二灘水電站施工導(dǎo)流設(shè)計

1、二灘水電站施工導(dǎo)流設(shè)計t6J水電蛄設(shè)計第10卷第l期DHPsl994 年 3 月二灘水電站施工導(dǎo)流設(shè)計樓叔英 TF-(-(-f,/(能福【部，水利部成都勘測設(shè)計研究院,成都,610072)摘要舟紹丁二難水電站麓工導(dǎo)流設(shè)計的概況.井結(jié)合電站采用國際競爭性招標(biāo)方式蔫工的特點(diǎn)，簡單回顧iq舟部的特內(nèi)t關(guān)t二攤承電站.藍(lán)工導(dǎo)流風(fēng)險分析導(dǎo)瘴隧洞匿堰麓工規(guī)范工程師圖坎一 r,霸1前言二灘水電站由于規(guī)模大,效益顯著以及采用國際競爭性招標(biāo)的施工方式而為當(dāng)今 水電界所矚目.作為在電站建設(shè)期負(fù)有保證樞紐建筑物安全，順利施工，分界業(yè)主和承包 商各自應(yīng)承擔(dān)的風(fēng)險，確立電站施工進(jìn)程中的控制性里程碑等特殊使命的施工導(dǎo)流設(shè)

2、計，無 疑受到了領(lǐng)導(dǎo)，專家，業(yè)主，承包商和國內(nèi)外同行的密切關(guān)注和高度重視.鑒于施工導(dǎo)流在二灘水電站建設(shè)中特別重要的地位，導(dǎo)流工程本身規(guī)模的巨大，工 期緊迫,錯綜復(fù)雜的分標(biāo)特性，使得導(dǎo)流設(shè)計的每項(xiàng)內(nèi)容和每個環(huán)節(jié)均有相當(dāng)大的難度. 尤其是電站采取國際競爭性招標(biāo)的施工方式及所對應(yīng)的建設(shè)機(jī)制和管理體系，又給導(dǎo)流設(shè) 計賦予了新的內(nèi)容，要求設(shè)計與國際工程接軌，并在設(shè)計思想上有所突破.本文僅就二灘水電站施工導(dǎo)流設(shè)計過程中部分具有實(shí)質(zhì)性且有一定特殊意義的內(nèi)容作一簡單的回顧和介紹.2施工導(dǎo)流設(shè)計概況二灘水電站采用河床一次斷流，土石圍堰擋水，隧洞導(dǎo)流，基坑壘年施工的導(dǎo)流方案.導(dǎo)流設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為三十年一遇洪水重現(xiàn)期

3、,相應(yīng)設(shè)計洪水流量為1350Om/s.從河床截流至壩體臨時導(dǎo)流底孔（以下簡稱臨時導(dǎo)流底孔）的封堵，蘸工導(dǎo)流全過 程可分為前期導(dǎo)流,后期導(dǎo)流和施工期蓄水三個階段.根據(jù)拱壩工程合同文件ET/Ic1第一 卷有關(guān)條款的規(guī)定和電站建設(shè)期大壩混凝土澆筑的實(shí)際進(jìn)度,各階段的導(dǎo)流程序和主要特 性覓表1導(dǎo)流工程由導(dǎo)流隧洞，河床圍堰，臨時導(dǎo)流底孔三個建筑物組成，導(dǎo)流隧洞分設(shè)于 大壩左，右兩岸，左洞長1089.75rn，右洞長1167.05m，斷面均為城門洞形，凈高23m，凈寬17.5rn，過水面積為（2X379）m.隧洞沿線大部分洞段巖體新鮮,完整,地質(zhì)條件良好，但巖性變 化大.不同巖體接觸面附近往往有不同程度的

4、小型破碎帶發(fā)育,而左,右嗣分別需穿越樞紐 區(qū)兩大主要軟弱巖帶一一裂面綠泥石化玄武巖（P）和綠泥石一陽起石化玄武巖（P）.導(dǎo)流嗣位 于高地應(yīng)力區(qū)，最大主應(yīng)力值為?,O35MPa，作用方向基本垂直河流且傾向河床，傾角約為10.-3047衰1二灘水電站施工導(dǎo)流程序及主要特性衰設(shè)計流量施工階段導(dǎo)流程序時段擋水建筑物泄水建筑物說明（苴】0,s左，右岸導(dǎo)河床截謊1993年12月1o日由EJV確定流隧洞前期導(dǎo)流1993年12月10日上,下游河床圍左，右岸導(dǎo)圍堰擋水至以后的連續(xù)2313500堰流隧洞十汛期混凝土雙曲等蕖:十汛1期.起11拱壩汽隧洞箍甚糟后期導(dǎo)汽左，右岸導(dǎo)拱壩擋水吾年月.左.右岸導(dǎo)流隧洞下閘19

5、97年1月10日N1500拱壩話時導(dǎo)流底孔施閘1前水位W1O3O.5m 工導(dǎo)汽隧洞封堵1997年11月10日拱壩臨時導(dǎo)瘴底孔期至1998年4月30日N1500隧洞閘門蓄水臨時導(dǎo)汽底閘門應(yīng)能承受孔下閘及封1998年5月1日至5拱規(guī)1200m水位的相應(yīng)月31日N1500導(dǎo)贏底孔閘門水頭堵根據(jù)導(dǎo)流工程的性質(zhì)和特點(diǎn),二灘水電站第1標(biāo)合同文件ET/IC1第三卷有關(guān)條款 中明確規(guī)定:上,下游河床圍堰和臨時導(dǎo)流底孔均由EJV（承擔(dān)拱壩工程施工的=灘聯(lián)營 體的簡稱）負(fù)責(zé)設(shè)計并旖工從EJV已提交給工程師審批的設(shè)計文件知，上述建筑物的基本 形式和參數(shù)為:上游河床圍堰堰型為粘土心墻堆石堰，堰頂高程1062m,堰頂寬

6、12m,最大堰 高約為56m,堰基防滲采用高壓旋噴灌漿防滲墻;下游河床圍堰堰型為粘土斜墻堆石堰，堰 頂高程為1030m，堰頂寬10m，最大堰高約30m，堰基防滲亦采用高壓旋噴灌漿防滲墻;四個 臨時導(dǎo)流底孔分設(shè)于19,20,21,22號壩段，孔口尺寸為4mX8m（寬X高）,設(shè)計泄流量為1500m/s,孔底高程1014m.3導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險分析3.1風(fēng)險分析的目的導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的確定就其本質(zhì)而言是一典型的風(fēng)險決策問題，即通過某一種方式 找到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)生的費(fèi)用（包括出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時的損失）和風(fēng)險三者之間最佳配合，亦 即希望在該標(biāo)準(zhǔn)下投入的費(fèi)用最少，獲得的樞紐建筑物施工的安全度最大，發(fā)生事故的風(fēng)險又

7、最小的這樣一組配合在我國水電站建設(shè)中，常按水利水電樞紐工程等級劃分和設(shè)計規(guī)定（部頒）或施工組織設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條款對照選定導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，只能定性地說明標(biāo)準(zhǔn), 費(fèi)用，風(fēng)險，三者的關(guān)系r因而各方意見難以集中,統(tǒng)一,使領(lǐng)導(dǎo)，專家難于決策而通過風(fēng)險分析, 應(yīng)用風(fēng)險分析的理論，即能找出標(biāo)準(zhǔn)，費(fèi)用，風(fēng)險三者之間的定量關(guān)系，從而能有效地判斷所選設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的合理性，經(jīng)濟(jì)性,便于從中作出決策.鑒于二灘水電站旅工導(dǎo)流設(shè)計在整個工程建設(shè)中具有重要的地位和作用，在初步 設(shè)計優(yōu)化設(shè)計階段，決定采用風(fēng)險分析方法解決上述矛盾.3.2風(fēng)險分析風(fēng)險決策是以廣義功效為目標(biāo)函數(shù)，通過風(fēng)險分析,求得函數(shù)極值，從而作出相應(yīng)決4R策的過程.

8、二灘導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險分析的基本步驟如下：3.21設(shè)置目標(biāo)函數(shù)以導(dǎo)流工程全壽命周期總費(fèi)用最小為目標(biāo)，設(shè)置目標(biāo)函數(shù):E=Ea+EfE,= EP.Ef=1式中E導(dǎo)流工程金壽命周期總費(fèi)用；導(dǎo)流建筑物費(fèi)用;計及風(fēng)險率的預(yù)估損失費(fèi)用；P.路經(jīng)i的風(fēng)險率；E路經(jīng)i的預(yù)估損失費(fèi)用i1風(fēng)險分析路徑總數(shù)，即在確定的基坑保護(hù)年限內(nèi)，發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致導(dǎo)流事故的組合數(shù)；i路徑號.3.22風(fēng)險分析典型方案根據(jù)二灘導(dǎo)流設(shè)計的特點(diǎn),對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選擇的各種不同意見,經(jīng)綜合可以歸納為由 三種典型的設(shè)計思想形成的三種典型方案：以減少風(fēng)險為目的，采用高土石圍堰，大斷面導(dǎo)流隧洞，提高導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的方案（簡稱H方案）.以降低擋水標(biāo)準(zhǔn)且不

9、增加發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時潰堰機(jī)率為目的，在H方案的基礎(chǔ) 上降低圍堰高度，減小導(dǎo)流建筑物規(guī)模,同時對土石圍堰堰面和基坑表面增加一定的保護(hù)設(shè)蘸，允許堰面和基坑少量過水而不致于發(fā)生潰堰的方案（簡稱M方案）.c以減小導(dǎo)流建筑物規(guī)模為目的，較大幅度降低導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，同時采用碾壓混凝土圍 堰，以適應(yīng)過水要求（簡稱L方案）3-2?3風(fēng)險分析導(dǎo)流建筑物費(fèi)用（）:以隧洞寬度和圍堰高度為基本參數(shù)，設(shè)計導(dǎo)流隧洞和上，下游 河床圍堰的標(biāo)準(zhǔn)剖面;繪制洪水頻率，圍堰高度與隧洞寬度的關(guān) 系曲線分析樞紐及蘸工規(guī)劃等各種因素對隧洞和圍堰規(guī)模 的制約，確定導(dǎo)流隧洞，上，下辯圍堰，導(dǎo)流底孔的最大限制尺 寸繪制各種不同頻率下的洞寬和導(dǎo)流建筑

10、物費(fèi)用曲線（見圖 1），求得相對于某一頻率的導(dǎo)流建筑物尺寸的最優(yōu)組合.估算各種導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時的失事?lián)p失（E，）:根據(jù)基坑開挖和大壩混凝土澆筑進(jìn)度,確定基坑保護(hù) 年限,計算可能發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的路徑總數(shù)及路徑的風(fēng) 險率P，估算路徑i失事?lián)p失（E）和計及風(fēng)險率的預(yù)估損失 （E，）.c，繪制H，M，L方案的風(fēng)險分析曲線:以導(dǎo)流工程全壽命周期總費(fèi)用最小為目標(biāo),進(jìn)行風(fēng)險分析（相關(guān)曲線見圖2）.嗣竟與導(dǎo)魂建筑物費(fèi) 用關(guān)幕最后確定三十年一遇洪水重現(xiàn)期為最佳的導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).對應(yīng)的導(dǎo)流洪水流量為 13500ms/s，49導(dǎo)流建筑物的最優(yōu)組合為導(dǎo)流隧洞凈寬17.5m，凈高23m，上游圍堰堰頂高程i062

11、m，最大堰高56m.此方案總費(fèi)用最小，風(fēng)險率亦較小.4施工分標(biāo),技術(shù)規(guī)范編制及電站建設(shè)控制進(jìn)度4.1導(dǎo)流工程建設(shè)分標(biāo)正耜8目照一至 蓋/.瓤率，j重現(xiàn)期,lQ（P二灘水電站土建工程建設(shè)分為I, II兩標(biāo),1標(biāo)為拱壩工程標(biāo)，由以意大利英波吉洛公司為責(zé)任公司的二灘聯(lián)營體（簡稱EJV）中標(biāo),11標(biāo)為地下廠房工程標(biāo)，由以德國霍爾茲曼公司為責(zé)任公司的中德二灘聯(lián)營體（簡稱SGEJV） 中標(biāo).為滿足電站建設(shè)總體規(guī)劃的要求，導(dǎo)流建筑物施工分 為兩部分,即導(dǎo)流隧洞施工由SGEJV負(fù)責(zé),其余包括電站 建設(shè)期的主要導(dǎo)流工作均由EJV承擔(dān)，但具體落實(shí)到每個 部位的分標(biāo)，關(guān)系卻十分復(fù)雜.I標(biāo)與I標(biāo)的施工內(nèi)容不僅 有空間

12、上的交錯,而且有時間上的重疊.如導(dǎo)流洞的進(jìn)出口 建筑物包括安裝由業(yè)主提供的進(jìn)I:l建筑物中的預(yù)埋件由 SGEJV負(fù)責(zé)施工，而進(jìn)口閘門和啟閉設(shè)備的安裝，運(yùn)行，維圖2風(fēng)險分析相關(guān)曲線示意護(hù)及下閘由EV負(fù)責(zé);河床截流由EJV完成，兩導(dǎo)流洞 洞I=l圍堰由EJV拆除,但洞口圍堰的設(shè)計和修筑由SGEJV承擔(dān);導(dǎo)流隧洞作為電站 建設(shè)期的主要泄水建筑物由SGEJV麓工，而電站樞紐建設(shè)期間的主要導(dǎo)流工作由EJV全面負(fù) 責(zé)等等.這既揭示了導(dǎo)流工程建設(shè)分標(biāo)設(shè)計的艱難，也給其他內(nèi)容的導(dǎo)流設(shè)計大大增加了 難度.可見，二灘水電站施工導(dǎo)流設(shè)計相對于國內(nèi)其他自營制方式修建的工程而言不僅內(nèi)容 要有所突破，而且要求也大為提高.

13、4.2技術(shù)規(guī)范編制與電站建設(shè)控制性進(jìn)度如上所述，由于二灘導(dǎo)流工程具有規(guī)模大，工期緊且分標(biāo)關(guān)系錯綜復(fù)雜的特點(diǎn)，為 確保和按期發(fā)揮導(dǎo)流建筑物的功能，在編制導(dǎo)流和水控制章節(jié)技術(shù)規(guī)范中，不僅包含有 常規(guī)性的內(nèi) 容,而且更注意到EJV和SGEJV承包商之間，承包商與業(yè)主之間交錯，結(jié)合部的內(nèi) 容的規(guī)范要求，尤其是與電站建設(shè)控制性進(jìn)度相關(guān)的內(nèi)容.為確保電站建設(shè)期第一個控制性進(jìn)度工程一一河床截流的按時順和完成，規(guī)范對保證和優(yōu)化截流時的導(dǎo)流隧洞分流條件作了十分細(xì)致，周全而明確的規(guī)定：合同編號ET/IC2第三卷第6.3.4洞口圍堰一節(jié)明確指出，SGEJV必須將洞口圍堰設(shè)計，布置，詳圖和施工進(jìn)度提交工程師審批，要求

14、位于圍堰基礎(chǔ)部位的進(jìn)出口明渠應(yīng)開挖到最終的坡度，并接 工程師的要求進(jìn)行襯砌，以利于圍堰拆除，這就為EV拆除洞口圍堰提供了先決條件和保證條 件.同時，ET/lc1合同文件第三卷第6.3.8節(jié)則明確規(guī)定,EJV直將洞口圍堰拆除到進(jìn)出口明 渠圖紙上所示的界線和坡度”二灘水電站已于1993年11月26E1順利截流.截流時的實(shí)際流量為1090m/s,截流河段上,下游總落差為4.94m.截流的順利成功，充分證明了規(guī)范呻 上述內(nèi)容的合理正確，且是十分必要的.電站建設(shè)中的第二個控制性進(jìn)度是導(dǎo)流隧洞下閘封堵，而進(jìn)口閘門，啟閉設(shè)備的安 全可靠運(yùn)行又取決于業(yè)主,EJV,SGEJV三者在該作業(yè)交叉結(jié)合部位的相互協(xié)調(diào)和

15、密切配 合（如本文50上節(jié)所述）.為此，在ET/Ic1和ET/IC2合同技術(shù)規(guī)范”的相應(yīng)條款中，均對ET/1c1 承包商EJV和ET/IC2承包商SGEJV在該部位的工作內(nèi)容，程序和要求分別作了明確的 規(guī)定:SGE一Jv應(yīng)同ET/IC1承包商，業(yè)主和工程師合作,共同協(xié)調(diào)進(jìn)口建筑物中的閘門導(dǎo)軌，錨 座，金屬預(yù)埋件和啟閉設(shè)備的安裝細(xì)節(jié),承包商應(yīng)請求并獲得ET/Ic1承包商的認(rèn)可，按照ET/IC1承包商安裝閘門和啟閉設(shè)備的要求，安裝閘門的金屬預(yù)埋件，錨座和澆筑二期混凝 土”,EJV應(yīng)安裝進(jìn)口閘門及啟閉設(shè)備（不包括預(yù)埋件）,并負(fù)責(zé)維護(hù)閘門直到導(dǎo)流嗣堵頭完 建,應(yīng)同ET/IC2承包商和業(yè)主合作，共同協(xié)調(diào)

16、上游進(jìn)口閘門和啟閘設(shè)備的預(yù)埋件的安裝細(xì) 節(jié)在安裝完閘門和啟閉設(shè)備的預(yù)埋件之后,ET/ICl承包商應(yīng)向工程師提交一份報告，表 明已按ET/IC1承包商的要求安裝完畢”.為協(xié)調(diào)由EJV設(shè)計的臨時導(dǎo)流底孔和業(yè)主提供 的導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門之間的關(guān)系,并保證隧洞封堵的必要條件，規(guī)范”中對EJV設(shè)計的臨時導(dǎo)流 底孔的限制條件中包含了閘門前（導(dǎo)流洞進(jìn)口）的水位不應(yīng)高于1030.5m高程，導(dǎo)流底孔總過流能力不應(yīng)小于1500m/s的條款.除上述內(nèi)容外，與控制性進(jìn)度相關(guān)的諸如道路交通，互為制約的工程項(xiàng)目的完工和 移交日期的規(guī)定,均分別納入ET/IC1,ET,IC2合同文件第一卷第三章第3.14款”協(xié)調(diào)”一節(jié) 之中.5

17、導(dǎo)流建筑物5.1左,右岸導(dǎo)流隧洞二灘導(dǎo)流洞具有規(guī)模大，泄流能力強(qiáng)且位于高地應(yīng)力區(qū)的特點(diǎn)，軸線布置的優(yōu)劣不 僅極大影響其自身的造價,工期和運(yùn)行條件，而且還將牽涉到樞紐主體建筑物的布置和電 站的總體施工規(guī)劃.分析研究表明,影響隧洞布置的因素和制約條件可以歸納為樞紐布置，地 質(zhì)地形條件，水力學(xué)條件，施工期漂木要求和施工規(guī)劃條件五大方面.應(yīng)用質(zhì)量控制理論中 推薦的因果關(guān)系分析法,通過質(zhì)量體系實(shí)施對導(dǎo)流洞軸線布置的先主后次，先大后小,循環(huán)搜 索的優(yōu)化過程，最終選定的導(dǎo)流洞軸線布置如圖3所示.圖3導(dǎo)流嗣軸線布置示意針對二灘導(dǎo)流洞的特點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)值分析,工程類比，模型試驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測反饋相結(jié)合的方51法進(jìn)支護(hù)設(shè)

18、計，典型的支護(hù)型式見圖4.圖4中的支護(hù)型式相對于地質(zhì)條件而言，60A型適合于差的洞段及進(jìn)出口鎖口段和堵頭 段;B型適合于相對較差的洞段;c型適合于優(yōu)良的洞段.圉4隧漏典型支護(hù)型式5.2河床囤堰和臨時導(dǎo)流底孔合同文件中有關(guān)條款明確規(guī)定，上,下游河床圍堰和臨時導(dǎo)流底L均由EJV設(shè)計, 施工（包括必要的拆除和封堵）.在業(yè)主發(fā)售招標(biāo)文件的同時，雖然也發(fā)售了根據(jù)風(fēng)險分 析結(jié)論，圍堰區(qū)域內(nèi)河床覆蓋層特性和有關(guān)要求,對河床圍堰和臨時導(dǎo)流底孔分析研究的相 關(guān)的參考資料cD 一 6,但該資料僅供承包商參考，以方便投標(biāo)設(shè)計，降低報價，最終達(dá)到既有利 于業(yè)主亦有利于承包商的目的.承包商通過該參考資料所作出的任何推論

19、，解釋和結(jié)論，業(yè) 主概不負(fù)責(zé)6工程師圖的編制二灘水電站是通過國際競爭性招標(biāo)，由國際承包商負(fù)責(zé)興建的工程項(xiàng)目.根據(jù)國際 招標(biāo)的特點(diǎn),其工程師圖的編制和提供必須符合國際慣例.這不僅意味著供圖的時間較國 內(nèi)自營制體制下興建的工程大大提前（合同中有關(guān)條款明確規(guī)定,工程施工前196天內(nèi)應(yīng)提供 布置圖,112天內(nèi)須提供開挖，結(jié)構(gòu)和鋼筋設(shè)計圖）,更重要的是還意味著圖紙編制觀念的全面 更新在編制過程中，不僅要求全面,正確無誤地反映設(shè)計內(nèi)容，而且還必須有明確而清晰的合 同觀念，稍有不慎，就可能直接或間接地造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失.導(dǎo)流洞作為首批開工的國際招標(biāo)項(xiàng)目，準(zhǔn)時提出了符合上述要求的用于施工的工程師圖，為整個二灘工程設(shè)計施工圖的編制開了好頭.導(dǎo)流洞施工用工程師圖的主要特點(diǎn)為：緊扣合同.做到合同條款，技術(shù)規(guī)范，工程量報價單和招標(biāo)圖四統(tǒng)一圖中責(zé)任界 線明確,EJV,SGEJV,業(yè)主和工程師各方職責(zé)分明.充分吸取國際上工程師圖中先進(jìn)的表示方法，做到圖示內(nèi)容既全面，正確，完整, 又簡單明了，較大地提高了圖紙編制效率.圖示內(nèi)容規(guī)范化.圖面上任一部分的內(nèi)容表示方法均有章可循.細(xì)部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化,既保證了設(shè)計質(zhì)量，又為施工提供了方便根據(jù)各單項(xiàng)工程及工程內(nèi)各部位的不同特點(diǎn)，結(jié)合圖紙編制條件的成熟程度，按 需要靈活合理地設(shè)計每套圖的功能.7結(jié)束語二灘水電站國際招標(biāo)工程施工從1991年9月14日正