雙江口水電站施工階段填筑道路規劃

劉經彪

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都610081)

1 工程概況

雙江口水電站是大渡河流域水電規劃“3庫22級”開發方案的第5級,位于四川省阿壩州馬爾康縣、金川縣境內大渡河上源足木足河、綽斯甲河匯口以下約2 km河段。雙江口水電站為一等大(1)型工程。裝機容量200萬kW,多年平均年發電量約77.07億kW·h。樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發電系統等組成。攔河壩為礫石土心墻堆石壩,壩頂高程2 510.00 m,河床部位心墻底高程2 200.00 m,基底設2 m厚混凝土基座,最大壩高312.00 m,壩頂寬16.00 m、長639.0 m,上游壩坡坡比1∶2.0,下游壩坡坡比1∶1.9,下游壩坡設置“之”字形上壩公路。擋水大壩壩體分為防滲體、反濾層、過渡層和壩殼四大區,大壩填筑總量約4 520萬m3。

大壩道路規劃主要邊界條件：上游壩殼料及過渡料來自上游河口料場,下游壩殼料及過渡料來自下游飛水巖料場,上下游反濾料均來自下游飛水巖溝的反濾料加工系統,礫石土料由下游當卡土料場開采、摻拌以后經皮帶機輸送至大壩下游堆存場上壩。投標施工組織設計中,大壩填筑工期72個月,平均填筑強度63萬m3/月,高峰強度約108萬m3/月。前期業主只修建了部分施工主干道,大壩填筑運輸大部分需要自行規劃和修建。

2 道路規劃存在的主要問題

雙江口水電站大壩標于2016年11月進場開始施工。圍堰于2017年5月下旬填筑到頂,大壩基坑正在開挖,目前填筑運輸道路規劃已經完成,正在陸續施工中。道路規劃是一個系統工程,施工階段制約和影響道路規劃的主要邊界條件和投標文件相比發生了重大變化,主要體現在料場受移民征地、岷江柏木處置方式、石料場巖畫、高壓線路等影響,目前還不能啟動,總工期及填筑強度未能最終確定,但是大壩填筑道路數量多、工程量巨大、施工期長,前期工程中只修建了部分施工道路,其余填筑需要提前規劃并修建,道路規劃主要問題有:

(1)料場開采存在較大不確定性。根據投標階段施工組織設計,上游河口料場開采有用料自然方1 452萬m3,下游飛水巖料場開采自然方2 104萬m3,施工階段料場規劃出現了很大的不確定性,上游河口料場主要制約因素是該料場開采區存在國家一級文物唐卡巖畫,完全解決巖畫保護事宜需要2～3年。下游飛水巖料場制約因素是料場下方的移民征地、料場內岷江柏木處置方式、高壓線路拆遷等,完全解決至少需要約1年時間,原本同時向大壩供料的兩個主料場不僅供料時間延后一年左右,而且在供料時間上河口石料場較飛水巖石料場晚1～2年,這會導致下游飛水巖料場有用料開采增加,料場開采范圍會發生變化；如果料場開采容量不發生變化,就存在前期飛水巖下游料場向大壩上游供料和后期河口料場向大壩下游供料,必將導致運輸線路非常復雜,增加道路工程量。

(2)填筑強度視填筑開始時間而定。由于料場開采和填筑施工道路施工都受制于移民征地等影響,大壩填筑開始時間待定,但是根據設計導流規劃及蓄水計劃,三條導流洞下閘蓄水時間都是在枯水期11月,施工期間大壩防洪度汛標準是不變的,為了滿足防洪度汛及下閘蓄水的要求,因此不同的開始填筑時點填筑強度是不同的。另外,根據當地實際情況,政府要求當地社會車輛參與填筑運輸,當地車輛都是25噸自卸汽車,制約填筑強度。填筑高峰強度未能完全確定,對道路設計標準的確定及線路布置方案比選帶來了很大的困難。

(3)不利的地形及地質條件。壩址處地形狹窄、兩岸陡峻,左岸邊坡自然坡度35°～53°；右岸邊坡自然坡度一般在45°～60°,右岸2 400 m高程以下基巖陡壁坡度達70°～75°,這對道路的線路布置制約較大。壩址區出露地層巖性主要為可爾因花崗巖雜巖體——燕山早期木足渡似斑狀黑云鉀長花崗巖(2K5γ)和晚期可爾因二云二長花崗巖(35ηγ)。壩區外巖體風化卸荷較強烈,部分崩塌堆積于坡面之上,有較多的孤石及危巖體,這對道路的邊坡穩定影響較大。河床覆蓋層一般厚 48～57 m,從下至上(由老至新)可分為 3 層,由下至上分別為漂卵礫石層、(砂)卵礫石層、漂卵礫石層,在3個大層里面夾有11個粉細砂的亞層,路基需要換填。

(4)填筑總高差大,分層道路控制高差小。大壩總填筑高差為312 m,為目前世界之最,但是河谷狹窄,圍堰以下壩高約110 m,壩體中部壩高110～240 m,壩軸線長約230～500 m,可以利用壩前臨時“之”字路解決分層道路高差問題,在臨時坡比不超過10%的制約下,控制高差不超過50 m,因此道路分層較多,且都集中在左岸上下游,道路平面布置難度很大。

3 道路布置問題排序分析評估及規劃思路

3.1 道路布置問題排序分析評估

雙江口大壩填筑運輸道路規劃未定因素較多,需要解決的問題較多,作為世界最高的堆石壩,填筑道路數量多、工程量巨大、施工期長。因此,不可能待所有邊界條件明確以后再規劃實施,必須針對以上提出的問題,提前做好動態規劃。在眾多問題中,進行分析評估,找出解決問題的優先順序。對料場開采范圍、填筑強度、地質及地形地貌、填筑高差控制等問題,重要性及可能的解決方式進行了評估,問題排序分析評估見表1。

通過表1分析,在道路布置存在的問題中,針對解決的思路及辦法多寡對問題解決順序進行了分析和排序,找出了解決問題的優先順序。首先是道路高差控制,沒有調整的余地；其次是填筑強度必須滿足大壩防洪度汛及下閘蓄水要求；第三是結合地形地貌,合理選線；最后是料場道路布置。

3.2 道路布置思路的確定

在找出了解決問題的優先順序后,擬定道路布置的思路為：①合理確定道路與大壩填筑面接口高程,這是滿足大壩施工最為重要的條件；②通過分析大壩度汛形象面貌要求及下閘蓄水要求,確定填筑高峰強度；③結合地質及地形地貌,合理選線,主要是考慮技術和經濟的結合；④確定料場主干道道路接口高程,主要是通過分析料場的平面尺寸,在料場內部布置道路,來適當加大料場主干道之間的控制高差；⑤規劃好大壩接口與料場接口的連接主干道路。

4 實施階段道路布置規劃

4.1 運輸主干道路與大壩接口高程確定

填筑運輸主干道路與大壩填筑面接口高程的確定,主要是考慮充分利用圍堰下基坑開挖道路,大壩上游已經修建和其他標段提供的施工道路,上游臨時“之”字形路可能控制的高差,下游永久上壩公路在左岸岸坡拐點,大壩上下游壓重區平臺高程等。詳細接口高程及確定依據見表2。

表1 問題排序分析評估

表2 填筑運輸主干道路與大壩接口高程

4.2 大壩度汛和下閘蓄水對強度影響分析

雙江口大壩導流度汛分成3個階段：第1階段為初期導流,由上游圍堰擋水,1號導流洞過流,要求在第3個填筑年的汛前(即5月底),壩體填筑高程從2 198 m達到2 327 m,滿足100年一遇的防洪度汛要求，填筑工程量1 468萬m3；第2階段為中期導流,大壩擋水，要求在第4個填筑年的汛前(即5月底),填筑高程達到2 374 m,滿足200年一遇的防洪度汛要求，填筑工程量906萬m3；第3階段為后期導流,大壩擋水，壩體填筑高程達到2 510 m，填筑工程量1 673萬m3，滿足3條導流洞分別在枯期下閘蓄水的要求。根據目前移民推進的實際進度,在分析大壩填筑強度時,初擬填筑開始節點延后9、12、15個月3種情況。在分析填筑強度時,本著如下原則：在延后9個月填筑、總工期不變時,各度汛形象面貌基本上提前3個月完成；在延后12個月填筑時,所有節點在招標控制節點基礎上推遲一年；在延后15個月填筑時,為滿足度汛要求,各節點同時延后12個月,但總工期壓縮了3個月。為了便于分析填筑高峰強度,填筑有效工期根據心墻礫石土的有效施工天數計算。為了滿足防洪度汛和下閘蓄水要求,在延后9、12、15個月開始填筑時,大壩填筑強度分析見表3。

表3 下閘蓄水對填筑強度影響分析

注：填筑強度未包括大壩上下游壓重區填筑,該壓重區施工時段可以錯開高峰強度施工,不會導致高峰強度增加。

表4 道路選線分析

通過表3分析,大壩填筑強度在延后9、12、15個月的情況下,大壩填筑高峰強度基本維持不變,在113萬m3/月左右,與投標階段分析的108萬m3/月相比,填筑水平相當。大壩在初期導流階段,填筑強度有所變化,但都沒超出90萬m3/月,后期填筑高峰強度都在80萬m3/月這個級別?；谝陨戏治?大壩填筑運輸高峰強度約為110萬m3/月,主要滿足大壩200年一遇的防洪度汛要求,大壩填筑高峰強度在壩高1/3左右,此部位填筑面積最大,具備高強度填筑條件,因此大壩填筑運輸道路標準按110萬m3/月進行規劃設計是合理的。

大壩礫石土心墻料運輸線路為固定線路,除了礫石土運輸外,大壩壩殼料、過渡料和反濾料分上下游運輸,上下游高峰運輸能力都在50萬m3/月左右,道路高峰通行強度72輛/h,根據GBJ 22—87《廠礦道路設計規范》或DL/T 5243—2010《水電水利工程場內施工道路技術規范》,主干道按場內二級道路標準設計,荷載等級為汽-80,道路路面寬11～12 m,主干道為混凝土路面。

4.3 道路選線分析

壩址處地形狹窄、兩岸陡峻,左岸邊坡自然坡度35°～53°,右岸邊坡自然坡度45°～60°,右岸2 400 m高程以下基巖陡壁坡度達70°～75°,同時右岸還布置有較多的泄洪建筑物。針對以上邊界條件,在左右分層布置道路方面,大壩運輸道路主要布置在左岸,右岸只在上游大壩中部布置一條隧洞至2 345 m高程；在線路選擇上,陡峻部位和上下作業干擾部位選擇隧洞,其他布置明線。道路選線分析見表4。

4.4 主干道路與料場接口高程的確定

大壩壩殼料和過渡料直接由料場開采上壩,開采料場分別是上游的河口石料場和下游的飛水巖石料場,盡管兩個料場開采范圍未能最終確定,但是兩個料場有用料運輸主干道高程基本可以確定,料場主干道接口高程見表5。

表5 主干道與料場接口高程

表6 大壩與料場連接主干道布置

4.5 大壩與料場連接主干道路布置

在確定大壩填筑運輸道路與大壩接口高程、料場接口高程以后,根據已經確定的道路設計標準,考慮地形地貌以后,布置大壩接口和料場接口之間的連接主干道,新建連接道路特性見表6。

5 結 語

雙江口300 m級礫石土心墻堆石壩實施階段道路規劃是一個系統工程,要同時滿足總工期、料場、防洪度汛、地形地貌、壩體填筑高差控制等要求,在規劃過程中,工期、料場、填筑強度等都在變化中,未能完全鎖定。因此道路規劃是一個多目標的動態規劃,這是本工程道路規劃的主要特點和難點。

本文在對這些多目標進行了分析和評估以后,找出了滿足這些目標的優先解決順序,然后根據優先順序依次確定道路規劃的步驟。首先是控制道路高差；其次是道路運輸強度必須滿足大壩防洪度汛及下閘蓄水要求；第三是結合地形地貌,合理選線,最后是料場主干道高程的確定。據此提出了道路規劃分五個步驟的思路,即首先通過對大壩壩體尺寸的分析,并結合實際地形,確定填筑道路與大壩的接口高程；第二步是通過導流和大壩防洪度汛要求的分析,并以礫石土心墻施工為主線,分析出高峰強度的范圍,據此確定道路設計標準；第三步是通過實際的地形地貌和地質條件,確定合理的線路；第四步是確定料場主干道接口高程；第五步是在前四步的基礎上,布置大壩接口和料場接口之間的連接道路,并適當增加循環線,提高保證率。

本文利用了系統工程的一些思路,把一個復雜、動態的道路規劃變成了5個相對單一的子模塊,每個子模塊盡管存在較多不確定的邊界條件,但是通過分析評估,可以鎖定主要的邊界條件,讓動態的道路規劃變的相對靜態,同時對可變的邊界條件,還有較大的適應性和靈活性,對300 m級的高堆石壩在規劃填筑運輸道路時可以提供借鑒。

[1] 李永紅, 等. 雙江口水電站可研報告書[R]. 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司, 2015．

[2] GBJ 22—87 廠礦道路設計規范[S]．

[3] DL/T 5243—2010 水電水利工程場內施工道路技術規范[S]．