【doc】二滩水电站施工导流设计
二滩水电站施工导流设计
t6J
水电蛄设计第10卷第l期
DHPsl994年3月
二滩水电站施工导流设计
楼叔英TF-(--(-f,/
(能福【部,水利部成都勘测设计研究院,成都,610072)
摘要舟绍丁二难水电站麓工导流设计的概况.井结合电站采用国际竞争性招标方式蔫工的特点,简单回顾
iq
舟部的特内
t关t二摊承电站.蓝工导流风险分析导瘴隧洞匿堰麓工规范工程师图坎'一r',霸
1前言
二滩水电站由于规模大,效益显着以及采用国际竞争性招标的施工方式而为当今水电界
所瞩目.作为在电站建设期负有保证枢纽建筑物安全,顺利施工,分界业主和承包商各自应承
担的风险,确立电站施工进程中的控制性"里程碑"等特殊使命的施工导流设计,无疑受到了领
导,专家,业主,承包商和国内外同行的密切关注和高度重视.
鉴于施工导流在二滩水电站建设中特别重要的地位,导流工程本身规模的巨大,工期紧
迫,错综复杂的分标特性,使得导流设计的每项内容和每个环节均有相当大的难度.尤其是电
站采取国际竞争性招标的施工方式及所对应的建设机制和管理体系,又给导流设计赋予了新
的内容,要求设计与国际工程接轨,并在设计思想上有所突破.'
本文仅就二滩水电站施工导流设计过程中部分具有实质性且有一定特殊意义的内容作一
简单的回顾和介绍.
2施工导流设计概况
二滩水电站采用河床一次断流,土石围堰挡水,隧洞导流,基坑垒年施工的导流方案.导流
设计洪水标准为三十年一遇洪水重现期,相应设计洪水流量为1350Om/s.
从河床截流至坝体临时导流底孔(以下简称临时导流底孔)的封堵,蘸工导流全过程可分
为前期导流,后期导流和施工期蓄水三个阶段.根据拱坝工程合同文件ET/Ic1第一卷有关条
款的规定和电站建设期大坝混凝土浇筑的实际进度,各阶段的导流程序和主要特性觅表1
导流工程由导流隧洞,河床围堰,临时导流底孔三个建筑物组成,导流隧洞分设于大坝左,
右两岸,左洞长1089.75rn,右洞长1167.05m,断面均为城门洞形,净高23m,净宽17.5rn,过
水面积为(2×379)m.隧洞沿线大部分洞段岩体新鲜,完整,地质条件良好,但岩性变化大.不
同岩体接触面附近往往有不同程度的小型破碎带发育,而左,右嗣分别需穿越枢纽区两大主要
软弱岩带——裂面绿泥石化玄武岩(P)和绿泥石一阳起石化玄武岩(P).导流嗣位于高地
应力区,最大主应力值为?,O~35MPa,作用方向基本垂直河流且倾向河床,倾角约为10."-~30
47
衰1二滩水电站施工导流程序及主要特性衰
设计流量施工阶段导流程序时段挡水建筑物泄水建筑物说明
(苴】0,s
左,右岸导河床截谎1993年12月1o日由EJV确定
流隧洞
前期导流1993年l2月10日
上,下游河床围左,右岸导围堰挡水至以后的连续2～313500
堰流隧洞十汛期
混凝土双曲等蕖:十汛l期.起ll拱坝
汽隧洞箍甚糟后期导汽左,右岸导拱坝挡水吾年月.
左.右岸导流
隧洞下闸1997年1]月lO日≥l500拱坝话时导流底孔
施闸『1前水位
≤lO3O.5m工
导汽隧洞封堵1997年11月10日拱坝临时导瘴底孔
期至1998年4月30日≥l500隧洞闸门
蓄
水临时导汽底闸
门应能承受
孔下闸及封1998年5月1日至5拱规1200
m水位的相应月31日≥l500导赢底孔闸门
水头堵
根据导流工程的性质和特点,二滩水电站第1标合同文件ET/IC1第三卷有关条款中明
确规定:上,下游河床围堰和临时导流底孔均由EJV(承担拱坝工程施工的=滩联营体的简
称)负责设计并旖工从EJV已提交给工程师审批的设计文件知,上述建筑物的基本形式和参
数为:上游河床围堰堰型为粘土心墙堆石堰,堰顶高程1062m,堰顶宽12m,最大堰高约为
56m,堰基防渗采用高压旋喷灌浆防渗墙;下游河床围堰堰型为粘土斜墙堆石堰,堰顶高程为
1030m,堰顶宽10m,最大堰高约30m,堰基防渗亦采用高压旋喷灌浆防渗墙;四个临时导流底
孔分设于19,20,21,22号坝段,孔口尺寸为4mX8m(宽×高),设计泄流量为1500m/s,孔底
高程1014m.
3导流设计标准与风险分析
3.1风险分析的目的
导流设计标准的确定就其本质而言是一典型的风险决策问题,即通过某一种方式找到设
计标准,发生的费用(包括出现超标准洪水时的损失)和风险"三者之间最佳配合,亦即希望在
该标准下投入的费用最少,获得的枢纽建筑物施工的安全度最大,发生事故的风险又最小的这
样一组配合在我国水电站建设中,常按《水利水电枢纽工程等级划分和设计规定》(部颁)或
《施工组织设计规范》中有关条款对照选定导流设计标准,只能定性地说明标准,费用,风险,,
三者的关系r因而各方意见难以集中,统一,使领导,专家难于决策而通过风险分析,应用风险
分析的理论,即能找出"标准,费用,风险"三者之间的定量关系,从而能有效地判断所选设计标
准的合理性,经济性,便于从中作出决策.
鉴于二滩水电站旅工导流设计在整个工程建设中具有重要的地位和作用,在初步设计优
化设计阶段,决定采用风险分析方法解决上述矛盾.
3.2风险分析
风险决策"是以"广义功效"为目标函数,通过风险分析,求得函数极值,从而作出相
应决
4R
策的过程.二滩导流设计标准风险分析的基本步骤如下:
3.21设置目标函数
以导流工程全寿命周期总费用最小为目标,设置目标函数:
E=Ea+Ef
E,=∑P.E"f=1
式中E——导流工程金寿命周期总费用;
——
导流建筑物费用;
——
计及风险率的预估损失费用;
P.——路经i的风险率;
E"——路经i的预估损失费用}
i"1——风险分析路径总数,即在确定的基坑保护年限内,发生超标准洪水导致导流事
故的组合数;
i——路径号.
3.22风险分析典型方案
根据二滩导流设计的特点,对设计标准选择的各种不同意见,经综合可以归纳为由三种典
型的设计思想形成的三种典型方案:
a.以减少风险为目的,采用高土石围堰,大断面导流隧洞,提高导流设计标准的方案(简称
H方案)..
b.以降低挡水标准且不增加发生超标准洪水时溃堰机率为目的,在H方案的基础上降低
围堰高度,减小导流建筑物规模,同时对土石围堰堰面和基坑表面增加一定的保护
设蘸,允许
堰面和基坑少量过水而不致于发生溃堰的方案(简称M方案).
c以减小导流建筑物规模为目的,较大幅度降低导流标准,同时采用碾压混凝土围堰,以
适应过水要求(简称L方案)
3-2?3风险分析
a.导流建筑物费用():以隧洞宽度和围堰高度为基本参数,设计导流隧洞和上,下游河
床围堰的标准剖面;绘制洪水频率,围堰高度与隧洞宽度的关
系曲线}分析枢纽及蘸工规划等各种因素对隧洞和围堰规模
的制约,确定导流隧洞,上,下辩围堰,导流底孔的最大限制尺
寸}绘制各种不同频率下的洞宽和导流建筑物费用曲线(见图
1),求得相对于某一频率的导流建筑物尺寸的最优组合.
b.估算各种导流标准下发生超标准洪水时的失事损失
(E,):根据基坑开挖和大坝混凝土浇筑进度,确定基坑保护
年限,计算可能发生超标准洪水的路径总数及路径的风
险率P,,估算路径i失事损失(E")和计及风险率的预估损失
(E,).～
c,绘制H,M,L方案的风险分析曲线:以导流工程全寿
命周期总费用最小为目标,进行风险分析(相关曲线见图2).嗣竟与导魂建筑物费用关幕
最后确定三十年一遇洪水重现期为最佳的导流设计标准.对应的导流洪水流量为13500ms/s,
49
导流建筑物的最优组合为导流隧洞净宽17.5m,净高23m,上游围堰堰顶高程i062m,最大堰
高56m.此方案总费用最小,风险率亦较小.
4施工分标,技术规范编制及电站建设控制进度
4.1导流工程建设分标
正
耜
∞
目
■
照
—盖
/
\
.
瓤率,
j重现期,l
\\Q(P
二滩水电站土建工程建设分为I,Ⅱ两标,I标为拱坝
工程标,由以意大利英波吉洛公司为责任公司的二滩联营
体(简称EJV)中标,Ⅱ标为地下厂房工程标,由以德国霍
尔兹曼公司为责任公司的中德二滩联营体(简称SGEJV)
中标.为满足电站建设总体规划的要求,导流建筑物施工分
为两部分,即导流隧洞施工由SGEJV负责,其余包括电站
建设期的主要导流工作均由EJV承担,但具体落实到每个
部位的分标,关系却十分复杂.I标与I标的施工内容不仅
有空间上的交错,而且有时间上的重叠.如导流洞的进出口
建筑物包括安装由业主提供的进I:l建筑物中的预埋件由
SGEJV负责施工,而进口闸门和启闭设备的安装,运行,维
图2风险分析相关曲线示意护及下闸由EV负责;河床截流由EJV完成,两导流洞洞
I=l围堰由EJV拆除,但洞口围堰的设计和修筑由SGEJV承担;导流隧洞作为电站建设期的主
要泄水建筑物由SGEJV麓工,而电站枢纽建设期间的主要导流工作由EJV全面负责}等等.
这既揭示了导流工程建设分标设计的艰难,也给其他内容的导流设计大大增加了难度.可见,
二滩水电站施工导流设计相对于国内其他自营制方式修建的工程而言不仅内容要有所突破,
而且要求也大为提高.
4.2技术规范编制与电站建设控制性进度
如上所述,由于二滩导流工程具有规模大,工期紧且分标关系错综复杂的特点,为确保和
按期发挥导流建筑物的功能,在编制"导流和水控制"章节技术规范中,不仅包含有常规性的内
容,而且更注意到EJV和SGEJV承包商之间,承包商与业主之间交错,结合部的内容的规范
要求,尤其是与电站建设控制性进度相关的内容.
为确保电站建设期第一个控制性进度工程——河床截流的按时顺和完成,"规范对保证
和优化截流时的导流隧洞分流条件作了十分细致,周全而明确的规定:合同编号ET/IC2第三
卷第6.3.4洞口围堰一节明确指出,SGEJV必须将洞口围堰"设计,布置,详图和施工进度提
交工程师审批",要求"位于围堰基础部位的进出口明渠应开挖到最终的坡度,并接工程师的要
求进行衬砌,以利于围堰拆除",这就为EV拆除洞口围堰提供了先决条件和保证条件.同时,
ET/lc1合同文件第三卷第6.3.8节则明确规定,EJV"直将洞口围堰拆除到进出口明渠图纸
上所示的界线和坡度"二滩水电站已于1993年11月26El顺利截流.截流时的实际流量为
1090m/s,截流河段上,下游总落差为4.94m.截流的顺利成功,充分证明了"规范"中上述内
容的合理正确,且是十分必要的.
电站建设中的第二个控制性进度是导流隧洞下闸封堵,而进口闸门,启闭设备的安全可靠
运行又取决于业主,EJV,SGEJV三者在该作业交叉结合部位的相互协调和密切配合(如本文
50'
上节所述).为此,在ET/Ic1和ET/IC2合同"技术规范"的相应条款中,均对ET/1c1承包商
EJV和ET/IC2承包商SGEJV在该部位的工作内容,程序和要求分别作了明确的规定:SGE—
Jv"应同ET/IC1承包商,业主和工程师合作,共同协调进口建筑物中的闸门导轨,锚座,金属
预埋件和启闭设备的安装细节","承包商应请求并获得ET/Ic1承包商的认可,按照ET/IC1
承包商安装闸门和启闭设备的要求,安装闸门的金属预埋件,锚座和浇筑二期混凝土",EJV
应安装进口闸门及启闭设备(不包括预埋件),并负责维护闸门直到导流嗣堵头完建","应同
ET/IC2承包商和业主合作,共同协调上游进口闸门和启闸设备的预埋件的安装细节……在
安装完闸门和启闭设备的预埋件之后,ET/ICl承包商应向工程师提交一份报告,表明已按
ET/IC1承包商的要求安装完毕".为协调由EJV设计的临时导流底孔和业主提供的导流洞进
口闸门之间的关系,并保证隧洞封堵的必要条件,规范"中对EJV设计的临时导流底孔的限
制条件中包含了"闸门前(导流洞进口)的水位不应高于1030.5m高程,导流底孔总过流能力
不应小于1500m/s的条款.
除上述内容外,与控制性进度相关的诸如道路交通,互为制约的工程项目的完工和移交日
期的规定,均分别纳入ET/IC1,ET,IC2合同文件第一卷第三章第3.14款"协调"一节之中.
5导流建筑物
5.1左,右岸导流隧洞
二滩导流洞具有规模大,泄流能力强且位于高地应力区的特点,轴线布置的优劣不仅极大
影响其自身的造价,工期和运行条件,而且还将牵涉到枢纽主体建筑物的布置和电站的总体施
工规划.分析研究表明,影响隧洞布置的因素和制约条件可以归纳为枢纽布置,地质地形条
件,水力学条件,施工期漂木要求和施工规划条件五大方面.应用质量控制理论中推荐的因果
关系分析法,通过质量体系实施对导流洞轴线布置的先主后次,先大后小,循环搜索的优化过
程,最终选定的导流洞轴线布置如图3所示.
图3导流嗣轴线布置示意
针对二滩导流洞的特点,应用数值分析,工程类比,模型试验和现场监测反馈相结合的方
51
法进支护设计,典型的支护型式见图4.
图4中的支护型式相对于地质条件而言,
60
A型适合于差"的洞段及进出口锁口段和堵头
段;B型适合于"相对较差"的洞段;c型适合于
"优良"的洞段.
圉4隧漏典型支护型式5.2河床囤堰和临时导流底孔
合同文件中有关条款明确规定,上,下游河床围堰和临时导流底L均由EJV设计,施工
(包括必要的拆除和封堵).在业主发售招标文件的同时,虽然也发售了根据风险分析结论,围
堰区域内河床覆盖层特性和有关要求,对河床围堰和临时导流底孔分析研究的相关的参考资
料cD一6,但该资料仅供承包商参考,以方便投标设计,降低报价,最终达到既有利于业主亦
有利于承包商的目的.承包商通过该参考资料所作出的任何推论,解释和结论,业主概不负责
6工程师图的编制
二滩水电站是通过国际竞争性招标,由国际承包商负责兴建的工程项目.根据国际招标的
特点,其工程师图的编制和提供必须符合国际惯例.这不仅意味着供图的时间较国内自营制体
制下兴建的工程大大提前(合同中有关条款明确规定,工程施工前196天内应提供布置图,112
天内须提供开挖,结构和钢筋设计图),更重要的是还意味着图纸编制观念的全面更新在编制
过程中,不仅要求全面,正确无误地反映设计内容,而且还必须有明确而清晰的合同观念,稍有
不慎,就可能直接或间接地造成巨大的经济损失.
导流洞作为首批开工的国际招标项目,准时提出了符合上述要求的用于施工的工程师图,
为整个二滩工程设计施工图的编制开了好头.
导流洞施工用工程师图的主要特点为:
a.紧扣合同.做到合同条款,技术规范,工程量报价单和招标图四统一}图中责任界线明
确,EJV,SGEJV,业主和工程师各方职责分明.
b.充分吸取国际上工程师图中先进的表示方法,做到图示内容既全面,正确,完整,又简
单明了,较大地提高了图纸编制效率.
c.图示内容规范化.图面上任一部分的内容表示方法均有章可循.
d.细部结构标准化,既保证了设计质量,又为施工提供了方便
e.根据各单项工程及工程内各部位的不同特点,结合图纸编制条件的成熟程度,按需要灵
活合理地设计每套图的功能.
7结束语
二滩水电站国际招标工程施工从1991年9月14日正式开工至今,已近30个月,而电站
导流工程的建设亦已由导流隧洞施工进入了河床围堰堆筑阶段.逾3o个月的施工实践证明.
二滩水电站的导流设计不但已为国际承包商所接受,而且经受了施工实践和初期过水的考验.
尤其是河床截流的顺利成功,有力地证明了导流设计中设计思想和设计成果的正确和合理.
(下转第61页)
52-
刷,减
4结束语
—
,韧设右导轴咎
附图导流隧恫布置比较
二滩导流隧洞轴线布置经设计优化缩短了隧洞长度.节省了工程量,降低了造价,
缓解了
施工工期十分紧张的局面,使导流工期得到保证,并增加了导流隧洞安全运行的可靠性.优化
成果已用于二滩招标设计和技施设计,并经过了蘸工实践的验证.
(收稿日期:19931208)
(上接第52页)
通过二滩水电站的导流设计,笔者在以下几方面有比较深刻的体会:
a.任何一项优秀的设计,必须对设计背景,设计条件有十分透彻的了解和认识,并能从设
计思想,设计观念,设计内容上作切合实际的更新和突破.
b.针对国际竞争性招标工程的特点,设计者必须摆脱纯技术的羁绊,努力树立清晰,完
整,正确的合同观念,并符合国际惯例.
c.技术规范的编制是导流设计的一部分,而且是相当重要的部分,必须给予高度的重视.
d.用风险分析方法确定导流设计标准不失为一个好的行之有效的方法,但由于工作量大,
尤其是发生超标准洪水时失事损失预佶影响因素多,难度大,因此对一般的中,小型工程的导
流设计标准的确定,是否采用风险分析方法,应根据具体情况而定.
e.对有几个承包商共同施工的工程项目,为尽可能减小工作难度,合理分标尤为重要.
(收稿日期.19940304)
61