洞長450m，斷面10m×8m，作為主通道。2.4施工輔助系統(tǒng)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)：布置3座攪拌站，總生產(chǎn)能力600m3/h，其中碾壓混凝土專用攪拌站（2×180m3/h）采用雙臥軸強制式攪拌機，配備粉煤灰、外加劑等專用儲存罐。砂石料加工系統(tǒng)：在左岸上游2km處設(shè)砂石料場，采用"粗碎+中碎+細(xì)碎+制砂"四段破碎工藝，生產(chǎn)能力800t/h，成品砂細(xì)度模數(shù)控制在2.6-2.8。風(fēng)水電系統(tǒng)：布置4臺20m3/min空壓機，滿足開挖支護(hù)需求；設(shè)置35kV變電站1座，供電容量20000kVA；修建高位水池3座，總蓄水量1000m3，保證施工用水。制冷系統(tǒng)：采用"預(yù)冷骨料+加冰拌合"工藝，配置片冰機4臺（總產(chǎn)冰量60t/d）、冷水機組6臺（制冷量1200萬kcal/h），確保入倉混凝土溫度≤12℃。三、關(guān)鍵施工技術(shù)3.1碾壓混凝土施工技術(shù)3.1.1配合比設(shè)計采用"高摻粉煤灰、低水泥用量"的設(shè)計原則，基礎(chǔ)墊層混凝土強度等級C25，抗?jié)B等級W8；壩體內(nèi)部碾壓混凝土強度等級C15-C20，抗?jié)B等級W4-W6；上下游面防滲層采用C25變態(tài)混凝土，抗?jié)B等級W10。具體配合比參數(shù)如下：膠材總量：160-180kg/m3（水泥：粉煤灰=3:7）水膠比：0.55-0.60砂率：32%-35%VC值：15-20s（碾壓后≤5s）3.1.2施工工藝采用"通倉薄層、斜層平推"的澆筑方式，具體工藝如下：鋪筑：使用平倉機按30cm層厚鋪筑，鋪筑寬度6-8m，相鄰條帶搭接寬度≥50cm，鋪筑速度控制在150-200m3/h。碾壓：采用BW202AD振動碾（激振力350kN），碾壓遍數(shù)"無振2遍+有振8遍+無振2遍"，行走速度1.5-2.0km/h，碾壓層間間隔時間≤6h。變態(tài)混凝土施工：在模板周邊、廊道周邊等部位，采用在碾壓混凝土中摻入水泥漿（水灰比0.45）的方式形成變態(tài)混凝土，摻漿量15-20L/m3，使用插入式振搗器振搗密實。層面處理：鋪筑上層混凝土前，采用高壓水沖毛（壓力≥2.5MPa），清除層面乳皮，鋪筑2-3cm厚水泥砂漿（水灰比0.45），確保層間結(jié)合質(zhì)量。3.1.3溫控防裂措施針對216.5m高壩的溫控難題，采取綜合溫控措施：原材料預(yù)冷：骨料采用風(fēng)冷（降溫4-6℃）+水冷（降溫3-5℃）聯(lián)合預(yù)冷，保證骨料出倉溫度≤8℃；澆筑溫度控制：夏季采用夜間澆筑（22:00-6:00），倉面噴霧降溫（降低環(huán)境溫度3-5℃），混凝土入倉溫度控制在12℃以內(nèi)；通水冷卻：在壩體內(nèi)部埋設(shè)φ42mmHDPE冷卻水管，分兩期通水：一期通水（降溫）流量15-20L/min，通水時間15-20d；二期通水（恒溫）流量5-10L/min，控制基礎(chǔ)溫差≤25℃，上下層溫差≤15℃；表面保護(hù)：采用2cm厚聚乙烯泡沫板（導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.03W/m·K）+彩條布覆蓋，冬季加設(shè)電熱毯保溫，確?；炷帘砻鏈囟冉捣?℃/d。3.2地下洞室群施工技術(shù)地下廠房系統(tǒng)包括主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室等119條洞室，總長超過30km，采用"新奧法"施工，具體技術(shù)措施如下：3.2.1開挖支護(hù)開挖方法：主廠房采用"分層開挖、先墻后拱"法，共分10層開挖，每層高度5-8m；洞室交叉段采用"先主后次、預(yù)留巖柱"法，巖柱寬度≥3m；爆破參數(shù)：周邊孔間距40-50cm，抵抗線50-60cm，裝藥量200-250g/m，采用毫秒延時雷管起爆，控制開挖輪廓面平整度≤15cm；支護(hù)體系：采用"噴錨支護(hù)+二次襯砌"聯(lián)合支護(hù)，初期支護(hù)為φ25mm錨桿（長度4-6m，間排距1.5m×1.5m）+10cm厚C20噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)（φ8mm，網(wǎng)格20cm×20cm）；永久支護(hù)為30-80cm厚C30模筑混凝土，設(shè)置排水孔（φ50mm，間距3m×3m，深度5m）。3.2.2巖壁吊車梁施工主廠房巖壁吊車梁采用"無支架施工"工藝，具體流程：開挖成型后立即進(jìn)行錨桿支護(hù)（φ32mm預(yù)應(yīng)力錨桿，張拉噸位100kN）；安裝定型鋼模板，模板與巖面間隙采用環(huán)氧砂漿填塞；澆筑C40微膨脹混凝土，采用振搗棒振搗+附著式振搗器聯(lián)合振搗；養(yǎng)護(hù)期間控制混凝土表面溫度≥15℃，避免產(chǎn)生收縮裂縫。3.3壩基處理技術(shù)針對壩基不良地質(zhì)條件，采取以下處理措施：3.3.1斷層破碎帶處理對F2、F7等主要斷層，采用"開挖置換+混凝土塞+預(yù)應(yīng)力錨桿"的綜合處理方案：沿斷層走向開挖深度5-8m、寬度3-5m的溝槽；溝槽底部設(shè)置3m厚混凝土塞，混凝土中摻加鋼纖維（摻量60kg/m3）；布置φ32mm預(yù)應(yīng)力錨桿，長度15-20m，間排距1.5m×1.5m，張拉噸位150kN。3.3.2防滲處理帷幕灌漿：在壩踵處設(shè)置單排防滲帷幕，孔距2m，孔深50-80m（深入相對不透水層q≤1Lu），采用"自上而下、分段灌漿"法，灌漿壓力3-5MPa，水泥采用P.O42.5R，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：在設(shè)計壓力下，注入率≤0.4L/min，持續(xù)30min；固結(jié)灌漿：壩基范圍采用梅花形布置，孔距3m×3m，孔深8-12m，灌漿壓力1.5-2.0MPa，灌漿材料為水泥漿（水灰比1:1、0.8:1、0.5:1），要求灌漿后巖體彈性模量提高30%以上；混凝土防滲墻：河床覆蓋層采用80cm厚混凝土防滲墻，墻深15-20m，插入基巖≥1m，采用"抓斗法"成槽，澆筑C25防滲混凝土（抗?jié)B等級W8）。四、施工進(jìn)度計劃4.1關(guān)鍵線路計劃工程總工期9年，關(guān)鍵線路為：導(dǎo)流洞施工→河床截流→壩基開挖→壩體混凝土澆筑→下閘蓄水→機組安裝。主要控制性節(jié)點如下：2001年7月：工程開工2003年11月：河床截流2004年8月：壩基開挖完成2006年11月：下閘蓄水2007年5月：首臺機組發(fā)電2009年12月：全部機組投產(chǎn)2010年12月：工程竣工4.2壩體混凝土澆筑計劃采用P3項目管理軟件進(jìn)行進(jìn)度控制，將壩體混凝土澆筑分為5個階段：基礎(chǔ)墊層施工（2004.9-2004.11）：澆筑C25混凝土15萬m3，月均強度5萬m3；下部結(jié)構(gòu)施工（2004.12-2005.12）：澆筑至高程240m，完成混凝土180萬m3，月均強度15萬m3；中部結(jié)構(gòu)施工（2006.1-2006.12）：澆筑至高程320m，完成混凝土220萬m3，月均強度18.3萬m3，其中2006年5月創(chuàng)造月澆筑25萬m3的世界紀(jì)錄；上部結(jié)構(gòu)施工（2007.1-2008.6）：澆筑至壩頂高程，完成混凝土121萬m3，月均強度10萬m3；收尾工程（2008.7-2009.6）：完成壩頂設(shè)施、導(dǎo)流底孔封堵等，混凝土量20萬m3。4.3資源配置計劃人力資源：高峰期投入施工人員5800人，其中管理人員600人，技術(shù)工人2200人，普工3000人；機械設(shè)備：主要施工機械配置如下：土石方機械：3m3挖掘機12臺，20t自卸車50輛，135kW推土機8臺混凝土機械：HZS180攪拌站2座，6m3混凝土罐車30輛，300t/h纜機2臺碾壓設(shè)備：BW202AD振動碾8臺，XP301膠輪碾4臺地下施工設(shè)備：TBM掘進(jìn)機2臺，三臂鑿巖臺車6臺，噴錨機械手4臺材料供應(yīng)：水泥月供應(yīng)量3-4萬噸，粉煤灰2-3萬噸，砂石骨料20-25萬m3，鋼筋800-1000t。五、質(zhì)量安全與環(huán)境保護(hù)5.1質(zhì)量管理體系建立"三檢制+第三方檢測"的質(zhì)量控制體系，具體措施包括：原材料控制：每批水泥、粉煤灰進(jìn)行強度、安定性檢驗；砂石骨料每2000m3檢驗級配、含泥量；外加劑進(jìn)行相容性試驗；混凝土質(zhì)量控制：每班檢測混凝土坍落度、VC值，每500m3制作1組抗壓強度試件，每2000m3制作1組抗?jié)B試件；施工過程控制：采用三維激光掃描技術(shù)監(jiān)測壩體體型（允許偏差±3cm），埋設(shè)光纖傳感器監(jiān)測溫度應(yīng)力（溫差預(yù)警值25℃），對碾壓層間結(jié)合面進(jìn)行鉆孔取芯（芯樣連續(xù)率≥90%）；質(zhì)量缺陷處理：對表面裂縫采用環(huán)氧砂漿修補，深度≤0.3mm的裂縫采用表面涂刷封閉，深度>0.3mm的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。5.2安全生產(chǎn)管理實施"五位一體"安全管控模式，關(guān)鍵措施如下：危險源管控：辨識重大危險源32項，其中地下洞室施工、高空作業(yè)、特種設(shè)備為一級危險源，設(shè)置專項防護(hù)措施；高空作業(yè)防護(hù)：壩頂設(shè)置1.2m高防護(hù)欄桿，臨空面張設(shè)安全網(wǎng)，施工人員配備雙鉤安全帶，纜機檢修平臺設(shè)置防墜器；地下施工安全：采用"超前地質(zhì)預(yù)報+實時監(jiān)測"技術(shù)，配置有毒氣體檢測儀（O2、CO、H2S），爆破后通風(fēng)時間≥30min，掌子面照明亮度≥50lux；應(yīng)急管理：編制12項專項應(yīng)急預(yù)案，每季度組織防汛、火災(zāi)應(yīng)急演練，配備應(yīng)急物資儲備庫（柴油發(fā)電機2臺、應(yīng)急水泵4臺、醫(yī)療救護(hù)設(shè)備等）。5.3環(huán)境保護(hù)措施水土保持：設(shè)置8個棄渣場（總?cè)萘?00萬m3），擋渣墻高度5-8m，邊坡坡度1:1.5，渣場頂面覆土綠化（種植當(dāng)?shù)貥浞N）；廢水處理：修建3座污水處理站（處理能力500m3/d），采用"格柵+沉淀池+氣浮池+濾池"工藝，處理后水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)；噪聲控制：破碎機、空壓機等設(shè)備設(shè)置隔音罩，晝間噪聲≤70dB，夜間≤55dB，爆破作業(yè)控制在白天9:00-17:00進(jìn)行；生態(tài)保護(hù)：在壩址下游設(shè)置魚類增殖站（年繁殖能力100萬尾），投放中華倒刺鲃等土著魚類，保護(hù)紅水河水生生態(tài)系統(tǒng)。六、施工難點與創(chuàng)新技術(shù)6.1主要施工難點高溫季節(jié)碾壓混凝土施工：壩址區(qū)夏季最高氣溫達(dá)38℃，需解決混凝土溫升控制難題；高壩體碾壓混凝土層間結(jié)合：216.5m高壩需保證736萬m3混凝土的整體連續(xù)性，層間抗剪強度≥1.5MPa；大型地下洞室群穩(wěn)定控制：在0.5km2范圍內(nèi)布置119條洞室，需控制圍巖變形≤50mm；高水頭大流量導(dǎo)流：施工期最大導(dǎo)流流量12000m3/s，需確保導(dǎo)流系統(tǒng)安全。6.2創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用碾壓混凝土快速施工技術(shù)：研發(fā)"高溫季節(jié)碾壓混凝土施工工法"，通過優(yōu)化配合比、改進(jìn)碾壓工藝，實現(xiàn)月均澆筑強度18萬m3，創(chuàng)造世界碾壓混凝土施工紀(jì)錄；壩體溫度場智能監(jiān)控系統(tǒng)：布設(shè)1200個溫度傳感器，采用B