芭蕉河一级水电站施工设计.docx
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芭蕉河一级水电站施工设计
毕业设计
芭蕉河一级水电站施工组织设计
院系：
工程学院
专业：
水利水电建筑工程
班级：
水利水电建筑工程3班
学号：
姓名：
指导教师：
云南经济管理职业学院毕业设计（论文）开题报告
题目
芭蕉河一级水电站施工组织设计
年级系专业班级
2011级工程学院水利水电建筑工程3班
学号
姓名
指导教师
填报日期
2013年8月20日
1、选题目的和意义
目的：
毕业设计其是每个应届毕业生应该做的一个在校几年学习到的知识的总结。
意义：
（1）培养学生的独立地综合运用所学基础知识、专业知识和基本技能，提高分析和解决实际问题的能力，也是毕业生上岗前提高全面素质的重要实践。
（2）巩固、扩大和提高所学理论知识，并使之系统化。
2、毕业设计（论文）主要内容
（1）工程建设的必要性和任务
（2）建设条件
（3）工程布置及建筑物
（4）施工组织设计
（5）环境保护与水土保持设计
3、研究技术路线、研究方法和要解决的关键问题
技术路线：
根据给定的地形、地质、水位条件，结合实际分析确定坝址位置。
研究方法：
对水电站结构计算进行了研究，从电站选择、电站结构等方面进行了系统探究。
解决的关键问：
确定水电站的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、电站布置与稳定计算、电站地基结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。
4、毕业论文（设计）阶段进度及时间安排
（1）2013.8.20-2013.8.30:
根据毕业设计任务书要求,选择毕业设计的题目；
（2）2013.8.31-2013.9.20:
收集整理相关资料，确定选题思路并进一步了解闸址的选择做好规划；
（3）2013.9.21-2013.9.30:
严格按照要求完成开题报告和论文;
（4）2013.10.1-2013.10.15:
修改定稿。
（5）2013.10.16-2013.10.25：
总结和分析在计算过程中遇到的问题。
5、主要参考文献
[1]郭维东，《水力学》，中国水利水电出版社，2005年9月。
[2]刘进宝，《水工建筑物》，北京：
水利电力出版社，2005年。
[3]GB50017--2002，《混凝土结构设计规范》。
[4]李炜，《水力计算手册（第二版）》，北京：
水利水电出版社，2006年。
[5]SL265—2001，《水闸设计规范》，中国水利水电出版社，2005年9月。
[6]郑庆和，《水工建筑物》，中国水利水电出版社，1996年。
[7]沈长松，《水工建筑物》，中国水利水电出版社，2008年。
[8]郭维东，《水力学》，中国水利水电出版社，2005年9月。
[9]SL278-2002，水电工程水文计算规范[S].北京：
中国水利水电出版社，2002.
[10]DLT5180-2003，水电枢纽工程等级划分及设计安全标准[S].北京：
中国电力出版社，2003.
[11]SL44-93，水利水电工程设计洪水计算规范（中华人民共和国行业标准）[S].北京：
中国水利水电出版社，2003.
6、指导教师意见
指导教师（签名）：
年月日
7、教研室意见
教研室主任（签字盖章）：
年月日
云南经济管理职业学院毕业设计（论文）原创性及知识产权声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下取得的成果。
对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
因本设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。
特此声明
毕业设计（论文）作者签名：
作者专业：
作者学号：
年月日
一、施工条件………………………………………………………………
（1）
（一）对外交通……………………………………………………………
（1）
（二）工程条件……………………………………………………………
（1）
二、水文气象条件…………………………………………………………（3）
（一）水文条件……………………………………………………………（3）
（二）气象条件……………………………………………………………（3）
（三）地形地质条件………………………………………………………（4）
（四）外来物资供应、水电和施工通讯条件……………………………（4）
（五）天然建筑材料………………………………………………………（4）
三、施工导流………………………………………………………………（6）
（一）倒流标准和导流时段………………………………………………（6）
（二）导流方案的选择……………………………………………………（7）
四、施工程序安排…………………………………………………………（9）
（一）方案一………………………………………………………………（9）
（二）方案二………………………………………………………………（9）
（三）具体施工程序安排…………………………………………………（11）
（四）导流隧洞施工………………………………………………………（16）
五、截流与基坑排水………………………………………………………（17）
（一）截流…………………………………………………………………（17）
（二）坝基排水……………………………………………………………（17）
（三）下闸蓄水措施………………………………………………………（17）
（四）料场开采……………………………………………………………（18）
六、主体工程施工…………………………………………………………（19）
（一）基坑开挖……………………………………………………………（19）
（二）大坝填筑……………………………………………………………（19）
（三）混凝土浇筑…………………………………………………………（20）
（四）引水隧洞施工………………………………………………………（21）
七、施工工厂设施…………………………………………………………（22）
（一）砂石加工系统………………………………………………………（22）
（二）混凝土拌合系统……………………………………………………（23）
八、施工总体布置…………………………………………………………（25）
（一）布置条件和原则……………………………………………………（25）
（二）施工房建……………………………………………………………（25）
（三）施工总进度…………………………………………………………（26）
（四）施工强度和劳动力…………………………………………………（28）
参考文献……………………………………………………………………（32）
致谢…………………………………………………………………………（33）
一、施工条件
（一）对外交通
芭蕉河一级水电站位于湖北省恩施土家族苗族自治州鹤峰县境内的芭蕉河上，县城容美镇经北佳镇至坝址上游芭蕉坡现有公路里程38km，其中县城至两
河口13km为省级公路，两河口至北佳镇19km为县乡级公路，北佳镇至坝址上游芭蕉坡6km为乡村简易公路。
坝址不通公路。
正在修建的芭蕉河二级水电站上距芭蕉河一级坝址7.6km，其间不通公路，但二级电站至县城的对外交通干道现已贯通，公路里程3.5km。
（二）工程条件
芭蕉河一级水电站工程枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、左岸放空洞、右岸引水隧洞及地面厂房和开关站等组成。
混凝土面板堆石坝坝顶高程651.3m，最大坝高115.3m，顶宽8.0m，坝轴线长285.4m，上下游坝坡1:
1.4。
溢洪道布置在左岸坝肩，为2孔11m×16m（宽×高）开敞式表孔，堰顶高程631.5m，最大下泄流量3400m3s。
放空洞由导流隧洞改建而成，放空管埋于导流洞永久堵头之中，管径2.0m，管中心高程546.5m，最大下泄流量110.2m3s。
引水系统布置在右岸，由进水口、压力隧洞、高压隧洞和岔管组成，全长462.9m，进口底板高程606.0m，压力隧洞及高压隧洞内径3.8m，岔管内径2.6m，分别采用钢筋混凝土、钢板及混凝土组合衬砌。
厂房装机2台，单机容量15MW，总装机容量为30MW，主厂房尺寸为33.5m×15.4m×31.6m（长×宽×高）。
开关站布置在厂房上游侧，地面高程551.35m，面积58.0m×48.0m（长×宽）。
主体工程土石方明挖73.51万m3，石方洞挖5.82万m3，土石方填筑230.43万m3，混凝土10.37万m3。
各建筑物主要工程量见表1-1
表1-1主要工程量表
项目
土石
明挖
（万m3）
石方
洞挖
（万m3）
土石
填筑
（万m3）
混凝
土
（万m3）
钢筋
钢材
（t）
金属
结构
（t）
帷幕
灌浆
（m）
固结
灌浆
（m）
回填
灌浆
（m2）
砖
（万块）
大坝
29.91
0.08
227.67
1.91
1934
13254
2046
溢洪道
35.36
5.24
1936
320
694
放空洞
0.05
0.07
228
引水隧洞
2.60
0.84
0.99
770
93
3910
1385
厂房及
开关站
2.45
1.20
1.38
570
11
18.0
小计
70.32
0.97
228.87
9.59
5438
424
13254
6650
1385
18.0
导流
3.19
4.85
1.56
0.78
220
135
1625
合计
73.51
5.82
230.43
10.37
5658
559
13254
6650
3010
18.0
芭蕉河二级电站坝址上距本工程坝址7.6km，水库正常蓄水位543.5m，电站装机8000kW，目前该电站即将建成投产，芭蕉河一级电站的施工应尽可能减少对二级电站正常运行的影响。
二、水文气象条件
（一）水文条件
坝址控制流域面积303.4km2，多年平均流量为12.6m3s，多年平均径流量3.97亿m3。
洪水主要由暴雨形成，流域每年4月进入汛期，年最大洪水均发生在5～9月，其中6～8月为主汛期，一次洪水过程为2d左右，峰型多以双复峰为主，10月退出汛期，11月～次年3月为枯水期。
芭蕉河流域无实测水文资料，邻近溇水干流鹤峰站为坝址设计洪水的依据站，该站控制流域面积647.3km2，坝址洪水采用面积比的23次方推算获得1960～1998年共39年资料。
坝址施工时段频率洪水成果见表2-1。
表2-1施工时段频率洪水成果表单位：
m3s
时 段
频 率 （%）
1
2
5
10
20
全 年
2500
2080
1540
1150
784
4月
291
255
5月
549
480
6月
821
724
11.1～3.31
147
110
76.6
11.1～4.30
222
185
147
10.16～4.15
174
141
107
10.1～4.30
313
250
187
（二）气象条件
工程所在地区属北亚热带暖湿季风气候区，雨量充沛，气候温和。
多年平均气温15.4℃，极端最高气温40.7℃，极端最低气温-10.1℃。
流域多年平均降雨量1986.4mm，年内降雨主要集中在4～10月，约占全年降雨量的85.6%。
坝址气象要素见表2-2。
表2-2 坝址气象要素表
序号
项 目
单位
数量
备 注
1
降雨量
坝址以上流域多年平均降雨量
mm
1986.4
鹤峰站以上流域多年平均降雨量
mm
1770.6
2
气温
鹤峰气象站资料
多年平均气温
℃
15.4
极端最高气温
℃
40.7
极端最低气温
℃
-10.1
3
蒸发
多年平均蒸发量
mm
1000.5
4
风速
多年平均风速
ms
0.6
历年最大风速
ms
14.0
（三）地形地质条件
工程所在河段位于柳月坪与芭蕉湾之间，长约1.5km，河谷为深切的“V”型峡谷，河流平面上大致呈弓形，常水位547.50~535.50m，河面宽度10~40m，河床坡降8‰，覆盖层厚度3~5m，河谷两岸山体雄厚，岸坡陡峻，岸坡自然坡角35~60，受结构面控制，悬崖峭壁随处可见。
坝段位于八字山背斜南东翼，出露地层为志留系下统龙马溪组（S1ln）和罗惹坪组（S1lr），段内无大的断裂通过，构造较简单，岩层以单斜为主，产状N35~50E，SE30~50，主要岩性为条带状砂岩、石英砂岩和泥质粉砂岩。
工程所在地区为高山峡谷地形，坝址河谷狭窄，两岸岸坡较陡，施工场地只能利用坝址下游左岸1.6km的落山坝较平缓开阔的阶地及河滩地，以及进场公路沿线的局部较开阔地带；弃碴场利用坝址上游的柳月坪阶地；施工布置条件较差。
（四）外来物资供应、水、电和施工通讯条件
工程所需水泥部分由鹤峰县水泥厂供应，大坝所用水泥由石门水泥厂供应，钢材由武钢供应，木材、火工材料、油料、房建材料、生活物资等从当地采购。
施工期生产、生活用水从芭蕉河取水，水质满足用水要求。
施工用电结合永久输电线路，从芭蕉河二级电站接线，线路等级10kV，输电线路长度约6km。
工程对外通讯，结合电站调度运行要求，由鹤峰县城架设通信电缆至施工场区，场区内部通讯以无线通讯为主。
（五）天然建筑材料
工程所在河段无天然砂砾料可供利用，本阶段重点勘察了3个石料场。
芭蕉湾石料场位于坝址下游1.8km左岸的落山坝村后山，分布高程550.0～820.0m,料场基岩裸露，残坡积覆盖层稀薄，出露地层为志留系中统纱帽组（S2s）、泥盆系中统云台观组（D2y）和二迭系下统（P1）地层，岩体风化较浅，岩性坚硬。
石料总储量780.0万m3，可作为本工程坝体堆石料的主要料源。
芭蕉坡石料场位于坝址上游约1.5km左岸，分布高程700.0～800.0m,料源层为奥陶系下统红花园组（O1h）灰黑色厚层～巨厚层灰岩，料场基岩裸露，覆盖层稀薄，储量165.6万m3；鱼儿泉石料场位于坝址下游3.8km左岸鱼背状山脊，分布高程560.0～810.0m,剥离层厚度4m左右，料源地层为二迭系下统茅口组（P1m）灰岩，总储量313.5万m3。
两料场料源均为质地较纯净的灰岩，可作为本工程混凝土骨料料源。
坝址附近土料较少，白果堡土料场位于北佳镇至柳月坪新修简易公路旁，距坝址约4.5km，储量约3万m3，土料属风化坡积土，粗颗粒含量偏高，质量不够理想。
三、施工导流
（一）导流标准和导流时段
1.导流标准
芭蕉河一级水电站为Ⅲ等中型工程，混凝土面板堆石坝为3级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》SDJ338—89的规定，相应导流建筑物级别为5级，采用土石围堰结构时，导流建筑物设计洪水标准为5~10年一遇，当坝前拦洪库容在0.1~1.0亿m3时，坝体施工期临时渡汛洪水标准为50~100年一遇。
2.导流的时段选择
芭蕉河属山溪性河流，洪枯流量变化较大，流域洪水主要由降雨形成，每年4月进入汛期，6~8月为洪水多发季节。
对坝址1960~1998年共39年洪水系列资料进行统计，坝址各月发生年最大洪水的情况见表3-1。
表3-1坝址年最大洪水发生月份统计表
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
月最大洪
（m3s）
30.8
79.0
84.5
227.0
527.0
766.0
1180.0
1040.0
444.0
244.0
155.0
41.7
年最大洪水发生次数
（次）
0
0
0
0
4
9
17
7
2
0
0
0
（%）
0
0
0
0
10.3
23.1
43.6
17.9
5.1
0
0
0
根据表3-1中的统计结果，提出11月1日~次年3月31日、11月
1日~次年4月30日、10月16日~次年4月15日、10月1日~次年4月30日及全年5个导流时段进行分析比较，各时段的施工频率洪水见表3-2。
经施工总进行安排，一个枯水时段内难以将坝体经济断面抢至100年一遇拦洪渡汛高程，需利用5~6月进行坝体拦洪断面的施工。
从表8.1-2中可以看出，5、6月份年最大洪水发生次数虽较多，但洪水峰值却不大，参照类似土石坝的施工经验，可利用5~6月份作为拦洪过渡期抢筑坝体拦洪断面，拦洪过渡期内要求5月底坝体经济断面与全年50年一遇拦洪水位607.26m齐平，6月中旬达到全年100年一遇拦洪高程615.3m。
坝体的填筑强度以5月底坝体拦挡全年50年一遇洪水为控制，不同导流时段坝体填筑强度见表3-2。
表3-2不同导流时段坝体填筑强度表
导流时段
11月1日~次年3月31日
11月1日~次年4月30日
10月16日~次年4月15日
10月1日~次年4月30日
坝体施工时段
11月1日~次年6月15日
11月1日~次年6月15日
10月16日~次年6月15日
10月1日~次年6月15日
施工时间
7.5个月
7.5个月
8.0个月
8.5个月
坝体填筑强度
（万m3月）
月平均
15.45
15.45
14.26
13.24
月最大
19.31
19.31
17.83
16.55
经对本工程料场开采和坝料上坝条件进行分析，除导流时段11月1日~次年3月31日、11月1日~次年4月30日的坝体填筑强度略显偏大外，其余时段的填筑强度相对于本工程的施工条件均比较合理。
针对同一种导流隧洞洞径7.0m×9.0m（宽×高），对各导流时段的10年一遇洪水进行水力学计算，计算成果列于表3-3。
表3-3不同导流时段水力学计算成果表
隧洞尺寸
1条—7.0m×9.0m（宽×高）
导流标准
时段
11月1日~次年3月31日
11月1日~次年4月30日
10月16日~次年4月15日
10月1日~次年4月30日
全年
频率
p=10%
p=10%
p=10%
p=10%
p=10%
导流流量
（m3s）
110
185
141
250
1150
最大下泄流量
（m3s）
110
185
141
250
656.5
上游水位
（m）
551.13
553.35
552.20
555.15
583.78
上游围堰堰顶高程
（m）
552.2
554.4
553.1
556.2
586.0
最大堰高（m）
12.2
14.4
13.1
16.2
46.0
根据水力学计算成果，当选用全年不过水的导流时段时，上游围堰高度达46.0m，导流隧洞洞线长度将增加近120.0m，而面板坝坝高也仅115.3m，导流工程投资明显与主体工程规模不相称。
对于各枯水时段，由于本工程考虑利用5~6月作为拦洪过渡期进行坝体拦洪断面的填筑，且坝体各月的上升高程主要由填筑强度控制，导流时段往后延长对增加施工时间，降低填筑强度已无实际意义，导流时段往前延展虽可争取一部分坝体拦洪断面的施工时间，但由于9、10月为汛末，相应的施工导流流量量级增加较快，必然会导致导流建筑物规模和工程截流难度的增加。
因此，经过分析现场施工条件和可能达到的施工强度，在满足施工总进度要求的前提下，为节省导流工程投资，降低导流工程规模，导流时段选择为枯水时段10月16日~次年4月15日。
3.导流流量的选择
对于选定的导流时段10月16日~次年4月15日，其10年一遇洪峰流量为141m3s，5年一遇洪峰流量为107m3s，流量相差34m3s，当导流隧洞洞径为7.0m×9.0m（宽×高）时，两者上游围堰高度相差仅1m，为安全计，导流流量采用时段10年一遇洪峰流量141m3s。
由于本工程拦河坝为混凝土面板堆石坝，拦洪库容介于0.1~1.0亿m3之间，考虑坝体临时拦洪渡汛时，下游7.6km的芭蕉河二级电站及下游11km的鹤峰县城防洪安全，坝体临时渡汛洪水标准采用全年100年一遇,洪峰流量2500m3s。
3.导流方式
本工程坝址河谷形状系数为2.53，属狭窄形河谷，施工导流采用河床一次拦断，旁侧隧洞导流的导流方式。
（二）导流方案的选择
1.导流方案的拟定
根据坝址区地形地质条件和工程枢纽布置特点，本阶段拟定两种可能的导流方案进行比选。
方案一：
枯水期围堰挡水，隧洞导流，第一个汛期坝体临时断面拦洪渡汛方案。
该方案导流隧洞布置在左岸，全长688.896m，隧洞采用城门洞型，断面尺寸7.0m×9.0m（宽×高），进口底板高程546.00m，出口底板高程542.50m，纵坡i=0.005217。
第一个枯水期由围堰挡水，经水力学计算，当Q=141m3s时，上游水位552.08m，相应的上游围堰堰顶高程553.1m；汛期由坝体临时断面拦洪渡汛，渡汛标准为100年一遇，经调洪演算，求得拦洪水位为613.43m，拦洪库容0.29亿m3，坝体拦洪高程615.3m，水力学计算成果见表8.2-4。
经施工总进度安排，坝体全断面施工，填筑总方量169.49万m3，一个枯水期难以完成；采用经济断面拦洪，坝体填筑总方量97.78万m3，5月底达到607.3m，6月中旬达到615.3m，月平均填筑强度14.26万m3，经对施工布置，施工道路、料场开采条件及施工方法进行研究，这一强度完全可以做到。
表3-4方案一水力学计算成果表
项目
单位
第1个枯水期
第1个汛期
备注
设计标准
时段
10月16日~
次年4月15日
全年
全年
洪水重现期
年
10
50
100
洪峰流量
M3s
141
2080
2500
泄洪建筑物
泄流方式
导流隧洞
导流隧洞
过水断面尺寸
m
7.09.0（宽高）
7.09.0（宽高）
城门洞型
进口高程
m
546.0
546.0
出口高程
m
542.5
542.5
洞长
m
688.896
688.896
泄洪指标
下泄流量
M3s
141
841.3
885.5
拦洪库容
亿m3
0.22
0.29
上游水位
m
552.08
607.26
613.43
最大流速
ms
4.14
14.29
15.04
挡水建筑物特性
拦洪方式
上游围堰
坝体经济断面拦洪
顶部高程
m
553.1
609.0
615.3
最大高度
m
13.1
73.0
79.3
坝体建基面高程536.0m
最大顶长
m
59.0
136.0
174.0
四、施工程序安排
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