施工组织设计任务书

一、工程概况

工程地处我国华东钱塘江的支流上，为一发电为主兼顾灌溉、防洪的水利枢纽工程。在坝型比较阶段，比较了混凝土重力坝和粘土心墙砂壳坝两个方案。后者的枢纽布置如图1—1所示，坝高81m，坝顶长度370m。设计正常高水位为100m，校核洪水位为102m，大坝典型剖面见图Ⅱ－Ⅱ。大坝属于2级建筑物。

溢洪道布置在距坝1km的左岸凹口处（图中未示），为开敞正槽式，其顶高程为92m，总宽是64m，出口采用差动式鼻坎挑流消能。

引水式电站布置在右岸，引水洞长525m，直径7m，厂房安装5万kW的机组两台。

二、施工条件

（一）施工工期

主体工程工期暂定为4年，2022年准备，2023年开工，2026年年底前发电（初始发电水位为80m）。

（二）坝址地形、地质及当地材料

坝址处流域面积2610km2，坝址以上河流全长104km；其中50km为通航河道，常年有载重5至10吨木船和竹木筏过坝。坝址两岸系高山，山坡较陡。坝址河谷宽为200m，河底高程25m。两岸复盖层较薄，基岩为石英砂岩（X级）；河床岩基较好，两岸岩石节理发育，风化较深。河床砂砾复盖层厚为0~3m，平均1.5m。坝址上下游均为宽阔冲积台地，在上下游3~7km的台地和河滩上，有满足筑坝要求的大量砂砾料（Ⅲ类土）。采取水上砂砾平均运距5.5km；如就近采取水下砂砾，平均运距为3.5km；粘土料（Ⅲ类土）在左岸下游7km的王家村，高程为40~50m，储量丰富，质量满足设计要求。

（三）气象与水文

该工程位于华东，气候温和。雨量充沛，每年5月至10月降雨较多，属温带多雨气候，按水文规律分为枯水期和洪水期（包括梅雨期与台风期），其界限不明显。一般11月至次年4月底为枯水期，5月至10月为洪水期，其中5、6两个月的降雨量最大，占全年雨量的30%，该河流量属山区性河流，洪水暴涨暴落，最大流量高达8290m3/s，最小流量只有7~8m3/s，相差上千倍。

根据设计需要，给出下列各种水文、气象资料：

1、 各月最大瞬时流量（m3/s）表1

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	全年
1%	1860	1670	2440	3780	5530	8290	5060	7550	4840	2395	3065	2070	8290
2%	1680	1330	2190	3300	4920	7460	4350	6350	3840	2020	2500	1780	7460
5%	1500	1140	1920	2800	3250	6150	3380	4740	3350	1540	1770	1195	6150
10%	930	940	1250	2000	2700	4990	2660	3390	2710	1160	1230	823	4990

频率标准：所谓百年一遇，指工程由于洪水的原因失败的概率为1/100。

为了适应工程需求，一般将某一典型洪水过程线加以放大，使其洪水特征等于频率计算解得的设计值，即以为所得的过程线是待求的设计洪水过程线。放大方法主要有：同倍比同频率放大法。

2、各时段设计流量（m3/s）

表2

时段	1%	2%	5%	10%	20%
9.1~3.11	4740	4190	3450	2870	2260
9.1~4.30	5000	4460	3740	3160	2510
10.1~4.30	4620	3550	2950	2460	1950
11.1~3.31	3020	2660	2180	1810	1410
11.1~4.30	4020	3560	2940	2450	1920
3.15~5.15	5150	4570	3880	3320	2740

3、典型年逐月平均流量（m3/s）

表3

月份	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	全年
平水年(50%)	19.8	80.0	71.8	86.3	122.5	277	134.8	92.8	73.7	91.7	23.9	27.6	89.8
丰水年(1%)	28.0	75.4	89.9	134	489	529	276	103	182	91.8	40.7	32.7	172.6
枯水年(80%)	11.5	13.9	61.0	81.7	114	163	102.4	88.9	72.9	71.8	17	15.3	67.8

4、设计洪水过程线（图A）；

5、坝址水位流量关系曲线（图B）；

6、水库水位与库容关系曲线（图C）；

7、坝区各种日平均降雨量统计表（天）表4

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	全年
＜5	5	8	8	6	9	6	5	6	7	5	5	3	73
5~10	3	3	3	3	2	2	2	4	1	2	3	3	31
10~30	3	4	4	5	6	5	3	2	4	2	1	1	40
＞30	1	0	1	1	3	2	2	1	2	1	0	0	14
合计	12	15	16	15	20	15	12	18	14 ,	10	9	7	158

8、坝区各种日平均气温统计表（天）表5

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
＞30℃	0	0	0	0	0	3	10	4	1	0	0	0
＜0℃	12	10	0	0	0	0	0	0	0	0	0	5
＜－5℃	5	3	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
＜－20℃	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

（四）施工力量及施工设备

施工承包商的大坝坝壳最大施工能力为10000m3/d，技术设备限在施工单位已有的设备中选用，数量不限，三材由国家统一分配。

（五）在坝型比较阶段，对该土坝枢纽的施工导流方案建议采用隧洞导流，并考虑上游土石围堰与坝体结合，以节省导流工程费用。

三、设计任务

研究分析现有资料，计算有效工日；在此基础上，分以下两部分进行设计。

第一部分  施工导流计划

（一）确定导流标准

（二）确定施工导流方案，确定大坝施工分期和截流、拦洪、封孔、发电日期，初定大坝施工控制性进度。

（三）导流工程规划布置

1、根据导流方案和粗定的大坝拦洪高程，确定隧洞的断面型式和尺寸，并进行平、立面布置；

2、汛期大坝（或围堰）拦洪校核；

3、围堰型式、主要尺寸及布置。

第二部分  主体工程施工

（四）土石坝施工

1、施工强度计算

2、开采、运输、压实机械型号选择及数量计算；

3、施工道路布置。

（五）导流隧洞开挖

1、开挖方法的选择；

2、施工作业组织及设备选择；

3、开挖作业组织；

4、绘制作业图表，计算施工工期和所需设备数量。

（六）拟定施工控制进度计划

四、设计成果

（一）大图（1号图）一张，要求画出：

1、导流建筑物及土、砂砾料上坝路线平面布置；

2、导流建筑物纵横剖面图、隧洞开挖面的孔眼布置及开挖循环作业图表；

3、大坝及主要隧洞施工机械汇总表。

（二）说明书一份、计算书一份。说明书中除设计说明外，还应包括必要的插图、表格和枢纽工程施工总进度计划表。

土坝枢纽工程施工组织设计指示书

一、熟悉设计资料

全面了解给定的资料和设计任务。

l、水文资料：最大设计流量、坝址水位流量关系曲线、库容曲线等；

2、气象资料：降雨、气温；

3、地形地质条件和筑坝材料料场；

4、水利枢纽组成建筑物的型式、尺寸；

5、施工工期要求；

6、施工机械与定额资料。

二、工日分析

工日分析是计算施工强度和论证施工进度的依据。如已论证施工强度过大而工期不能改变，可以采用雨季或冬夏季施工措施，增加施工天数，减小施工强度，以保证计划实现。

l、工日分析按下式进行

月有效工日＝日历天数－因雨雪、气温不能施工天数－其它原因停工天数

2、依据：

(1) 坝区各种降雨天数统计表(表4)；

(2) 坝区各种气温天数统计表(表5)；

(3) 法定假日：现行法定节假日及星期六、星期天；

(4) 各种工作因雨、气温停工标准见表6和表7。

3、本枢纽主要工程各月的有效工日计算按表8进行。

表6   月因雨停工标准

降水量（mm）	＜5	5～10	10～30	＞30
石料开采	√	√	停工	停工
填筑	√	√
砂石开采	√	√	停工	停工
填筑	√	√
粘土开采	√	停	停+1天	停+2天
填筑	√	停（盖）	停（盖）	停+1天
隧洞开挖	√	√	√	停
浇混凝土	√	停	停	停

表7   因气温停工标准

日平均气温	＞30℃	＜0℃	＜－5℃	＜－20℃
混凝土自然施工	停	停	停	停
混凝土冬季施工	√	√	√	停
粘土	√	√	停	停
砂砾	√	√	√	停

表8   ××工种施工天数统计表

月份 天数	1     2     3     4     5     6     7     8     9     10     11     12
日历天数	31    28    31   30    31    30     31    31    30    31     30     31
法定假日
因雨停工
因气温停工
其他原因停工	（本设计不考虑）
有效工日

注：粘土开采中若因雨停工降雨量既有10~30，又有>30，则统计停加天数时，只统计降雨量大的一种情况。

第一部分  施工导流计划

一、导流标准

导流标准是进行施工导流计算，确定导流建筑的尺寸和建筑设计的依据。导流标准的高低，关系到工程和下游人民生命财产及工农业生产的安全，也关系到工程造价和工期。

《水利水电施工组织设计规范》明确了新的导流标准规范包括围堰挡水、坝体施工期临时挡水、导流泄水建筑物封堵和水库蓄水三个基本阶段。围堰挡水称初期导流，坝体挡水和封堵蓄水称为后期导流。一般初期导流失事只影响围堰和基坑工程施工，而后期导流失事，则危及大坝及下游城镇安全，造成的损失比初期导流的大得多。

l、导流建筑物的级别

导流建筑物的级别是确定洪水标准和建筑物结构设计的依据。根据我国的实际情况，规范规定导流建筑物划分为3、4、5三级，一般为4级和5级，并以3级来控制：具体划分按表9所列各项指标确定，其中4、5级导流建筑物应按表列的四项指标中的最高级别确定，而3级导流建筑物要求有两项以上的指标满足该级要求。

2、洪水标准

表9  导流建筑物级别划分

注：(1)导流建筑物包括挡水和泄水建筑物，两者级别相同；

(2) 当导流建筑物根据表中指标分属不同级别时，应以其中最高级别为准。但列为3级导流建筑物时，至少应有两项指标符合要求；

(3) 表列四项指标均按施工段划分；

(4) 有、无特殊要求的永久建筑物都是针对施工期而言，有特殊要求的1级永久建筑物是指施工期不允许过水的土坝及其它有特殊要求的永久建筑物；

(5) 使用年限是指导流建筑物每一导流分期的工作年限，两个或两个以上导流分期共用的导流建筑物，如分期导流一、二期共用的纵向围堰，其使用年限不能叠加计算；

(6)导流建筑物规模一栏中，堰高指挡水围堰最大高度，库容指堰前设计水位所拦蓄的水量，两者应同时满足。

导流建筑物的设计洪水标准是根据导流建筑物的级别和类型，根据表10选定，该表适用于洪水期，也适用于枯水期。

表10  导流建筑物的洪水标准划分

导流建筑物类型	导流建筑物级别
	3	4	5
	洪水重现期（年）
土石结构	50~20	20~10	10~5
混凝土、浆砌石结构	20~10	10~5	5~3

3、坝体临时挡水度汛洪水标准

坝体施工期临时挡水度汛的洪水标准按表11选定。

表11  坝体施工期临时度汛洪水标准[重现期（年）]

坝型	拦洪库容(108m3)
	≥1.0	1.0~0.1	<0.1
土石坝	≥100	100~50	50~20
混凝土坝、浆砌石坝	≥50	50~20	20~10

4、导流泄水建筑物封堵与水库蓄水标准

(1)规范规定封堵的下闸设计流量采用时段5~10年重现期的月或旬平均流量。封堵工程的设计标准为10~20年重现期。

(2)封堵后坝体度汛标准

当导流建筑物封堵后，大坝进入施工运行期，这时，坝体度汛按表12规定的标准选择。

表12  导流泄水建筑物封堵后坝体度汛洪水标准[重现期（年）]

坝型		大坝级别
		1	2	3
土石坝	设计	500~200	200~100	100~50
	校核	1000~500	500~200	200~100
混凝土坝、 浆砌石坝	设计	200~100	100~50	50~20
	校核	500~200	200~100	100~50

(3)水库蓄水标准

建议采用75％一85％保证率作为水库的蓄水标准。

二、确定导流方案和大坝施工分期，根据施工单位能力，粗定大坝施工控制进度

(一)施工导流方案

在选坝阶段，对枢纽施工导流进行多方案比较，其中土石坝方案采用隧洞导流方案，并建议上游土石围堰与坝体结合，以节省导流费用。

(二)确定大坝施工分期，粗定截流、拦洪、封孔、发电日期。

采用隧洞导流方案，土石坝的施工一般分四期进行。

第一期：截流前，要完成导流隧洞工程，并做好截流准备工作。

第二期：截流后，在围堰的保护下进行大坝基础工程施工（包括排水、基坑开挖及基础处理），然后进行大坝填筑，在梅雨、台风汛期到来之前将大坝抢筑到拦洪水位以上。

第三期：拦洪以后继续填筑大坝到开始封孔蓄水。

第四期：封孔后大坝继续升高直至坝顶设计高程。

二期工程是工程成败的关键，这一期工程量往往很大，要求较高的施工强度，以致超过施工单位的生产能力。为了保证在施工单位生产能力范围内顺利完成拦洪任务，可以采用全断面、临时断面、围堰拦洪或采用分期围堰填筑部分坝体等方法（如表13所示），以保证安全拦洪度汛。

表13   拦洪度汛方法

1、全断面坝体拦洪施工能力足够时采用
2、围堰拦洪坝基处理量大，时间长，粘土心墙上升速度赶不上拦洪水位时采用
3、临时断面拦洪 砂壳施工能力不足时采用
4、分期填筑拦洪河谷较宽，施工能力不足时采用

对来水量大，库容小的工程，封孔以后，水库很快被充满，宜在大坝建成后才能封孔蓄水，此时无第四期工程。

(三)确定截流和拦洪时间，然后根据截流到拦洪的天数扣除排水、基础开挖和处理时间，按粘土心墙填筑上升速度每天0.2~0.4m确定大坝可能达到的拦洪高程。

(四)大坝各期工程量计算

根据大坝分期按下列公式计算（梯形河谷适用）各期工程量（V）

               (1)

式中：为计算部分坝体工程量，m3；为计算部分坝体顶部长度，m；为计算部分坝体高度，m；为计算部分坝体顶宽，m；为计算部分坝体底部长度，m；m1、m2分别为计算部分坝体上、下游边坡。

(五)计算大坝各期平均施工强度（Q）(粘土、砂砾料)

                                  (2)

式中：T为该期实际有效施工天数。

按照各期施工强度大致均衡的原则，控制不均衡系数不超过1.5～2.0，并在施工单位生产力允许的范围内，修改分期方案和各期坝体尺寸，或各期的开挖完工日期，直到满意为止。

(六)确定封孔蓄水及发电日期

本电站的初始发电水位为80m，蓄水保证率要求75％以上，要求在2026年10月1日有一台机组发电。一般来说，应在保证大坝安全的前提下，尽可能提早发电。

1、封孔日期的确定

根据初始发电水位，利用库容曲线求得相应的水库蓄水量，按照保证率的要求，用    80％典型枯水年各月平均流量推断出封孔日期。即此时封堵蓄水，可以保证到初定的发电日期，水库水位可以达到初始发电水位。

例如：要求10.1发电，初始发电时库容发V，推算封孔蓄水日期可按表14进行。

表14

蓄水时间	80％来水量(m3)	下游要求供水量	累计蓄水量(m3)
9月
8月
7月
6月
5月
4月

表中为i月的来水总量、为i月时下游要求的供水量。由表可知，蓄水6个月才能达到相应于初始发电水位的存蓄量。故推得封孔日期为4月的某一天。本设计中，在封孔蓄水期内，下游用水由坝址下游支流汇入河道解决，下游来水全部蓄入水库。

2、大坝安全校核

封孔日期是以蓄枯水年水量保证如期发电来确定的，如果封孔以后所遇到的不是枯水年而是丰水年，则库内水位上升很快，有利于发电，但势必威胁尚未修建到顶的大坝安全，因此，必须按丰水年来水量进行大坝安全校核。校核标准按库容及下游安全而定，可按表15进行计算比较。表中Vi为i月的来水总量，hi为i月底相应的库水位。△hi为月初发生一次洪水（1％）所增高的水位，Hi为i月底大坝修建到的高程。若Hi>hi+△hi+1，即认为大坝是安全的；否则认为有漫顶危险。本设计中不考虑△hi的影响。

表15

蓄水时段末	1％来水量 Vi	逐月累计水量 ∑Vi	库水位 hi	月初洪水 引起库水位移	坝面 高程Hi
4月	V4	V4	h4	△h4	H4
5月	V5		h5	△h5	H5
6月	V6		h6	△h6	H6
7月	V7		h7	△h7	H7
8月	V8		h8	△h8	H8
9月	V9		h9	△h9	H9

如果校核结果，安全度太大，可以考虑提早发电，如不能满足安全要求，可采取下列措施，以保证大坝安全。

①提高大坝上升速度；

②延迟封孔和发电；

③采用后期导流措施，利用永久或临时泄水建筑物控制上游水位。

（七）根据确定的截流、拦洪、封孔、发电日期和工程分期绘制大坝控制进度，如图2。

图2   临时断面拦洪方案大坝施工控制进度

三、导流工程规划布置

需要决定的问题有：导流隧洞的断面形式、尺寸、进出口底坎高程，洞线布置及相应的围堰形式、尺寸和平面布置，本应先拟出几个隧洞断面尺寸、不同的底坎高程和不同的布置方案，进行技术经济比较，然后确定最优的隧洞断面和进出口底坎高程。限于时间，本设计要求完成一个方案的计算与分析，但应明确方案比较时应分析研究的问题：

(1)隧洞尺寸大小，底坎高程对拦洪水位及大坝合龙段施工的影响；

(2)隧洞尺寸、底坎高程对围堰及隧洞工程量的影响；

(3)通航过筏条件对截流条件的影响。

(一)确定泄水建筑物断面型式和尺寸，并进行平面和立面布置。

l、计算拦洪水位

根据已定的拦洪坝高扣除安全超高2~3m，即为拦洪水位。

2、确定隧洞断面尺寸

(1)隧洞最大下泄流量计算

在工程水文学中，我们已经知道水库对洪水的调节作用。按照隧洞的泄流条件和水库调节性能，根据洪峰过程线可以求得隧洞泄水过程线，其关系如图3所示，图中V为水库形成的最大库容，Q泄为相应于最大库容V时的隧洞最大下泄流量。在已知洪水过程线和上游拦洪水位的条件下，若求得隧洞泄水过程线，就得出相应于拦洪水位时的隧洞最大下泄流量。但泄水过程线需经调洪运算求得，计算工作量大。为简化计算，曲线AB以直线代替，就可方便地计算出阴影部分面积所代表的库容V´，并与拦洪水位相应库容V比较，如V´=V，由AB直线段为所拟的隧洞泄水过程线，Q泄为所求隧洞的最大下泄流量。如V´≠V，则另需假定AB线位置重算。

 T

图 3

计算方法：

①如图3所示，在估计所求B点附近，任意选定Bl、B2、B3点，通过Bl、B2、B3向A点方向作三条直线，并与洪峰过程线相切。

②计算相应直接ABi与洪峰过程线所包围的面积 （即相应库容）和相应的隧洞最大下泄量，并绘制Q～y关系曲线，如图4所示。

③根据拦洪水位相应库容V，在Q～V曲线上，找出相应的隧洞最大下泄流量。

(2)泄放最大流量时的隧洞流速计算。

大坝拦洪时，隧洞泄放最大流量，一般为压力流，

其流速按有压流公式计算：

              (3)

式中：m=0.85；V为洞里平均流速；H0为隧洞进口计算水深（在洞线布置之前用拦洪水位代之）；hp为隧洞出口底坎以上水深，在这里，可根据隧洞最大下泄量，从坝址水位流量关系曲线上查得。

(3)隧洞过水断面面积计算

                                  (4)

3、隧洞断面型式、尺寸及布置

(1)隧洞断面型式及尺寸

导流隧洞的断面型式有圆形、马蹄形和城门洞形，其中城门洞形最普遍，这种型式开挖方便，有利于泄流和截流，本工程采用城门洞形，其尺寸如图5，根据公式W=确定隧洞断面尺寸。

(2)隧洞布置

隧洞路线应结合地形、地质条件选定，一般长度应尽可能短，但必须考虑进、出口与上、下游围堰之间保持20～50m的距离（根据水深及河床覆盖层厚度确定），防止水流冲刷围堰。隧洞轴线尽可能布置成直线，当转弯时，其转弯半径不少于5B。导流洞的底面高程一般布置在最低水位以下一定高程（通过方案比较确定），布置应注意：

①使截流方便——低；

②航运过水要求——吃水深，净空，流速小于3～6m/s；

③隧洞施工方便（出渣方便、排水容易）——高；

④过流平顺，进、出口无明显跌落，水面衔接条件好，便于通航过木。

隧洞底坡一般为0.2%～0.5%，也可以布置成平底坡，视河床纵坡而定。为了保证水流平顺，隧洞进出口各有一定长度的直线段和明渠段。在进口应设置喇叭段。封孔闸门布置于洞口，当洞口宽度超过6m时，应布置中墩，以减少封孔闸门跨度。出口明渠段可以扩大口门，反坡与原河道相接，其出口轴线与河床水流轴线交角最好小于30°。

隧洞进、出口顶部岩石覆盖层厚度一般不小于1.0～2.0倍隧洞净宽，视地质条件而定。

(二)汛期大坝拦洪校核

1、根据已定的隧洞尺寸和泄流条件，经过调洪演算确定上游拦洪水位，以检查此时的坝面高程是否能安全拦洪。

计算方法：

(1)明流按下式计算：

                   （5）

式中：为进口洞内水深；为出口洞内水深；为进口洞内流速；为出口洞内流速；=；为平均谢才系数；为平均水力半径；为隧洞长度。

计算步骤：

(a)判别出口流态

淹没出流：；；

自由出流：；。

其中：为出口下游水深；为临界水深，矩形过水断面时

                            （6）

(b)确定后，假定用公式(5)列表试算

表16

(c)进口落差近似按下式计算

                        (7)

式中：为流速系数，取0.8～0.9；为上游行进流速，当时，流速水头很小，式(7)中第二项可略去。

(d)计算上游水位()

                     (8)

(2)有压流按下式计算：

                 (9)

其中：为出口计算水深，自由出流时，淹没出流时：；为局部损失系数之和，进口采用喇叭口时=0.25；，谢才系数，采用混凝土衬砌时n=0.014，不衬砌时n=0.035；其它符号参阅相关水力学资料。

上游水位：=进口坎高程+

计算时，假定几个隧洞下泄流量，分别计算出相应的上游水位，画出无压和有压部分的泄流量与水位的关系曲线并以光滑曲线连接该段曲线，以代替半有压流曲线，如图6。

2、 通过调洪运算，确定梅雨汛期拦洪水位。

依据：①库容曲线；

②洪峰流量过程线；

③坝址水位流量关系曲线；

④隧洞泄水能力曲线。

计算方法：①列表数算法；②简单图算法。

A、列表数算法

列表数算法也称双曲辅助线法，根据水量平衡方程绘出双曲辅助线，然后列表计算。

B、简易图算法

计算原理及思路同本, 指示书的《隧洞最大下泄量计算》部分。计算步骤如下：

①假定三条隧洞泄水过程线ABl、AB2、AB3（如图3）；

②求出相应的库容V1、V2、V3和下泄流量Q1、Q2、Q3；

③根据V1、V2、V3在库容曲线上得出相应的上游水位Hl、H2、H3；

④在绘有隧洞泄流能力曲线Ll的Q~H坐标图上，绘出相应的点P1(Ql，H1)、P2 (Q2，H2)、P3(Q3，H3)；

⑤过P1、P2、P3点绘曲线L2交Ll于P点，则对应于P点的泄流量Q为拦洪时隧洞最大下泄流量，相应的水位H即为所求拦洪水位，见图7。

3、大坝安全校核

根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前的大坝高程与拦洪高程H进行比较，若，则安全，反之不安全，其中，为安全超高。

如果校核结果为不安全，可改变进度或采用局部加高坝体拦洪等措施。

(三)围堰主要尺寸、型式及布置

1、挡水时段的确定

本设计采用枯水期挡水围堰围护基坑修筑大坝。围堰的任务在于保护基坑内工程施工，直到坑内坝体高出水面，所以围堰的挡水时段决定于基坑内基础处理工程量，坝体施工速度及水文变化情况。

围堰的挡水时段可用图解法决定（略），为简化起见，设计者可选定一个适当的枯水期作为围堰的挡水时段。

2、围堰顶高程的确定

在围堰挡水时段内，围堰应挡住可能发生的最大洪水，故以5％频率该时段的最大洪峰为围堰的设计流量。

围堰顶高程由该设计流量时的上游水位和安全超高确定。发生设计洪水时的上游水位即为围堰拦洪水位，下游围堰的顶高程=下游水位+超高，下游水位是发生设计洪峰流量、隧洞下泄最大流量时的下游水位，根据流量水位关系曲线得出。

3、围堰的型式

围堰的型式参看教材，本设计建议上、下游都采用砂砾石粘土斜墙围堰，且上游围堰作为坝体的一部分。

4、围堰的断面尺寸

要求确定围堰顶宽，边坡尺寸，防渗结构尺寸及其与基础的连接型式。本工程河床覆盖层较薄，水深不大，应以防渗体与基岩直接连接较好。

注意点：①围堰的水下部分尺寸应加大；

②上游围堰粘土斜墙防渗体应在坝体以外，下游围堰在施工后期应予拆除。

5、围堰的平面布置

要求按比例在地形图上正确画出围堰的平面布置图，在大坝断面图上面出围堰的剖面，以反映大坝与围堰的相互位置。

第二部分  主体工程施工

一、土石坝施工

(一)施工强度计算

列表计算

表17

施工分期	I (围堰)	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	说明
位置高程（m）					(m3/d) (m3/d) K=1.5~2.0
工程量V（m3）
有效工日T（日）
平均施工强度Q平
最大施工强度Q大

(二)土方施工机械的选择及数量计算

1、常用土方施工机械的适用性及可供选择的型号规格，见表18。

表18

机械名称		适用范围	可供选择的型号及规格
开 挖 机 械	正向铲	用于开挖土、砂砾料、石渣并装车	W100(1m3)、W200(2m3)、W400(4m3)
	索式挖土机	用于开挖水下砂砾料	无
	装载机	开挖松散土料、砂、砾、石渣等并装车	Z4－3.5，斗容1.7m3 Z4－5.0，斗容3.0m3
	轮斗式挖土机	开挖土料，砂砾料	WUD400/700，P理=400/700
	链斗式采砂船	开挖水下砂砾料	斗容150升 P理=120m3/h 斗容400升 P理=250m3/h
	推土机	用于料场集料，坝面平土	移山－80T2－120
运输机械	自卸汽车		牌号       载重量    容积 黄河QD35    7t      3.4m3 交通SH361   15t      6m3 小松HD180   18t     10.7m3 佩尔利尼T20  20t       11.7m3
	皮带机	用于转运，运输土料砂砾料
压实机械	羊足辗	压实粘土	YT2－3.5重3.5t加重6.5t
	气胎辗	压实粘土、壤土、砂砾等	YZPl4自重13.5t
	振动辗	压实砂性土、砂砾、石渣等	YZ3－50自重15t加重50t
	风动钻机	手持气腿钻，钻孔直径=34~ 43mm，钻进深度4m，重量28kg	0l－30手持风钻
	钻车	导轨式钻车，装有YG40凿岩机， 钻孔直径=40~80mm	CGJl5—-3

2、土石坝施工作业机械化方案选定

根据工程量、施工强度、料场条件、运输道路、上坝条件、坝面作业等选择合理的机械化施工方案。本工程各种作业可供采用的机械化方案如下：

表19

粘土心墙施 工	开挖	①推土机松土集料成堆；②挖土机挖装
	运输	①皮带机运输上坝（辅以集料斗及汽车分送）；②自卸汽车运输上坝
	压实	推土机平土，羊足辗或气胎辗压实
沙砾坝壳施工	开挖	①正向铲或装载机挖装水上砂砾；②索铲或采砂船采取水下砂砾
	运输	①皮带机运输上坝；②自卸汽车运输
	压实	推土机平土，气胎碾或振动辗，夯土机压实

设计者根据表19所列的机械化方案和施工单位拥有的机械选择一个粘土和砂砾的挖运填施工机械化方案。

3、主要机械数量计算

A、确定机械的生产率

机械生产率可采用定额指标（机械生产定额列于附录中）或计算方法确定。本设计要   求粘土心墙施工机械生产率用查定额指标的方法确定；砂砾坝壳施工机械的生产率用计算  法确定。

(1)周期运行机械(单斗式挖掘机、自卸汽车等)生产率；生产率（以坝上压实方为      标准）计算式为：

                   (10)

式中：为土斗或车箱几何容积 (m3)；为土斗或车箱的充盈系数（表20）；为时间利用系数（见表21）；为体积换算系数（见表22）；为机械运行一次的循环时间。

                    (11)

式中：、随运距或偏转角而变，可以用下式求得：

                             (12)

式中：L为转角或运距；V为转速或平均车速，对于自卸汽车采用20～25km／h。

、分别为装土和卸土时间，可以按经验确定，对于自卸汽车：

式中：n为挖土机装满一车的斗数；t′为挖土机循环工作时间（见表23）。

t卸可取1~2.5分钟，包括调车、等待时间。

表20  开挖机械的充盈系数表

机械名称	坚硬土	一般土壤	砂砾	石渣	石渣(含大石块)
装载机 推土机 铲运机 挖土机	0.6～0.7 0.6～0.75	1.0～1.1 0.7～0.9 0.7～1.0 0.8～0.9	0.9～1.0 0.6～0.7 0.5～0.9 0.9～1.0	0.7～0.8 0.4～0.6 0.6～0.75	0.4～0.5

注：如用公式(10)计算汽车生产率时，充盈系数近似取l。

表21  施工机械时间利用系数表

管理条件 施工条件	优良	良好	中等	较差
优良 良好 中等 较差	0.84 0.78 0.72 0.63	0.8l 0.75 0.69 0.6l	0.76 0.7l 0.65 0.57	0.70 0.65 0.60 0.52

注：①施工条件指地形、天气、施工工作面、地表排水、施工方法、程序、工程规模等。

②管理条件：计算管理好坏、操作人员水平、机械化等情况等。

③本设计中的施工条件，管理水平均可选良好。

表22  土壤体积换算系数表

土方类型	计算条件	自然方	松散方	压实方
粘土 普通土 砂砾 爆破石渣	压实方 压实方 压实方 压实方	1.11 1.11 1.05 0.77	1.41 1.39 1.18 1.15	1.00 1.00 1.00 1.00

表23  正向铲循环时问表

土斗容量(m3)	l	2	3	4
时间(秒)	16~28	18~28	18~28	20~30

注：①表中数据为理想作业条件下的循环时间（转角90°，最优掌子高度）。选用时可根据实际情况选用并修正．修正系数取0.9~1.26。

②对易挖土取小值．对难挖土取大值。

(2)轮斗、链斗式挖掘机生产率（P）

  （m3/班）                 (13)

式中：V为轮斗、链斗的移动速度；l为-土斗间距，m；其它符号意义同式(10)。

(3)皮带运输机生产率（参看教材）。

(4)碾压机械生产率计算

  （m3/班）              (14)

式中：V为碾压机械开行速度，m/h，按表24采用；B为滚筒长度，m，按表24选用；C为搭接宽度，羊足碾、振动碾用0.2m，气胎碾用0.3m；h为铺土厚度，m，按表24采用；n为压实遍数，按表24选用；Kt为时间利用系数，可取0.5~0.7；Kp为体积换算系数。

表24  压实参考表

计算参数	羊足碾	气胎碾	振动碾	夯  板
滚筒长度(m) 碾压速度(m／h) 辅土厚度(m) 碾压遍数	2.09 3000 0.20 16	3.0 2100 0.30 12	2.0 1500 0.80 6	1.5m×1.5m 8~17次／分 0.80 6

B、机械数量计算

机械数量按下式计算

                            (15)

式中：Q大为各期最大施工强度，m3/d；n为采用班制，采用1～2台班／d；P为所选机械的台班生产率，m3/台班。

C、配套机械数量计算

在机械化作业组织中，为充分发挥配套机械中主要机械的作用，必须使配备的次要机  械生产率略大于主要机械的生产率。例如，对于挖掘机自卸汽车挖运方案，就应使正向铲   在任何时间不致发生等待汽车的情况。为此应妥善选择与正向铲配合工作的自卸汽车容量和数量。

1、汽车容量

应复核挖掘机的装车斗数m。汽车容量太大，汽车停时太长；汽车容量太小，则调车频繁、挖土机效率低。m的合理范围为3~5（汽车运距为1km以内时）。

                               (16)

式中：Q为自卸汽车的载重量，t；q为选定挖掘机的斗容量，m3；为料场土料的天然容重，kg/ m3；为土料的松散影响系数，表示挖土前原状土与挖土后松土体积的比值；为挖掘机土斗充盈系数。

2、一台挖土机正常工作时，配合的汽车数n，由下式确定：

                       (17)

式中：t装为装车时间，可由下列两式之一求得：

        (18)

t装=挖土机的循环时间×装满一车的装载次数           (19)

(三)施工道路布置

自卸汽车直接上坝布置，要求爬坡坡度小于25°。

当岸坡较平缓时，有可能采用每隔10~20m高差（随坝面升高）的岸坡道路上坝布置如图8所示。

图8  岸坡上坝道路布置示意图

当岸坡陡峻，无法在岸坡上布置汽车上坝道路时，可采用坝坡上坝道路，如图9所示。

图9  坝坡上坝道路布置示意图

采用铁路运输或其他爬坡能力有限的运输工具运送土料无法直接上坝时，可采用转运上坝。土料卸人转运地弄料斗，经皮带机上坝。其布置图请参考施工教材。

二、导流隧洞开挖

(一)基本资料

1、隧洞：

长、断面型式、尺寸；进出口高程；混凝土衬砌厚度0.5m。

2、施工期：

隧洞在截流前建成。采用每天一或两个循环制，每循环作业时间为8~16h。

3、地形、地质条件：

岩石f=10（级别Ⅸ~X），开挖时不需临时支撑，但需永久混凝土衬砌。在地形上不宜开挖支洞增加工作面。

4、爆破用炸药：硝铵炸药（矿山地下Ⅱ号）。

5、施工设备：

空压机站供风满足要求；凿岩机械、装渣，运输机械见表18。

(二)开挖法选择

采用钻爆法开挖隧洞，由于本工程隧洞地址较好，机械化程度较高，建议采用全断面开挖。

(三)钻孔爆破循环作业项目及机械设备的选择

在隧洞进、出口同时进行开挖，每个工作循环中有关工序的固定作业时间如下：

装药0.5h；爆破、散烟、安全检查处理lh；装渣机械进、出洞各15min；钻车进、出洞各15min；随循环进尺而变的作业有钻孔和出渣，其延续时间均按循环进尺计算。

对全断面开挖，通常采用正向铲或装载机装渣、自卸汽车出渣（堆渣场距洞口约300m），钻孔采用钻车，车上凿岩机数量根据需要自定。

(四)开挖循环作业组织

1、确定开挖断面积S

按照本指示书第一部分导流计划中确定的隧洞过水面积，再考虑衬砌厚度0.5m。

2、炮眼数量的确定与布置

根据以往的工程经验及统计资料得出的单位进尺（m）耗药量，除以每孔装药量，即得炮眼数N：

                           (20)

式中：γ为单位长度炮眼的装药量，按表25采用；α为炮眼的装药系数；η为炮眼利用系数，取0.9；K为单位挖方耗药量。K值与炸药种类、岩石性质、炮眼种类有关，可以根据定额或现场试验测定结果确定，本设计按表26选用。

表25  单位长度装药量表(kg／m)

药卷直径 炸药密度	32mm	34mm	40mm	45mm
1.0—1.3(克／毫升)	0.7～0.9	1.0～1.1	1.3～1.4	1.65～1.75

表26隧洞开挖炸药消耗定额表(平洞：kg／100m3)

岩石级别	S=30-50(m2)	S=50-100(m2)	S>100(m2)
Ⅷ	81.8	75.2	68.l
Ⅸ	92.4	84.6	8l
X	102	94.6	90
Ⅺ	113	105	99

计算时，先确定掏槽眼的布置、数量，并计算相应的装药量，然后计算一般扩大眼的数量(N2)：

                              (21)

式中：，本设计中一般药孔=0.63，掏槽药孔=0.72；N1为掏槽孔的数量；其它参数含义与式(20)相同。

3、循环作业进尺计算

先选择循环作业时间（8-16h），减去循环中固定的作业时间，余下的即为钻孔，出渣时间：这段时间越长，钻孔总深度和出渣量越大，进尺也越大。但过深的钻孔深度往往会降低爆破效果。

循环作业进尺按下式计算：

                              (22)

式中：t循为作业循环时间，本设计采取用12h；∑ti为循环中固定的作业时间之和；φ为出渣与钻孔顺序进行的时间搭接系数(0～1)，φ=0时，出渣与钻孔全部平行进行，φ=1时，出渣与钻孔顺序进行；t钻为单位进尺的钻孔时间，按下式计算：

                               (23)

式中：n为工作面上钻机台数，视工作面的大小而定，一台钻机的合适工作面面积为3~5m2；    V为钻孔速度，按表27选用；η为炮眼利用系数，采用0.9；t出渣为单位进尺的出渣时间，按式24确定：

                          (24)

式中：S为开挖面积； P为装渣机械的生产率（实方／小时）。

表27  风钻钻进速度参考表

f值	8	9	10	11
钻速(m/h)	6	4.5	3.8	3.0

4、确定钻孔，出渣机械数量

钻孔数量根据工作面大小和合适进尺长度确定。出渣机械的数量可以根据露天挖掘机械装碴、自卸汽车运渣定额，并加以适当修正（时间定额修正系数为1.25）来确定。

5、绘制循环作业图表，如下表：

隧洞开挖循环作业图表

6、计算总工期

              (25)

式中：为隧洞全长；L为每循环进尺；为工作面数，本设计=2；为每天循环次数。

7、隧洞开挖主要机械汇总表。

第三部分  施工控制性进度

在研究导流计划，封孔蓄水计划的基础上，拟定枢纽工程的控制性进度，具体对导流工程、大坝、引水发电工程和溢洪道等的分部工程，按月编制进度，提出主要工程（土石方、混凝土工程）的施工强度，保持主要工种的平衡，并在研究施工方法时加以论证。

一、进度计划编制步骤

1、根据导流计划、蓄水计划确定控制点，明确施工顺序，编制大坝控制性进度；

2、提出主体工程施工强度；

3、工程施工方法及强度论证；

4、编制枢纽施工总进度；

5、提出主要工程量，机械设备，材料劳动力需要量计划。

二、进度计划编制原则

1、保证如期发电或提早发电；

2、保证各期中心任务的完成；

3、尽量采用流水作业，以缩短工期减少施工强度；

4、保证主要工程施工的平衡和连接，使人力、机械设备得到充分利用，不形成高峰，不造成窝工；

5、合理安排施工顺序，保证施工安全，如：坝头清理应在基坑工作以前进行；

6、考虑各工程施工时，应注意成套交工运转问题，如：发电系统的引水工程、厂房、机电设备安装、送变电工程等；

7、土石方平衡利用，例如：隧洞开挖石渣用作围堰或坝体。

三、施工顺序安排

1、明确控制点：截流、拦洪、封孔、发电。

2、截流以前应完成的工程

导流隧洞工程：隧洞进出口明挖一般为2~4个月；洞身开挖：日平均成洞进尺2~3m/d，月平均50~70m；隧洞混凝土衬砌，可与开挖平行进行，为避免干扰和安全要求，一般迟于开挖面50~70m；回填灌浆在混凝土衬砌以后，不早于15d、不迟于30d内开始进行，固结灌浆在回填灌浆后一星期进行；导流时，洞身混凝土应具有足够的强度。

3、截流以后拦洪以前（汛前）应完成的工程

围堰工程及排水；

基础开挖及截水墙浇注；

帷幕灌浆：由于灌浆技术原因，所需工期较长，而基坑工期较短，可以考虑下述两种方法：①水下灌浆：但这样做帷幕与混凝土底板连接不好，以后应在混凝土完工后在基坑内用风钻打浅孔灌浆；②在防渗墙与地基连接处设置灌浆廊道，在廊道内进行帷幕灌浆。

4、与封孔蓄水有关的工程

上游移民，工程设备拆迁，库内清理等工作。

引水隧洞工程：进口段渠段开挖，洞身开挖，洞身进口混凝土衬砌及进口设备安装；

帷幕灌浆应保证蓄水；

溢洪道完成，保证蓄水或泄水；

大坝进度必须赶在洪水前面。

5、发电前应完成的工程：

引水系统及厂房工程；开关站、机电设备安装。

四、要求成果

由于没有进行每一项工程施工方法施工组织的研究，编制施工进度对每一项工程（大坝及导流洞开挖除外）只要施工顺序正确，工期长短不作严格要求，可根据实际时间大致分配。

在编制进度以后要求提出下列成果：

(1)大坝砂砾及粘土心墙施工强度图，如图l0；

(2)在进度表上画出整个施工期上游水位与坝体升高对照图，如图11。