牙根二级水电站施工总布置规划设计

张 超，曹驾云，王建平，吴 莹，黄昌龙

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

牙根二级水电站位于四川省甘孜州雅江县境内雅砻江干流上，为雅砻江中游7级开发方案中的第3级电站[1]，上游为拟建牙根一级水电站，下游为拟建的楞古水电站，距成都市公路里程约578km。工程主要开发任务为发电，无其它综合利用要求。水库正常蓄水位2560m，具有日调节能力。电站装机容量达240万kW，建成后将供电四川电网，并参与川电外送。

工程为I等大(1)型工程，枢纽建筑物主要由挡、泄水建筑物和引水发电建筑物等组成。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，坝高210m，为雅砻江中上游规划的最高混凝土坝；泄水建筑物采用全坝身泄洪孔口(4表孔+3深孔)；引水发电建筑物采用左岸地下厂房，安装4台混流式水轮机组。

工程初拟施工总工期为101个月，其中首台机组发电工期92个月。工程准备期22个月，主体工程施工期70个月，工程完建期9个月。

牙根二级水电站施工总布置规划的科学合理性事关工程建设全局，对其进行全面系统的研究有重要意义[2-3]。本文结合工程施工条件和施工特点，系统论述了工程施工总布置规划设计的主要内容，以期为后续类似工程规划设计提供参考。

2 施工特点

2.1 地形地质

牙根二级水电站坝址位于木灰沟口下游1km处的雅砻江干流上，两岸谷坡陡峻，山体雄厚，河谷为深切“V”型峡谷。坝址区基岩主要为印支—燕山期中粗晶花岗岩，仅在右岸中高程(2450～2600m)出露三叠上统侏倭组变质砂岩(T3zh)夹印支-燕山期花岗伟晶岩(γρ)。变质砂岩由于处于侵入岩体边缘，岩层产状变化较大，总体产状为N35OW/近直立，中厚层状，岩体较完整；花岗伟晶岩内裂隙轻度发育，岩体完整性较好。

工程坝址区附近地形狭窄，可供布置的施工场地极其有限。木灰沟沟道场地条件相对较好，日衣村阶地较为开阔，其他地区仅零星分布。根据现场地形地质条件，施工场地布置以木灰沟和日衣村阶地为主，辅以坝址上、下游零星河谷阶地和沟道场平作为施工场地。此外，坝址上游较远的日岗沟具有大规模堆渣条件，但需进行泥石流防护及沟水治理。总体而言，本工程施工场地极其匮乏且条件较差。

2.2 施工导流

工程大坝为210m级特高混凝土拱坝，两岸谷坡陡峻，河谷为深切“V”型。根据地形地质条件、水文条件、工程特性，工程采用围堰一次断流，基坑全年施工的隧洞导流方式[4]。

施工导流初拟采用右岸布置2条12m×15m(宽×高)导流洞，在混凝土坝身2430m高程设置1-5m×7m(孔数-宽×高)导流底孔的设计方案。初期导流采用围堰挡水，两条导流洞泄流方案；中期导流采用大坝临时挡水、2条导流洞+导流底孔泄流的方案；后期导流采用大坝挡水、导流底孔+深孔泄流的方案。

2.3 主体工程施工

牙根二级水电站施工关键项目为大坝施工，由于缆机具有调度灵活、覆盖范围大等特点，本工程采用缆机方案作为大坝混凝土浇筑方案。缆机平台及坝肩开挖在导流洞施工完成后进行，安排在第2年11月—第4年10月，历时24个月。平均开挖强度为12.43万m3/月，坝肩开挖下降速度为16.21m/月。大坝基坑开挖施工时段为第4年11月—第5年3月，施工工期为5个月，平均开挖强度为9.37万m3/月。大坝混凝土于第5年4月开始，第8年1月底浇筑至坝顶，施工历时34个月，月平均上升高度6.18m，月平均混凝土强度5.63万m3，高峰月浇筑强度约8.45万m3。

引水发电系统施工为工程的次关键线路，主、副厂房及安装间施工为引水发电系统的关键线路，应连续施工，其它各项工程均在其工期内穿插进行。根据总进度安排，从第2年11月主厂房上层通道明挖开始，第3年4月开始厂房顶拱开挖，第8年8月底首台机组具备发电条件，工期70个月，其中从厂房主体工程开挖至首台机组具备发电条件历时65个月。

2.4 对外交通运输

牙根二级水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上。地处高山峡谷，远离人口稠密和交通发达地区，现有对外交通现有条件较差。

工程对外交通运输方案为：从成都起，沿G5京昆高速143km至雅安，再沿G4218雅叶高速135km至康定，接G318线71km至新都桥(瓦泽)，转G248线76km至白马隧道南侧出口，再转牙根二级水电站对外交通公路沿力丘河下行37km抵达下游拟建楞古水电站左坝肩。路线全长462km。

3 施工总布置分区规划

3.1 施工总布置原则

本工程大坝属特高拱坝，施工难度大，工期长，土石方开挖、混凝土浇筑等工程量大，施工条件差，施工总布置主要遵循以下原则：

(1)工程枢纽地处峡谷河段，施工工作面较多，可供利用的施工场地少，施工总布置采取因地制宜，充分利用现有场地条件，按集中与分散相结合方式进行布置。

(2)施工场地的规划遵循因地制宜、节省资源、环境友好、经济合理、安全可靠的原则，最大限度地减少对当地群众生产、生活的不利影响。

(3)施工总布置力求协调紧凑，节约用地，尽量利用荒地、滩地、坡地；不占或少占耕地和经济林地。

(4)在满足施工场地及渣场布置要求的前提下，尽量少移民；充分考虑环境保护、水土保持和移民安置要求。

(5)施工场地及渣场应避开不良地质、地质灾害、主要水源、环境保护及国家级风景名胜区等地区，并应满足防洪及场地排水要求。

(6)利用开挖渣料平整部分场地，以满足施工场地使用要求；同时充分考虑各项目间施工进度安排，在时间上合理调配场地，避免重建，提高场地的利用率。

(7)有利于施工期主体工程施工实施封闭管理，尽量减少工程施工对地方生产生活的干扰。

3.2 施工分区规划

根据本工程枢纽布置特点、施工场地条件、料场位置、施工总布置及场地规划原则，并结合场内交通布置，拟将施工场地布置划分为日衣、大坝枢纽、拉最3个工区。基于奥维地图，施工分区规划总布置图如图1所示。

图1 施工分区规划总布置图

(1)日衣工区

该工区分布于坝址上游雅砻江两岸，从日岗沟沟口至日衣沟附近，主要布置有日衣承包商营地、施工机械停放场及汽车保养站、机械及汽车修理厂、油库、金结拼装场、综合加工系统、综合仓库、5#供水站等施工设施。此外，日岗沟渣场也位于该工区。日衣工区规划总布置图如图2所示。

图2 日衣工区规划布置图

(2)大坝枢纽工区

该工区分布于坝址附近雅砻江两岸，从上游日衣沟附近至下游拉最沟附近，主要布置有木灰沟砂石加工系统和混凝土生产系统、左岸高线混凝土生产系统、承包商营地、武警及公安营地、机电设备及物资仓库、中心变电站、木灰业主营地、1#—6#供风站、1#—3#供水站等施工设施。此外，木灰沟转存料场也位于该工区。大坝枢纽工区规划总布置图如图3所示。

图3 大坝枢纽工区规划布置图

(3)拉最工区

该工区分布于坝址下游雅砻江两岸，从拉最沟至相唐多级下游侧场平附近，主要布置有拉最砂石加工系统和混凝土生产系统、4#供水站、此外，拉最料场也位于该工区。拉最工区规划总布置图如图4所示。

图4 拉最工区规划布置图

4 料场选择与规划

4.1 混凝土骨料

本工程主体工程、导流工程及施工辅助工程的混凝土总量约412万m3，其中喷混凝土约18.3万m3，共需混凝土骨料903.2万t，需毛料约1261.2万t，成品骨料最大粒径为150mm。

根据调查，工程区及外围天然砂砾石料及碎石土料匮乏，分布零星且储量少，开采价值较低，推荐采用人工骨料。坝区左岸及木灰沟分布大片粗粒花岗岩、黑云母花岗岩，人工骨料料源丰富，本阶段选择了离坝址较近的拉最料场和木灰料场开展勘察工作，并对洞挖料回采利用进行了研究。

通过对拉最料场和木灰料场料源的储量、质量、位置、交通、开采条件、征地移民、环保影响等因素进行综合对比分析，人工骨料的料源选择拉最料场。

本工程洞挖料的利用主要包括引水发电系统、导流洞等地下洞室开挖料，洞挖料开挖量(不含交通洞)约280万m3。洞挖料地层岩性主要包括印支-燕山期黑云母花岗岩、粗粒花岗岩及三叠系上统侏倭组变质砂岩。结合已完成勘探揭示地质情况和临近工程经验，考虑洞渣料回采利用有用料约130万m3，主要用于非大坝部位的混凝土料源。

规划开采系数取值1.25，牙根二级水电站有用料规划开采量为599.39万m3，其中规划洞渣料回采利用有用料约130.00万m3，拉最石料场规划开采有用料约469.39万m3。兼顾楞古水电站料场有用料规划开采量约280万m3，拉最规划开采有用料取值750万m3。结合本阶段地质勘查成果，剥采比取值19.4%，拉最料场规划总开挖量约931万m3，终采平台高程EL.2410m，最大边坡高度约400m，揭顶高程EL.2700m。

4.2 碎(砾)石土料

围堰需求土料包括防渗墙固壁土料和围堰闭气土料，其中围堰闭气土料需约6000m3。选择了离坝址较近的拉最坝址碎石土料场、楞古村碎石土料场和雨日村碎石土料场进行调查和勘探、试验工作。

所选3个土料场料源粘粒含量偏低，主要质量指标不满足规范要求，还涉及到耕地、移民、宗教、运输等问题，建议防渗固壁料采用购买方式解决，防渗土料采用土工膜替代。

4.3 堆石料

本工程围堰石方填筑量约60万m3，需求量较小，坝址基岩主要为印支-燕山期黑云母花岗岩、粗粒花岗岩及三叠系上统侏倭组变质砂岩。除粗粒花岗岩部分岩体强度、软化系数偏低外，其他指标基本满足作为堆石料的要求，因此，采用洞挖料作为围堰堆石料。

5 场内交通规划

工程两岸谷坡陡峻，山体雄厚，目前无公路与坝区相连，仅有通乡公路至木灰村，因此，牙根二级水电站场内交通布置条件极差，需要新建沿河低线公路，受地形、地质条件限制，公路以隧洞为主。

根据枢纽建筑物布置、施工方法以及施工临建设施布置，以及施工封闭管理需要，牙根二级水电站需规划新建跨雅砻江施工桥梁4座，总长约770m；新建场内道路总长39.9km(包含利用进厂交通洞1.1km)，其中公路隧洞20.9km，场内主要公路以场内二级为主，路面宽度7.5m/9.5m，部分辅助道路为场内三级，路面宽度4.5m/5.0m/6.0m。

本工程场内交通主要依托1#路，2#路2条高线，3#路，4#路2条低线贯穿坝址枢纽工区，通过支线路接线至各施工工作面、临时设施、渣场等位置。根据NB/T 10491—2021《水电工程施工组织设计规范》，上述公路作为本工程场内交通主干道，均达到场内二级公路标准，其余部分道路若考虑场内其他物资运输及管理车辆也将达到场内二级标准。枢纽区场内主要交通线路如图5所示。

图5 枢纽区场内主要交通线路图

6 主要施工工厂设施和施工营地

6.1 砂石加工系统

根据料源选择和施工总布置方案研究成果，结合施工进度计划，本工程拟设置2个砂石加工系统，即木灰沟砂石加工系统和拉最砂石加工系统。

木灰沟砂石加工系统布置于木灰沟沟口渣场前缘平台上，主要承担前期筹建准备、导流工程及后期进水口、地下厂房等部位混凝土所需成品骨料的供应，混凝土总量约151.0万m3，前期料源为导流洞工程、场内交通工程洞挖可用料，后期料源为地下厂房洞挖可用料和拉最人工骨料场开采料。根据施工总进度安排，混凝土月高峰浇筑强度约5.6万m3/月，加工系统成品骨料生产能力为400t/h，毛料处理能力500t/h，采用二班制生产。

拉最砂石加工系统布置于拉最沟内，主要承担大坝、水垫塘、二道坝和尾水系统等主体工程混凝土成品骨料的供应，混凝土总量约261.0万m3，料源为拉最人工骨料场开采料。根据施工总进度安排，混凝土月高峰浇筑强度约13.3万m3/月，加工系统成品骨料生产能力为880t/h，毛料处理能力1100t/h，采用二班制生产。

6.2 混凝土生产系统

本工程导流及主体工程混凝土、喷混凝土总量约412万m3，根据本工程水工枢纽布置特点，结合施工总进度和施工总布置规划，设置3个混凝土生产系统，分别为木灰沟混凝土生产系统、左岸高线混凝土生产系统、拉最混凝土生产系统。

木灰沟混凝土生产系统与木灰沟砂石加工系统集中布置，供应前期筹建准备、导流工程及后期进水口、压力管道、地下厂房、开关站等混凝土，生产混凝土总量约151.0万m3。根据施工总进度安排，混凝土月高峰浇筑强度为4.7万m3，考虑1.3的月不均衡系数后，设计生产能力190m3/h，配备HL160—3F2000型混凝土拌合楼2座，单座设备额定生产能力160m3/h，三班制生产。

左岸高线混凝土生产系统布置于坝下沟场地上，供应大坝工程所需混凝土，混凝土总量约195万m3。根据施工总进度安排，混凝土月高峰浇筑强度为7.8万m3，考虑1.3的月不均衡系数后，设计生产能力310m3/h，配备HL 360—4F4500型混凝土拌合楼2座，单座设备额定生产能力360m3/h，三班制生产。

拉最混凝土生产系统与拉最砂石加工系统集中布置，供应水垫塘、二道坝及厂房尾水系统等混凝土，生产混凝土总量约66万m3。根据施工总进度安排，混凝土月高峰浇筑强度为2.4万m3，考虑1.3的月不均衡系数后，设计生产能力100m3/h，配备HL 160—3F2000型混凝土拌合楼1座，单座设备额定生产能力160m3/h，三班制生产。

6.3 混凝土制冷系统

根据工程区气象条件和工程混凝土施工要求，需设置混凝土预冷系统和大坝通水冷却制冷系统。根据施工总布置条件，全工程共设置3个预冷系统，即左岸高线混凝土预冷系统、拉最混凝土预冷系统和大坝通水冷却预冷系统。

左岸高线混凝土预冷系统主要承担大坝混凝土的制冷生产，配备的标准工况制冷总规模为1000万kcal/h，满足出机口温度7℃的要求。

拉最混凝土预冷系统主要承担水垫塘、二道坝、厂房蜗壳等混凝土的制冷生产，配备的标准工况制冷总规模为300万kcal/h，满足出机口温度12℃的要求。

大坝通水冷却系统主要生产大坝混凝土通水冷却所需的冷却水。在大坝左右岸分别设置1个移动式冷水站，即大坝左岸移动式冷水站、大坝右岸移动式冷水站。

6.4 施工供风、供水及供电系统

施工供风系统主要供应石方开挖、喷混凝土等所需的压缩空气。根据导流及主体工程施工方法和设备配置，除部分设备自备供风外，其余均需专设供风系统。根据水工枢纽布置及料场情况，结合施工总进度，整个工程设7个供风站。

施工供水系统主要供应工程施工用水、各施工设施生产用水及生活区生活用水。根据工程施工总体布置情况，结合施工总进度，共设置5个供水站。

根据施工总进度及施工用电设施测算，本工程施工期高峰用电负荷约38MW。根据电站负荷水平、与可能的电源引接点距离，初拟场内新建1座110kV施工变电站作为中心变电站，采用1回110kV线路接入大梁子110kV变电站，线路长约85km。

6.5 综合加工及修配系统

综合加工系统主要包括钢筋加工厂和木材加工厂。由于坝址区场地紧张，综合加工系统拟设置于日衣场地。

本工程主体工程土石方和混凝土施工强度大，需要大量大中型施工机械和重型汽车。鉴于工程的工程量较大、工期较长，拟在工地设置机械修配系统，包括机械修配厂和汽车保修厂。由于坝址区场地紧张，拟设置于日衣场地。

制作安装系统主要包括变压器组装车间、转轮拼装厂、瓦片加工厂、金结拼装场、机电安装场。由于坝址区场地紧张，变压器组装车间、转轮拼装厂、瓦片加工厂拟设置于下游左岸场地，金结拼装场拟安置于日衣场地，机电安装场拟安置于厂房安装间。

6.6 营地规划布置

受牙根二级水电站地形、地质条件制约，为了满足工程的前期建设要求，将业主营地布置在木灰沟沟口附近。本工程施工期高峰年平均人数约7000人，根据枢纽布置格局、地形地质条件以及施工分标初步规划，拟采用集中与分散相结合的方式，沿线共布置3处承包商营地。木灰承包商营地布置在木灰沟场地上，规模为高峰年平均2500人；日衣承包商营地布置在日衣场地上，规模为高峰年平均3900人；多吉承包商营地布置在下游左岸场地上，规模为高峰年平均600人。

7 土石方调运和渣场规划

7.1 土石方调运规划

工程主体及临时工程(含料场剥离、场内交通)土石方开挖总量约1564.16万m3(自然方)，其中石方洞挖开挖约380.39万m3，其他开挖1183.77万m3，土石方开挖总量折合松方约2305.72万m3。

工程开挖量大，工区内适合大规模堆渣的场地较少，土石方出渣调运规划应综合考虑施工进度，各渣场位置、容量、场内交通条件、出渣运距及回采利用等因素，同时结合环保、水保和移民要求而进行。本工程土石方调运规划如下：

(1)场地场平

前期低线系统场平主要由沟水及泥石流处理工程、相唐多级下游侧场平工程、以及部分场内交通工程的施工弃渣供应，场平利用总量88万m3(松方，下同)。

拉最沟系统场平主要由沟水及泥石流处理工程、部分场内交通工程的施工弃渣供应，场平利用总量7万m3。

日衣村场平工程主要由日衣变形体开挖料、导流洞无用料、部分场内交通工程开挖料等施工弃渣供应，场平利用总量383万m3。

(2)混凝土骨料回采

本工程可用作混凝土骨料料源的开挖洞渣料314万m3，经回采规划，约200万m3利用作加工混凝土骨料，约92万m3用着围堰填筑料，剩余22万m3作为弃渣料处理。回采料主要由导流洞、压力管道、地下厂房、尾水隧洞、尾水调压室等开挖洞渣，以及填筑围堰用的部分场内交通洞挖料供应。回采料集中堆存于木灰沟转存料场。

(3)开挖弃渣调运

除了上述的前期场平用料、混凝土骨料回采有用料，本工程其它开挖料全部作为弃料处理。根据工程渣场布置情况，进水口、缆机平台、水垫塘及二道坝、大坝基坑、部分场内交通工程等部位弃渣料和引水发电系统洞挖无用料等弃渣全部运输至日岗沟渣场，弃渣总量约1513.71万m3。

7.2 渣场规划

根据土石方调运规划成果，本工程共规划3处场地消纳工程渣料，在木灰沟内布置转存料场1个，同时在日岗沟内布置1个大型渣场，各渣场主要特性见表1。

表1 渣场规划特性表 单位：万m3

8 结语

(1)牙根二级水电站施工总布置规划依据国家法律法规、方针政策和地方人民政府的有关规定进行，满足国家和行业现行技术标准的规定和要求。

(2)牙根二级水电站施工总布置规划设计紧密结合工程施工特点和施工条件，较好地满足了工程施工、质量安全、环境保护、水土保持、移民安置等要求，通过大量的研究形成推荐的施工总布置设计方案，为类似特高混凝土拱坝施工总布置提供了经验。