兴隆水利枢纽电站厂房土方吹填施工技术引进及应用

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一、概述

兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3km，下距河口273.7km由泄水闸、船闸、电站厂房、鱼道、两岸漫滩地过流段及交通桥组成，正常蓄水位36.2m，水库总库容4.85亿m3，灌溉面积327.6万亩，规划航道等级Ⅲ级，电站装机40MW，安装4台灯泡贯流式机组，单台装机10MW。

设计勘察资料揭示电站范围内EL37.9m至EL3.5~5.0m地质为粉质壤土及粉细沙，厚约24.47~34.4m；EL3.5~5.0m至EL-5.0m为卵石层，厚约8.5~10.0m；EL-5.0至EL-20m为砂卵石，厚约15.0m，以下为砂岩，渗透系数为5.0×10-4cm/s。

二、土方开挖施工方案比较及选择

兴隆电站厂房土方开挖总方量约108万m3，根据施工总进度安排，经土方挖填平衡计算，土方开挖拟分两期进行，一期主要安排在2011年4月份至8月份，以电站厂房基础开挖为主，开挖方量约70万m3；二期在次年2月份~5月份进行，以引（尾）渠及边坡为主，主要以挖做填，开挖方量约38万m3。一期开挖施工是整个项目的主关键项目，安排在4月~8月份进行，正值南方雨季， 其中6月中下旬至7月上中旬又为江汉平原的梅雨季节，在该季节进行土方施工难度大、任务重。为了选择适合的开挖方案，我们对下种方案进行了比较。

（1）机械开挖方案

按照常规的土方工程施工方法，采用反铲挖装或装载机挖装、自卸汽车运输，渣场采用推土机平仓。该方案优点是施工设备易于组织、产量高、工艺成熟、质量有保证。缺点：临时道路修筑和维护量大、成本高，受降雨影响严重，具以往江汉平原类似工程施工经验，每降一天雨，要影响2~3天，工期很难保证。

（2）挖泥船吹填方案

电站厂房基坑面积约92万m2，截流后基坑内积水约400万m3，平均水深3.0~4.0m。具备小型挖泥船作业条件。基坑开挖需将小型挖泥船解体吊入基坑后重新组装直接进行水下开挖；在四周和底部预留5.0m保护层，采用机械开挖。该方案的优点是施工不受降雨影响。缺点是挖泥船必须解体进出基坑，准备工作复杂、时间长、成本高，需不断补水以防止搁浅，用水量大，对地基扰动大，质量很难保证。

（3）冲挖机组吹填方案

冲挖机组吹填施工是利用高压水切割土层，打成泥（沙）浆，再用泥浆泵抽至指定弃土场的新型开挖方法。以前主要在农田水利和疏浚工程中运用。该开挖方法主要适用于粉细沙、中粗砂、砂质粘土及粘土地层。该方案优点是受降雨影响较小，生产均衡连续，对施工道路要求不高、成本较低，工期有保证。缺点是边坡成型质量较差、需水量较大。

针对以上各种方案优缺点，并结合兴隆枢纽的实际情况综合比较分析，明显冲挖机组吹填方案优于其他两种方案。因此兴隆电站厂房一期开挖采用冲挖机组吹填方案，在边坡四周预留保护层，采用机械和人工配合修坡以保证基础不被扰动。

三、土方吹填施工方案简述

兴隆电站厂房基坑开挖尺寸为长122m，宽84m，建基面高程为EL10.2，四周放1:3.0的坡，沿高程每隔5.0m设一级马道，马道宽2.0m。厂房基坑最大开挖深度27.0m，开挖量约70万m3，计划工期3个月，月平均开挖强度23.4万m3。

根据总进度计划及月高峰强度，电站厂房土方开挖布置3条吹填管线，设计总生产能力1.5万m3/d，单条管线生产能力5000m3/d。厂房开挖分3个区同时进行，每条排泥管线负责一个区，每个区控制4000~5000m2的开挖范围。吹挖从上至下分层进行，分层厚度3.0~5.0m，根据以往施工经验最宜泥浆泵抽排的砂浆或泥浆浓度为15%~35%，砂性土为上限，粘性土为下限。兴隆电站厂房主要为砂性土，取30%。按高峰开挖强度计算，每天需水量约为5.0万m3，在电站厂房上、下游各布置一个2000m3的蓄水池向冲挖机组供水。边坡保护层开挖同同步进行。

四、土方吹填施工工艺

4.1土方吹填施工工艺流程

土方吹填施工工艺流程详见图4-1。

4.2冲挖机组吹填施工工艺说明

（1）基本资料收集及分析

基本资料主要分两类。一类是与生产、生活有关的人员、设备及当地法律、法规、交通、供应、治安等施工组织资料；另一类为是与工程直接相关的水文、气象、地形、地质的自然资料。

土壤类别、结构及物理力学指标是决定吹填工程质量与生产效率的关键性因素之一，以此作为设备选型、制定施工方案和编制施工进度计划的依据。表3.2-1归纳了部分土壤的基本吹填特性，仅供参考。

部分土壤基本吹填特性表表4-1

（2）施工准备

a、测量控制网及原始地形复测

施工前先按设计及规程规范要求，对业主提供测量控制网进行加密，建设符合要求的施工控制网，然后进行原始地形进行复测，计算工程量，为施工方案编制、进度安排及计量提供依据。

b、施工道路布置

吹填施工对施工道路要求不高，只要修筑能满足人员及反铲行走的简易道路即可。

c、供水系统建设

吹填开挖主要是利用水作为开挖动力和输送介质，进行土方开挖和运输的。根据电站厂房布置及月开挖强度计算，电站厂房吹填开挖每天需水量约为5.0万m3。为满足施工需要，在基坑上、下游各开挖一个2000m3蓄水池向冲挖机组供水，蓄水池铺设薄膜防渗。在上、下游围堰以外各布置一台1200m3/h的潜水泵抽汉江水向蓄水池补水。为降低成本待降水系统形成之后可利用深井降水向蓄水池补水。

d、供电系统建设

吹填施工主要为各种水泵和施工照明用电，用电负荷较大，布置比较分散。根据吹填管线布置、用电点及负荷分布情况，施工供电分四个点进行供电，电源从农网“T”接。

e、排泥管敷设及接力泵安装

排泥管按材质不同分为钢管、聚氨脂橡胶管、高分子聚录乙烯塑料管和尼龙管。兴隆电站厂房吹填开挖单条管线长约5.5Km，主要为明管敷设，有100m水下潜管敷设。布设前，由测量人员对沿线地形进行测量并标识，方便管线架设施工。排泥管线布置应平坦顺直，避免死弯，出沙口伸出淤区围堰坡脚的距离不小于5m，并应高出排泥面0.5m以上。输送管线以每级接力泵起始按新旧、磨损轻重依次敷设，接头紧固严密，整个排泥管线和接头不得漏砂、漏水，一旦发现泄露，应及时修补或更换。输送管线支架必须牢固，水、陆排泥管连接采用柔性接头。

电站厂房基坑开挖深度大，渣料输送距离长，排泥主管拟分四级进行接力，采用封闭式远端串联接力方式。接力泵选用250EPN-30A泥浆泵，排泥管直径φ350mm。1#接力泵拟安装在开挖场区EL25.00m，输送扬程为10米，压力罐安装在EL22.00m高程位置； 2#接力泵安装在1#接力泵上游560m处； 3#接力泵安装在2#接力泵上游1515m处； 4#接力泵安装在3#接力泵上游1584m处。接力泵布置安装要保证吸入口有一个大气压，最低不小于50Kpa的余压。吹填冲挖机组与接力泵采用柔性连接。在每级接力泵前安装来水监测装置，接力泵后排泥管高于接力泵出口时设置止回阀，防止排泥管泥浆倒流对泥浆泵产生冲击，同时便于检修。

f、渣场规划

兴隆电站吹填渣场为业主指定的右C渣场，导流明渠开挖已使用过，吹填弃土区围堰和主排水系统已形成。本标段只需对弃土区围堰局部加高培厚和排水系统清淤。围堰局部加高培厚按原设计采用粘土分层回填。泄水口采用堰内埋管，退水渠采用反铲进行清淤，纵坡控制，以不淤积为宜。

（3）测量放样

冲挖机组开挖放线：每层开挖前测量队采用全站仪，按照吹填施工方案要求放样，预留保护层，并在特征点、拐点插上醒目的标志。开挖过程中测量队跟班控制分层高度及开挖边线。

边坡保护层开挖测量放线：边坡保护层开挖采用全站仪，按照设计开挖边线放样，预留30cm保护层，进行人工修坡、平整。

（4）冲挖机组开挖施工

每套冲挖机组由一台6PNT泥浆泵一台15KW离心泵和两把高压水枪组成。根据以往经验每套冲挖机组最佳控制范围30m，测量放线后，按照冲挖机组的最佳有效控制范围进行布泵，并铺设软式排泥管与增压罐相连接。泥浆泵布置到位后开始采用高压水枪围绕泥浆泵进行冲挖，进行沉泵；当泵沉至分层高程时停止沉泵，开始向四周冲土、打砂，并根据开挖需要来回移动泥浆泵，当所有冲挖工作面联通后，即完成一层开挖。然后重复以上工作进行下层开挖。为防止泥浆泵堵塞，在沉泵的过程中砂浆浓度不宜过高，当泥浆泵沉到相应高程后，逐步使砂浆调整至正常浓度。每台泥浆泵配置两把高压水枪，两个打砂手，一个主手，一个副手。主手负责泥浆泵吸入口角度、砂浆浓度调整，并负责引导砂浆进入泥浆泵吸入口。副手负责冲土、打砂，将冲挖的泥沙赶至泥浆泵附近，监控边坡稳定。

排泥管线运行及管理，每次开机前先向排泥主管泵送清水进行润泵、润管，查看排泥管路的密封性和系统的运行情况，检查信息传递是否通畅。每次停机前先打清水洗管、清泵。开机时由头至尾逐一开起，停机时由尾至头逐一停机。接力输送由1#接力泵指挥部通过对讲机统一调度，同时安排人员24小时巡视管道，并做好记录，每二十分钟向1#接力泵汇报一次；如遇紧急情况应首先与开挖区指挥部取得联系，开挖区指挥部收到消息采取有效处置措施，避免管道堵塞的情况发生。

（5）边坡修正及保护层开挖

边坡保护层开挖同冲挖机组开挖同步进行，边坡保护层开挖采用推土机卸土、集渣，形成毛坡，然后按标准坡面向两侧扩挖，形成整段毛坡面。采用反铲配合人工分段对坡面进一步整平和修理，完成一段及时采用大棚膜对坡面进行防护。

（6）渣场吹填维护及平整

吹填时分仓、分层吹填，每次吹填层厚不超过1.0m。每仓吹填完成后。间隔一段时间，待初步排水固结后，再进行下一层吹填施工，为加快边坡排水及边坡稳定，沿坡脚挖设排水沟。

场区吹填安排人员二十四小时值守，负责管道的架设及围堰的安全情况，吹填时时刻注意吹填高度及平整度。当吹填高度达到标记好的高程时，及时向1#接力泵报告，1#接力泵收到消息后安排停机。为了保证吹填区的平整，在适宜的部位安装一定数量的软管来调整排泥口的角度来控制。待渣场排水固结后再采用T140推土机对渣场进行整体整平。

五、吹填施工资源配置

（1）、吹填施工设备配置表见表5-1。

注：设备配置按月生产强度25万m3，输送距离5.5km考虑。

（2）吹填施工劳动力配置详见表5-2。

兴隆电站厂房吹填劳动力配置表表5-2

注：冲土打砂人员配置按三班四倒。

六、吹填施工质量安全保证措施

6.1、质量保证措施

（1）、建立健全质量保证体系及各项质量管理制度，认真落实质量管理责任制，严格执行“三检制”和质量奖罚制度。

（2）、认真执行技术培训和技术交底制度，将技术交底落实到作业班组每一个人，使管理人员及施工人员在施工过程中做到心中有数。

（3）、强化质量过程控制，每班配置跟班技术员，实行当班技术员及带班人员负责制。

（4）、加强现场测量管理，测量人员跟班进行开挖区中心线控制、挖宽控制、挖深控制和边坡控制。

6.2、安全保证措施

（1）、建立健全质安全管理体系及各项安全管理制度，认真落实安全生产责任制，严格执行安全生产奖罚制度。

（2）、加强新进场人员三级安全教育，提高广大干部职工安全意识。

（3）、严禁违章指挥、违章操作、违反劳动纪律等三违现象发生。

（4）、特殊工种必须持证上岗，严禁无证人员从事相关作业。

（5）、工程实际技术部门必须编制切实可行的安全技术措施。

（6）、进入施工现场人员必须佩戴必要的安全劳动防护用品。

（7）、项目部安排专职安全员进行现场监控，对现场安全隐患及违章、违规行为进行管理。

（8）、现场施工用电均采用三相五线制接线，各类电器设备均安设安全保护装置，严格按照“一机一闸一保护”配电，严禁私自乱拉乱接。

（9）、高压水枪在使用过程中不能正面对人，在移动水枪时必须先停水后一枪，以免高压水打伤人。

（10）、各种机械配置专人负责维修、保养，并经常对机械运行的关键部位进行检查，保证安全防护装置完好，设备装置附近设标志牌及安全使用规则牌。

（11）、在渣场排水固结过程中安排专人对渣场巡查，并设置醒目的安全警示标志，防止人员、牲畜限于泥潭。

七、吹填施工使用效果

基坑开挖于2010年4月26日开始，8月15日结束，历时三个半月，圆满的完成了一期开挖节点目标。一期开挖总共完成土方开挖约70.2万m3，月平均生产强度为20万m3/月，其中6月生产强度达到了25万m3/月。有效的保证了边坡的成型质量，克服了吹填施工边坡成型差这一难题。经现场统计从吹填施工到结束总共历时112天，其中降雨天气44天，吹填施工除受强降雨、机械设备故障、深井降水等事件影响外，基本是连续施工。

引进吹填施工技术给项目带来的效益。以机械开挖为例，按照招标文件采用机械开挖，运距在5.5km，每方土包括挖、装、卸、平整（含临时道路修筑）的综合单价为12.65元/m3，而吹填开挖每方土的综合单价为10.5元/m3，每方可节约成本2.15元/m3，开挖70.2万m3，总共可节约成本150.9万元。另外根据现场统计吹填施工期间共有44天降雨，如采用机械开挖在雨天无法施工，而采用吹填施工基本不受影响，给工程施工创造44天的工期。

兴隆电站厂房一期开挖通过引进吹填施工工艺即保证了工期，又降低了施工成本，取得良好的经济和社会效益。

八、结语

兴隆电站厂房一期开挖成功应用冲挖机组吹填技术，为项目部带来了工期和经济效益，也为水电施工土方开挖开辟了一条新的道路，在大型土方基坑开挖中应用该技术是可行性的。该方法只要土质合适，水源及电源充足均可使用。