永興二級水電站二期工程施工方案優化

張良平

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概述

湖南永興二級水電站工程任務為發電，電站裝機容量20MW，保證出力3.29MW，多年平均發電量為8840萬kW.h。水庫正常蓄水位96m，相應水位庫容1626萬m3，總庫容4958萬m3，水庫日調節庫容150萬m3。工程樞紐建筑物有河床式廠房、溢流壩、左右岸連接壩段及開關站。壩頂全長247.7m，壩頂高程104.5m，廠房段長34.6m，共12孔溢流壩段，其中護坦段72.5m、消力池段72.0m，開關站布置在廠房下游右側。采用分期導流方式。壩址兩岸地形不對稱，左岸山體為陡巖，沒有交通道路，右岸壩肩坡度較緩。二期工程于2003年10月2日截流，要求二期閘壩于2004年4月25日到頂，工期緊、單價低，工程任務艱巨。

2 工程施工難題及施工方案優化的目的

根據壩址區地形條件，右岸沒有交通道路，左右岸不連通，左岸山體陡峭，修筑施工道路困難，對于二期工程的施工是非常棘手的問題。現場實際及設計圖和施工組織設計的出入很大，實施可行度低。因此，必須進行施工方案的全面優化，保障進行施工的必要條件。

施工方案優化的目的主要是為了工期保證、質量保證、安全保證、環保保證及經濟效益的要求而實施。該工程單價極低，必須考慮經濟效益為重心，其余兼顧，因地制宜地優化施工方案。

3 施工優化的內容及具體實施方案

永興二級電站二期施工圍繞左右岸連接交通為中心，進行了全面的施工方案優化，優化涉及導流工程、土石方開挖工程、混凝土工程。在施工工程中充分發揮施工管理的優勢，更凸現了優化方案的優越性和經濟性。

3.1 左右岸交通道路的選擇

左右岸交通是本項目二期工程施工順利實施的關鍵。根據地形條件、廠房發電運行工況、水位變化情況，經多次現場勘測，并多方了解市場情況，在原方案基礎上，提出了另外3種方案，并與之做綜合比較選擇最優方案。

第一種方案：原施組方案；

第二種方案：引水渠上游建設施工公路橋，橋寬8m；

第三種方案：廠房下游搭設舟橋，右岸開通到下游圍堰施工道路，同時利用壩頂公路作通道；

第四種方案：尾水下游設臨時碼頭，船渡連接兩岸交通，右岸開通到下游圍堰施工道路，同時利用壩頂公路作通道。

方案比較，主要考慮工期保證，對相關施工變更影響程度及對工程成本影響幾方面進行綜合比較。

第一種方案優缺點：

第一種方案為投標施工設計，投標時其方案的提出具有其合理性，類似工程采用此方案不乏成功例子，但本工程設計有其獨特型，要實施該方案必須對設計方案作極大的修改。加寬尾水平臺以滿足交通要求，降低尾水平臺高程到二期下游圍堰高度或加高二期下堰高度以適應兩端的高差變化，即使尾水平臺具備過車要求，那么尾水臨時通道鋼棧橋必須建造成斜面橋，降坡高度為11m，而棧橋長度為70m，棧橋的延線長度不夠，滿足不了交通要求，同時較該總價項目增加不少工程量，增加了成本。若通過變更廠房尾水道路位置建設，經測算約增加投入30萬元。

第二種方案，施工上可行，能保證二期工程進度，施工質量安全保證可靠度高，但造價太高需要180萬才能完成，而該項目總價才60萬元。

第三種方案，在下游設碼頭，右岸修筑連接二期下游圍堰施工臨時道路，路寬6m，長度250m，舟橋到位，只能租賃10天。設備渡過河后二期施工完成，下一步交通問題仍然存在，其實沒有解決根本問題，同時經濟不合算，舟橋就位10天的租金就是20萬元沒有實際的價值。

第四種方案，船渡方案，相當于舟橋方案的替代和補充方案，可以長期租用，而且價格合理，兩條船每月租金及運行費不足萬元，只是耒水河為湘江支流，屬于五級以下航道，最大通行船只為150t，滿足不了運輸安全要求，必須進行船舶改造，將兩船并連聯動使用。該方案必須修筑碼頭和右岸連接下游圍堰施工道路。該方案存在不能滿足二期混凝土施工全部混凝土澆筑的弊端，必須利用一期壩頂公路作運輸通道。

根據碼頭設計，船渡改造，右岸施工道路修建，船運行維護費用進行綜合比較，第四種方案優于其他方案。最后采用了方案四，租船及船運行共十個月包括油料共耗資金11萬元，碼頭采用鋼筋石籠和鋼絲石籠堆筑而成，其中鋼筋籠塊石40m3，鋼絲籠塊石30m3，砂卵石填筑50m3。碼頭到公路，碼頭到右岸下游圍堰道路修筑共計人工、機械及材料費5萬元。實際總費用19萬元，相對項目總價效益非常的明顯。

3.2 二期導流工程優化

永興二級水電站工程分兩期導流，一期導流施工6孔閘壩和廠房工程，二期導流施工6孔閘壩和接頭重力壩及施工斜面升船機，斜面升船機軌道長達300m，需填筑圍堰圍住施工，圍堰工程工程量較大，二期圍堰填筑計算量比一期還大，極不經濟，必須進行方案優化，總體經濟比較后選擇合適的方案。

提出將斜面升船機三期施工的方案，其優點在減少了二期圍堰的工程量，減少對二期施工的干擾，對加快二級閘壩及接頭壩施工進度極為有利，同時對于小型斜面升船機在三期可以考慮無圍堰施工，在湖南小水電已有成功的例子，而且投資少、建設快。因此，在進行綜合經濟指標比較和同業主和設計單位溝通后，建議斜面升船機三期進行施工，得到同意和支持，就此進行了二期導流施工方案的優化。

優化施工措施：

圍堰布置及結構形式的變更。由于二期不考慮圍住斜面升船機施工，二期圍堰的工程量大大地減少，可以利用一期圍堰拆除填筑料進行土石平衡，減少工程成本。

首先計算土石平衡中材料的需用量，規劃料源和材料堆放場地，水力學計算二期圍堰合適的預進占長度。

確定一期圍堰拆除施工程序和二期圍堰填筑施工程序，一期圍堰邊拆除，邊填筑二期圍堰，在一期縱向圍堰邊側二期上下游圍堰間作為二期圍堰加高培厚及部分截流材料堆料場。規劃堆筑2萬m3，便可滿足二期圍堰加高培厚填筑要求，對于迎水面粘土鋪蓋一期拆除可用粘土料工程量不足，采用左岸開辟料場補足，需用量經計算為3000m3，經現場勘查該問題很快解決。截流采取左右岸同時進占的方式進行。在左堰頭備足足夠的截流用的大塊石。

截流方案實施措施：

隨著一期圍堰拆除，二期圍堰填筑右岸施工道路徹底中斷，二期圍堰截流只能以左岸進占為主，但考慮截流時水流速度較快，經水力計算達到6m/s，會對二期右堰頭產生嚴重的淘刷，造成截流失敗，在一期圍堰拆除完畢前留一臺TY320推土機在縱向圍堰側的備料場，以便于兩邊同時進占截流。左岸由于石料比較缺乏，采用編織袋裝填強分化料，然后裝鋼筋籠和鋼絲籠，替代大塊石，汽車運輸到左堰頭推土機推下。設計截流水流量240m3/s，實際截流水流量根據上游一級電站提供資料為300m3/s，龍口水深2.0m左右，在最后10m進占非常艱難，基本無法往前進占一步，水流速度達到7m/s左右。此時立即停止右堰頭進占，并用鋼筋籠塊石作裹頭推土機壓住沖刷嚴重部位裹頭，左岸作鋼筋籠編織袋裹頭，推土機壓住，加大備料力度，集中統一指揮，一臺反鏟吊鋼筋籠并穩固于堰腳處，另一臺反鏟挖裝鋼絲籠編織袋填籠，穩固堰腳后并備齊截流料后，兩邊推土機同時推料入龍口，一鼓作氣將龍口堵住，總共截流時間僅用了兩個半小時。

截流耗用資源如下：

反鏟：CAT330 1臺、CAT220 1臺。推土機：TY320 1臺、D85 1臺。汽車：5t自卸汽車4臺。人力資源120人。材料：鋼筋籠100×200×100 20個，鋼絲籠300個，編織袋5000個。

由此，資源投入少，取得效果比較理想。

盡管截流流量不是很大，但需充分做好截流準備、避開主河床選好龍口位置。另外干凈徹底拆除一期圍堰也是截流成功的關鍵。

3.3 土石方工程優化

該項目土石方工程開挖深度4m～5m，巖石為粉質砂巖，工程量2.2萬m3，單價較低，基坑開挖石方綜合價只有21元/m3。為了減虧，必須進行精細化的管理和優化施工方案，原施組采用液壓鉆機開采方案由于設備資源占有率高，對此已不是很經濟，必須重新進行設備選型。考慮工期要求，為與現有20m3/min電動空壓機相匹配，進行市場調研和幾種設備比選，最后選定人工移動式潛孔鉆作主要鉆孔設備，手風鉆為輔助鉆孔設備；對于挖裝設備，原自有的2臺反鏟設備都在2m3以上，同二期工程工程量也不匹配，由于其他工程需要，及時地調運出了該項目，根據就近原則進行市場了解，就近社會市場2m3以上反鏟較少，且租金較貴，而2m3以下的反鏟很多，租金相對合理，最后采用租用CAT330和CAT220反鏟；運輸設備采用5t東風自卸汽車，同反鏟匹配。

由于設備配置反鏟斗容較小，功率較小，必須調整爆破參數，控制塊度才能保證挖裝的效率。

炸藥采用φ70RJ-1乳化炸藥，經過爆破試驗確定排距2.5m，間距3m，采用梅花型布孔方式，孔網系數1.2，采取排間起爆微差擠壓爆破，爆破擠壓微差時間為40ms～60ms，平均單耗藥量0.42kg/m3，爆破塊度控制在50cm以內。

結構邊線采用預裂爆破控制，孔徑90mm，間距80cm，φ32藥卷分段連續裝藥結構，線裝藥密度280m/s，堵塞長度100cm。爆破半孔率達到90%以上。

在施工過程中嚴格控制造孔質量、裝藥質量和堵塞質量是取得良好爆破效果的關鍵。

閘壩2m以內坑槽及保護層開挖采用手風鉆進行，鉆孔間排距控制在50cm～70cm左右，由于卡鉆和堵孔現象時有發生，施工成本控制相對較差，但占比重較小。

開挖開始時間為2003年11月26日，到2003年12月25日開始澆筑第一倉混凝土，總的有效施工時間不到一個月，按計劃完成了開挖任務。

總體上土石方開挖成本控制較好，稍有贏利，同時保證了工期和保證了開挖質量。

3.4 混凝土工程優化

二期工程混凝土工程量為1.6萬m3，最高月強度4500m3/月。由于受一期圍堰拆除推遲的影響，該項目施工進度控制是一個關鍵點，也是影響成本的關鍵，混凝土生產系統1臺HZS35拌合站在一期工程中運行穩定良好，運行成本也相對穩定，能滿足二期工程施工強度要求。

各部位工程量分別為：

后護坦1620m3，前護坦234m3，閘墩3538m3，閘壩基礎8920m3，接頭壩1240m3，導墻390m3。

在閘壩閘門底坎高程89m以下工程量占70%以上工程量。根據現有設備條件、地形條件、結構特點和澆筑強度確定合理的優化方案，確定運輸方式和入倉手段。

根據投標文件二期配置兩臺WD400履帶四方吊，吊運強度和覆蓋范圍滿足混凝土澆筑施工要求，但四方吊重量220t，要過河，不是一件易事，必須拆卸重新安裝，安拆費用不下10萬元，同時四方運行對基礎條件要求高，占位大，對占壓澆筑部位施工有一定干擾，影響正常施工進度。以投標混凝土施工方案為基礎，考慮了以下幾種方案進行比較。

第一種方案：一臺16t塔機(30t圓筒)入倉為主、交通橋搭設溜槽入倉為輔，公路橋運輸混凝土為主、渡船運輸為輔方案；

第二種方案：一臺8t塔機入倉為主，交通橋搭設溜槽入倉為輔；公路橋運輸混凝土為主、渡船運輸為輔方案；

第三種方案：交通橋搭設溜槽入倉加反鏟為主、8t塔機入倉及自制皮帶機入倉為輔，公路橋運輸混凝土為主、渡船運輸為輔方案。

二期混凝土由于前期工作面較多，倉面準備工序相對簡單，可以大量澆筑混凝土，并盡快覆蓋基礎為二期防洪度汛創造條件。施工要求汛期來臨前澆筑到頂，施工期只有五個月時間。第一種方案強度滿足要求，通過壩頂公路橋搭設溜槽可以覆蓋7#-9#閘墩，其余部位仍需搭設輔助溜槽才能覆蓋全部工作面，但安拆及運行費用為8t塔機的3倍；第二種方案運行費用低但搭設輔助溜槽工作量大，前期強度低，施工配合難度大，倉面準備施工不均衡；第三種方案彌補前兩種方案不足，雖然增加了設備投入，但其使用期短，增加設備把下部大體積混凝土澆筑完成即結束其使命，使用期為一個月。增加投入費用少于第一種方案及原投標方案的安拆費和運行費，同時保證倉面準備施工的均衡性。

實際施工中選用了第三種方案，根據倉面準備情況澆筑混凝土，前期強度達到5500m3/月，倉面準備資源投入同澆筑強度匹配良好，最大限度地發揮了設備和資源效能。同時施工質量優良，根據質量評比結果，優良率到達85%，達到預期的質量目標。閘壩在4月14日到頂，提前10d達到工期目標。

4 施工方案優化的價值

投標價段施工組織設計作為項目管理的規劃性文件，提出工程施工中進度控制、質量控制、成本控制、安全控制、現場管理、各項生產要素管理的目標及技術組織措施，在施工管理中、在解決施工技術問題、指導施工全過程中發揮了巨大作用。但在項目施工中，施工情況是多變的，也存在許多不確定因素，這是投標時很難面面俱到的。同時，隨著市場的變化發展，新工藝、新技術、新材料的運用和現場條件的變化，都要求隨時進行方案的調整和優化。通過優化的施工方案成為保證工程的順利進行、保證工程質量和安全、提高經濟效益和有效控制成本的工具。

通過永興二級水電站二期工程施工方案的優化，在保證工期進度，質量安全前提下取得良好的經濟效益，同時體現了施工單位的管理水平，體現了施工單位施工技術水平，體現了施工單位適應市場的能力，提升了施工單位市場競爭力。該工程提前完工，質量評審優良，業主給予了施工單位極高的評價，并給予了合適的經濟獎勵，同時為索賠工作的順利開展創造了條件。

在該工程上創下了“國內同類型低水頭電站工期控制、同規模小水電造價控制之最”為業主的總體評價。業主通過總結交流活動，擴大了對施工單位的宣傳，施工單位既贏得了榮譽，也獲得了經濟效益。

5 結語

在競爭日益激烈的市場環境下，施工企業為了生存和發展，就必須編制一份具有價格競爭力的投標書。為了中標，往往降低人工費，降低各項取費標準，并采取零利潤進行投標，以較低單價承攬更多的施工任務，因此在施工中也相當被動，但隨具體施工條件變化，及時了解市場情況下，是可以通過不斷研究優化施工方案、充分發揮現代管理技術效能、利用企業現有的人力、物力和財力，爭取最大的經濟效益的。

通過永興二級水電站二期工程施工方案全面優化的實踐，體會到真正做好施工方案，必須做好以下幾點：

(1)熟悉標書，掌握準確的基礎資料，了解熟悉市場情況；

(2)要認真研究圖紙及各種技術資料，對工程的每一部位每一環節都做到心中有數，在確定施工方案時，應先比較施工方案的經濟合理性，選用較經濟的施工方案；

(3)要認真研究工期、質量、工藝三者之間的關系，根據現場實際情況，依靠科技進步，要因地制宜采用新工藝、新設備、新材料，依靠現代管理措施保證業主的工期和質量安全目標，要真正做到少投入、高效益。