导流施工方案.docx
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导流施工方案
吉林敦化抽水蓄能电站
吉林敦化抽水蓄能电站C1标段
上水库施工导流方案
合同编号:
SGXYDH-JH-JSGC{2014}32号
批准：
审核：
编制：
中国水利水电第十一工程局有限公司
吉林敦化抽水蓄能电站工程项目经理部
二〇一六年五月二十八日
上水库施工导流方案
1概述
敦化抽水蓄能电站位于吉林省敦化市北部，上水库位海浪河源头洼地上，靠近西北岔河和海浪河的分水岭，本工程为大
（1）型一等工程，规划装机容量1400MW，装机4台，单机容量350MW。
上水库位于海浪河源头区樱桃沟内，库区均为林地，植被良好。
上水库集水面积2.4km2，库区内集水面积0.7km2，河道长度1.75km，库区平均坡降51.7‰。
采用开挖和筑坝方式兴建，上水库工程主要包括沥青混凝土心墙堆石坝、库区清理、环库公路、上水库进\出水口及库区防渗处理等。
上水库沥青心墙堆石坝顶高程1395.0m，坝长948.0m,坝顶宽8m,最大坝高54m。
进出水口前池反坡顶部平台高程1370.0m，前池开挖高程1357.00m。
2水文基本资料
敦化抽水蓄能电站上水库所在的海浪河源头无实测水文资料。
依照下水库下游的额穆水文站，西北岔和北大殃雨量站进行推测修正。
2.1径流
2.1.1径流特性
上水库径流以雨水和冰雪融水补给为主，每年4月~5月来水以冰雪融水为主，6月~9月来水主要源于降雨。
由于森林茂密，植被良好，对径流的调蓄作用较大，使径流的年际变化不大。
根据额穆水文站资料统计，多年平均径流量3.67亿m3，最大年径流量5.44亿m3（1981年），最小年径流量1.7亿m3（1978年），最大与最小比为3.2。
径流年内分配春汛4月~5月份径流占全年的25.6%，大汛6月~9月占全年的61.1%，枯季10月~次年3月占全年的13.3%。
2.1.2多年平均径流量计算
（1）工程区域多年平均径流深
根据上库坝址与额穆水文站的流域面积比及降雨量修正，计算坝址1965~2008年径流系列。
降水量采用西北岔雨量站降水成果，其多年平均降水量为802.9mm，额穆水文站雨量根据西北岔、北大秧、额穆站降水量及权重计算，其多年平均降水量为747.9mm。
得到工程区多年平均径流深为512mm。
（2）上水库多年平均径流量
敦化抽水蓄能电站上水库流域面积为2.4km2，计算得上库多年平均径流量分别为123万m3。
设计年径流成果见下表3-1，径流年内分配见表3-2。
表2-1上水库设计年径流成果表
区域
均值
单位
Cv
Cs/Cv
设计值
P=5%
P=10%
P=25%
P=50%
P=75%
P=90%
P=95%
上库
123
万m3
0.33
2.0
196
177
147
119
93.8
74.7
64.7
表2-2上水库设计径流年内分配表
库区
频率
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
年平均
上库
10%
1.18
1.05
3.22
18.04
27.01
28.33
53.76
18.56
11.21
8.47
4.30
1.86
177
5%
1.30
1.17
3.57
19.98
29.91
31.37
59.53
20.55
12.42
9.38
4.76
2.06
196
2%
1.46
1.31
4.01
22.43
33.57
35.21
66.82
23.07
13.94
10.53
5.35
2.31
220
2.2洪水
2.2.1暴雨洪水特性
本流域洪水主要由暴雨所形成，洪水多猛涨猛落，峰型尖瘦，本流域洪水期在6月初至9月末之间，最大洪峰流量大部分出现在8月份。
根据西北岔雨量站统计，多年平均最大24小时降水量为67.2mm，实测最大24小时降水量为121.2mm（1991年7月29日）。
2.2.2设计暴雨
由于工程区没有实测雨量成果，采用《吉林省暴雨图集1989年》查算年最大24小时设计暴雨参数。
设计暴雨成果见表4-1。
表2-3工程区附近最大24小时降水量设计成果表
方法
均值
（mm）
Cv
Cs/Cv
设计值（mm）
0.1%
0.2%
0.5%
1%
2%
5%
10%
20%
查图集方法
67
0.57
3.5
292
266
231
205
178
143
117
90.3
2.2.3设计洪水
（1）设计洪峰
以《吉林省水文图集》及《吉林省暴雨径流查算图表》为依据，采用吉林省经验公式对上水库的设计洪峰流量进行计算，洪峰流量成果见表2-4。
表2-4上库设计洪峰流量计算成果表
地点
设计值（m3/s）
0.1%
0.2%
0.5%
1%
2%
5%
10%
20%
上水库
54.5
48.0
39.4
33.0
26.8
18.9
13.2
8.0
（2）洪量
设计洪量采用《吉林省暴雨径流查算图表》中的降雨径流关系方法，上水库的产水面积按水面面积和陆地面积两部分计算，当上水库正常蓄水位1391m时，水面面积为0.55km2，陆面面积1.85km2；上水库洪量见表2-5。
表2-5上水库年最大24小时设计洪量成果表
项目
设计值
0.1%
0.2%
0.5%
1%
2%
5%
10%
20%
降水（mm）
292
266
231
205
178
143
117
90.3
降雨径流系数
0.83
0.82
0.82
0.81
0.80
0.77
0.75
0.75
上库洪量（万m3）
60.9
55.0
47.7
42.0
36.1
28.2
22.7
17.5
2.3冰情
敦化抽水蓄能电站地处北纬44°附近，每年冬季都出现不同程度的冰情。
珠尔多河额穆水文站有较长冰情观测资料，本次天然河道冰情资料统计依据额穆水文站1964-2006年的冰情资料。
根据额穆水文站冰情资料统计，珠尔多河春季开江最早在3月11日，最晚在4月27日。
初冰日期最早在10月15日，最晚在11月23日。
稳定封冻最早出现在11月12日，最晚在12月8日，平均封冻期132天。
最大河心冰厚1.48m。
多年平均最大河心冰厚0.93m。
额穆水文站冰情统计见表2-6。
表2-6额穆水文站冰情统计表
最早初冰日期
最早封冻日期
最迟解冻日期
最迟终冰日期
最长冰期
最大河心冰厚
月、日
月、日
月、日
月、日
天
m
10月15日
11月12日
4月21日
4月27日
154天
1.48m
3.编制依据
（1）《水电工程施工组织设计规范》DL/T5397-2007；
（2）《水电工程围堰设计导则》（NB/T35006-2013）；
（3）招、投标文件；
（4）施工现场的实际情况。
4、导流设计标准
初期洪水标准采用10年一遇流量13.2m3/s（3天洪量26.8万m3），采用明渠导流方式，导流建筑物级别为Ⅳ级。
施工期采用坝体度汛洪水标准采用50年一遇，3天洪量41.7万m3。
5、施工导流方案
根据招标阶段设计资料及设计院提供的上水库施工导流方案分析报告，上水库施工导流方案采用明渠和水泵抽排相结合的导流方式，上水库大坝和进/出水口导流程序分述如下：
（1）大坝施工导流
1）初期导流：
初期导流分为两个时段：
第一时段自2016年6月中旬河道截流至2017年5月10日坝体填筑至1360.0m，共11个月。
本时段大坝基坑在上游围堰的保护下全年施工，由上游土石围堰挡水，导流明渠泄流。
围堰挡水标准采用全年10年一遇洪水，相应流量13.2m3/s，导流明渠进水口高程为1363.0m高程，围堰顶高程为1372.0m。
本期主要完成上游围堰的施工及闭气、大坝基坑开挖、沥青混凝土施工和1360高程以下坝体填筑等工作。
第二时段自2017年5月11日至2017年6月30日。
坝体填筑截断导流明渠，由上游围堰挡水，机械抽排导流。
围堰挡水标准采用全年10年一遇3天洪量26.8万m3,围堰挡水位为1371.0m（堰前水位库容见表5-1）堰前积水按5天排干配备抽排措施，最大排水强度2233m3/h。
6月的10年一遇的径流量28.33万m3，未考虑蒸发渗漏损失，仍小于围堰堰前库容。
2017年6月末坝体填筑至1374.0m高程。
高程（m）
库容（m3）
1360
0
1362
1189.67
1364
10575.79
1366
35884.32
1368
83405.15
1370
162660.42
1372
339041.82
表5-1围堰堰前水位库容曲线表
2）中后期导流
中期导流自2017年7月1日至2017年11月30日，为坝体临时断面挡水具备挡水条件后至坝体填筑到顶。
根据施工总进度计划，2017年6月末坝体填筑至1374.0m高程，挡水坝施工不再需要围堰的保护，施工导流进入中后期导流。
根据大坝类型及拦洪库容，挡水坝度汛标准采用50年一遇3天洪量41.7万m3，坝前水位为1372.8m，坝前积水按7天排干配备抽排设备，最大排水强度为2482m3/h。
本期主要进行上水库坝体自高程1374m至坝体填筑完成，时段末上水库大坝填筑到顶。
2017年10月底坝体填筑至坝顶高程1395.0m。
表5-2上水库大坝施工导流程序规划表
施工时段
导流标准
导流流量（m3/s）
3日洪量（万m3）
上游水位（m）
泄水建筑物
挡水建筑物
初期导流
2016年6.1~2017年5月10
全年P=10%
13.20
/
1365.0
导流明渠
土石围堰
2017年5.11~2017年6.30
全年P=10%
26.8
1371.02
水泵
土石围堰
中后期导流
2017年7.1~2017年11.30
全年
P=2%
41.7
1372.84
水泵
土石围堰
（2）进/出水口施工导流
1）初期导流
初期导流第一时段自2016年9月至2017年5月10日，共9个月。
本时段进/出口基坑在预留岩坎的保护下进行土石方开挖，导流明渠泄流。
为了防止汛期洪水进入厂房，在引水隧洞上平段预留岩塞。
岩坎挡水标准采用全年10年一遇洪水，相应流量13.2m3/s，上游围堰挡水位1370.9。
岩坎顶高程为1372.0m。
本时段2016年9月至10月完成进出水口土石方明挖。
第二时段自2017年5月11日至2018年10月31日。
本时段进/出水口基坑在预留岩坎的保护下进行混凝土浇筑、金属结构安装，采用机械抽排导流。
围堰挡水标准采用全年10年一遇3天洪量26.8万m3,堰前挡水位为1371.0m，堰前积水按5天排干配备抽排措施，最大排水强度为2233m3/h。
至2018年9月底，进/出水口闸门具备挡水条件。
本时段2018年5月至10月完成进/出水口混凝土浇筑、金属结构安装。
2）中后期导流
2018年11月初进/出水口闸门具备挡水条件后，引水隧洞上平段岩塞开挖施工，进/出口挡水标准采用永久设计标准，水库进行初期蓄水。
上水库进/出水口施工导流程序见表5-3。
表5-3上水库进/出水口施工导流程序规划表
施工时段
导流标准
导流流量（m3/s）
3日洪量（万m3）
上游水位（m）
泄水建筑物
挡水建筑物
初期导流
2016年9.1~2017年5.10
全年P=10%
13.20
/
1370.86
导流明渠
预留岩埂
2017年5.11~2018年10.31
全年P=10%
26.8
1371.02
水泵
预留岩埂
中后期导流
2018年11.1~2020年1.31
全年
P=2%
/
/
/
进出水口闸门
6、导流明渠方案
6.1导流明渠布置
由于坝体左岸覆盖层及全风化层厚度大，岩石条件差，对明渠布置不利。
右岸山体平缓，坝0+350-坝0+400段，覆盖层厚度约3m，全风化层厚度1-2.5m，局部直接到达强风化下限，岩石条件较好，导流明渠穿过心墙基础，进入到弱风化岩层，成型条件较好。
受围堰上游地面高程所限，导流建筑物进口高程和穿沥青心墙基础部位高差不宜过大，以保证导流建筑物的纵坡尽量减少，所以布置在右岸条件较好。
根据上述地形条件、水文气象资料，结合上水库所处的地理位置和现场实际情况，采用在上水库大坝桩号坝0+395.96处设计底宽为3m，总长为541.578m导流明渠（具体位置见后附平面布置图），以坝0+395.96处心墙基础建基面高程为导流明渠设计高程进行导流明渠穿坝，坝后穿1#渣场段暂停弃渣，待导流明渠导流任务完成后再进行弃渣,替代设计建议的在左坝肩开挖导流明渠和机械抽排相结合的导流方案。
表6-1导流明渠主点坐标表
点号
坐标
点号
坐标
N（X）
E（Y）
N（X）
E（Y）
A
80367.218
8013.352
G
80454.177
8356.634
B
80349.137
8030.377
H
80494.026
8497.94
C
80340.865
8067.029
O1
80369.702
8052.219
D
80356.653
8250.538
O2
80386.543
8247.967
E
80366.288
8270.097
O3
80425.303
8364.777
F
80445.558
8342.646
6.2导流明渠结构型式
为根据施工导流建筑物的布置要求，导流建筑物拟布置导流明渠引水段、导流明渠等结构。
根据导流期过流能力及后期施工要求，断面采用倒梯形（底宽3m），明渠全长541.578m,进口引水段长64.10m,进口段高程1363.0m，出口段高程1343.0m，导流明渠经过坝体心墙基础轴线桩号坝0+395.96处高程为1360.173m。
导流明渠与心墙基槽交叉部位，由于心墙基槽已结开挖完成，需要在下游堵沙袋用作导流明渠挡水，待导流明渠不过流时进行拆除，导流明渠结构布置具体详见下表：
表6-1导流明渠结构布置
项目
桩号范围
长度（m）
坡度（%）
结构断面
备注
明渠引水段
导0+000～导0-064.160
64.16
0
3m
明渠穿坝段
导0+000～导0+098.490
98.49
0.0287
3m
明渠坝后段
导0+098.490～导0+313.958
215.468
0.03
3m
明渠渣场段
导0+313.958～导0+477.418
163.46
0.0655
3m
6.3导流明渠主要工程量
导流明渠建筑物各部位工程量见下表：
表6-2导流明渠主要工程量
名称
长度
（m）
坡度（%）
断面
（m）
方量
土方（m3）
石方（m3）
导流明渠引水段
64.1
0.00%
底宽3m
1200
200
导流明渠穿坝段
186.41
2.87%~3.0%
底宽3m
1000
6500
导流明渠坝后段
291
3%~6.55%
底宽3m
9000
1500
6.4明渠过流能力计算
根据《水力学》上册河海大学李家星等编著：
水深—过流断面上渠底最低点到水面的距离，以h表示；
底宽—梯形断面的渠底宽度，以b表示；
边坡系数—边坡倾角a的余切以m表示，m=cota，它的意义在边坡上高差为1m时两点之间的水平距离，当m=0时，边坡线为铅直线，这时的断面为矩形断面；
为简化计算，按照矩形断面进行计算，明渠断面底宽3.0m，按照有效过流断面底宽2.9m计算。
过水面积A—按矩形面积计算，m=0
A=hb
湿周X—按矩形面积计算；
X=b+2h
水力半径R—按定义为R=A/X
明渠恒定均匀流，是明渠水流中最简单的流动型式；明渠均匀流是流速沿程不变，流线为一系列互相平行的直线，明渠的水深和断面的流速分布等均沿流不变的流动。
由此推论，其断面平均流速、动能校正系数以致断面平均动能av2/2g也沿流不变。
因此，明渠均匀流的底坡线、水面线和总水头线相互平行，及J=Jp=i。
明渠全长541.578m，进口引水段长64.10m，进口段高程1363.0m，出口段高程1343.0m，本工程平均i=0.0369，导流明渠过坝段纵坡I=0.0278,从过流安全考虑选取较小纵坡进行过流验算,取I=0.0278
糙率查表4-6-12，n取0.032
本工程底坡线较缓，可近似明渠均匀流进行计算，明渠均匀流水力计算的基本公式是谢才公式，明渠均匀流中J=i，所以谢才公式：
水流速度v=C
流量Q=CA
=Av
应用曼宁公式C=R1/6/n
针对导流明渠的过流能力，按照上述水力计算公式，采用试算法进行计算，试算水深h，计算见附表《水力计算表》
根据上水库大坝施工导流程序规划表，导流明渠导流标准全年P=10%，导流流量为13.2m3/s，查取上述计算表，得知水深h=1.4m，
6.6导流明渠穿心墙部位措施
导流明渠在坝0+395.96处高程为1360.173m。
根据过流验算，明渠过流在满足全年十年一遇13.2m3/s条件下，水位高1.4m，在明渠与坝体建基面接触部位靠近左岸侧，堆砌沙袋进行挡水，考虑0.5m安全超高，沙袋堆砌高度必须达到1.9m。
最大过流条件下流速为4.2m/s。
施工过程将该导流明渠跨越心墙基座预留后期进行，坝0+394.0~坝0+404段心墙基座后期进行浇筑。
6.5导流明渠穿渣场措施
1#渣场堆渣目前堆渣较多，该部位在渣场底部排水体与堆渣体之间穿过，根据招标文件显示，1#渣场设计容量460万m3，目前开挖约160万m3，目前只堆存渣场少部分范围，渣场范围较大特别是下游靠右岸部位，明渠导流阶段明渠周围不进行弃渣，完全满足弃渣条件，待明渠封堵后再安排进行弃渣。
明渠穿渣场部位受到暴雨冲刷容易产生滑坡，水流冲刷容易造成该部位导流明渠底板和边墙冲刷破坏，汛期应经常检查导流明渠穿渣场部位，如冲刷严重，局部安装钢筋铅丝笼进行护坡。
6.6导流明渠过流特殊部位处理措施
（1）根据坝基部位地质条件，岩石裂隙发育，局部裂隙与心墙基槽建基面连通，导致导流明渠向大坝心墙基槽开挖部位渗水，根据过流验算全年10年一遇洪水，明渠水深约1.4m，为防止裂隙渗水，局部裂隙发育位置进行喷混凝土，喷混厚度为5cm，混凝土标号C20。
（2）局部土质边坡不稳，为防止滑坡和雨水对土质边坡冲刷，导流明渠土质边坡亦进行5cm喷混凝土固坡。
（3）导流明渠坝后段，施工道路局部需要跨越导流明渠，采用埋设直径1.5m涵管进行过流，涵管过流面积1.766m2，根据导流明渠流速4.2m/s计算，不能满足全年10年一遇13.2m3/s过流条件，现场根据汛期天气预报，如果出现连续暴雨，将挖开涵管进行泄洪，待暴雨过后再回复交通。
7、围堰设计及施工
7.1拦河坝上游围堰设置
（1）围堰型式选择应遵循下列原则：
1）安全可靠，满足稳定、防渗、抗冲要求。
2）堰型结构简单，施工方便，易于拆除，尽量利用当地材料及开挖渣料。
3）堰基易于处理，堰体便于和岸坡或已有建筑物连接。
4）能在预定的施工期内修筑到需要的断面及高程，满足进度要求。
5）具有良好的技术经济指标。
（2）挡水坝上游土石围堰设计
采用土石填筑围堰，上游围堰位于坝上0+105处，上游围堰轴线与坝体轴线距离105m，围堰顶高程1372.00m，围堰顶宽6.0m，围堰上游坡度为1:
1.75，下游坡度,为1:
1.5，围堰总长255m，轴线部位最高12.1m，围堰采用土工防渗。
围堰防渗结构为：
上部采用复合土工膜防渗，下部采用混凝土板与基础岩石连接。
围堰结构型式及稳定计算具体详见《上水库围堰施工方案》；
7.2进出水口围堰设置
（1）根据施工进度计划，2016年9月进行进/出水口前池段开挖，开挖面低于围堰高程，该部位利用预裂岩坎布置围堰，岩坎高程为：
EL1372.0m；
7.3导流明渠口临时围堰的设置
根据施工进度计划，明渠提前具备过流条件，上游围堰施工滞后，为提前开始基坑开挖并保证上游围堰填筑质量。
我部在导流明渠渠口设置临时围堰，进口段高程1363.0m，根据上水库大坝施工导流程序规划表，导流明渠导流标准全年P=10%，导流流量为13.2m3/s，查取《水利计算表》，得知水深h=1.4m。
根据《水利工程施工手册》第五版，围堰堰顶高程Hd=hd+ha+б，hd为上游围堰水位高，ha为波浪爬高（一般取0.3m～0.5m）；б为围堰的安全超高。
不过水围堰堰顶安全超高下限值
围堰型式
围堰级别
土石围堰
Ⅲ
Ⅳ～Ⅴ
0.7m
0.5m
本工程ha为波浪爬高取0.4m，围堰级别为Ⅳ级，б围堰的安全超高取0.5m，hd为上游围堰水位高1363+1.4=1364.4m
Hd=hd+ha+б=1364.4+0.4+0.5=1365.5m，临时围堰堰顶高程为EL1365.5m。
8、机械抽排方案
8.1汛期抽排方案
（1）抽水能力确定
1）大坝抽排标准：
根据大坝类型及拦洪库容，挡水坝度汛标准采用50年一遇3天洪量41.7万m3，坝前水位为1372.8m，坝前积水按7天排干配备抽排设备，最大排水强度为2482m3/h。
2）进出水口抽排标准：
围堰挡水标准采用全年10年一遇3天洪量26.8万m3,堰前挡水位为1371.0m，堰前积水按5天排干配备抽排措施，最大排水强度为2233m3/h。
取最大抽水强度2482m3/h作为抽排标准配置水泵。
（2）抽水设备的选型
1）S型单级双吸离心泵供输送最高温度不超过80℃的清水和物理、化学性质类似于水的其它液体。
适用于工厂、矿山、城镇、电站给水和农田水利排灌等。
2）型号意义说明：
300S58A
其中300——进口直径（mm）；
S——单级双吸离心泵；
58——扬程（m）
A——叶轮外径第一次切割（mm）。
3）性能：
S型单级双吸离心泵性能见表8-1。
表8-1300S58A型单级双吸离心泵性能表
型号
流量Q（m3/h）
扬程H（m）
转速n（r/min）
功率（Kw）
电动机
效率η（%）
型号
功率（Kw）
300S58A
720
58
1450
118.6
Y315M2-4
160
81
（3）水泵台数的确定
在泵型初步选定之后，利用可抽排能力来确定水泵台数。
为此，为保证抽水工作的顺利进行，对计算求得流量，应根据施工条件乘以1.2～1.5的扩大系数，以此作为选择水泵台数的根据。
抽水扬程除了扬水净高，还要计入抽水管路中的各项损失，扬程损失一般为扬程的20%~30%。
由此，得各种型号水泵台数ni的计算公式：
式中ni——某一型号水泵台数；
Qi——某一型号水泵所承担的计算排水流
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