大坝加高工程施工与枢纽运行管理关系的探讨

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 摘   要：丹江口水利枢纽大坝加高是南水北调中线的水源工程，施工期间枢纽还承担着防洪、发电等功能，大坝的运行管理与加高工程施工相互影响。本文通过对其二者相互影响因素的分析，提出一些相应的对策和建议。
    关键词：南水北调 丹江口水利枢纽 大坝加高 运行管理

    1、概述
    丹江口水利枢纽位于湖北省丹江口市汉江干流上，枢纽具有防洪、供水、发电、航运等综合效益，是开发治理汉江的关键工程，同时也是南水北调中线的水源工程，根据工程规划和工程施工的实际情况，丹江口水利枢纽分二期开发建设。
    初期工程正常蓄水位157 m，相应库容为174.5亿m3。万年一遇洪水位161.45 m，相应库容为209.7亿m3。坝顶高程162 m，由左右岸土石坝、左右岸混凝土非溢流坝、深孔坝段、表孔坝段、电站厂房及升船机等组成。挡水坝全长2 468 m。混凝土坝为宽缝重力坝，全长1 141 m，最大坝高97 m；右岸土石坝长130 m，最大坝高32 m；左岸土石坝长1 197 m，最大坝高56 m，均为粘土质心墙坝。初期工程于1958年9月正式开工兴建，1967年大坝开始拦洪，11月下闸蓄水，1968年10月第一台机组发电，河床混凝土坝水下部分已按后期最终规模兴建，1973年初期工程全部建成。
    二期工程涉及到土坝加高和混凝土坝加高，根据工程规划，坝顶加高14.6 m至高程176.6 m，挡水建筑物总长3 442 m。混凝土大坝采用在坝顶及下游坝坡现浇混凝土方式加高培厚，以满足大坝挡水时稳定和应力要求，长仍为1 141 m，混凝土坝泄洪表孔堰顶抬高至高程152 m，混凝土坝最大坝高117 m。右岸土石坝改线重建，长877 m，最大坝高60 m，左岸土石坝加高培厚，左坝肩向左延长200 m，长1 424 m,最大坝高71.6 m。电站厂房装机及布置无变化；通航建筑物由初期的150 t升船机扩建为300 t升船机，其总体布置不变。
    2、运行管理与大坝加高施工的矛盾
    2.1施工与运行并行，场内交通相互干扰
    由于大坝加高施工是在原有的坝体基础上进行，受到原有坝体结构、河床地理位置的限制，施工场地狭窄，交通十分拥挤，大坝加高施工时的原材料、机械设备等运输及施工人员的上下班大部分均需经过原上坝公路，施工占用原坝顶场地，对大坝运行管理的物资设备运输、启闭机等机电设备行走、枢纽日常巡视检查及正常的水工建筑物修护修理等工作的交通造成不利影响，导致运行管理与加高工程施工的交通运输相互阻塞、拥挤。
    2.2大坝养护修理与二期工程施工之间的矛盾
    大坝的养护修理是保证大坝维持大坝安全性态的重要工作，大坝加高施工对正常的养护修理工作的开展不利，可能造成养护修理工作拖延或无法进行。反过来养护修理工作对二期工程施工也将造成一定的影响，可能造成有些单项工程工期延长或施工质量不能保证。
    2.3大坝正常监测及观测设施增设改造与二期工程施工的矛盾
    丹江口大坝水平位移监测设施共有垂线25条（其中倒垂线12条），引张线3条，精密导线2条，测点29个；垂直位移监测测点363个。加高工程施工时混凝土坝内的监测设施绝大部分继续保持原有的工作方式，但后期坝体结构的变化会影响到坝内的部分监测设施，与坝顶面相接触的部位的测点也将受到影响，部分监测项目停测，同时正常的监测工作及监测设施改造工作以及施工时对监测设施的保护、接高等工作对加高施工也造成一定的不利影响。
    2.4大坝度汛与施工之间的矛盾
    丹江口大坝加高施工期间枢纽仍然承担着汉江中下游防洪任务，必须确保大坝安全度汛及汉江中下游防洪安全。施工度汛标准采用千年一遇洪水，与初期工程设计洪水标准相同。丹江口水利枢纽泄洪坝段主要是在坝前水位超过规定的汛限水位或正常蓄水位时开闸放水，加高工程施工期第1～3年枯水期主要进行大坝贴坡施工，根据施工期坝体结构受力要求，库水位应不高于152 m，后两年汛限水位145 m，泄洪启闭设备使用次数频繁，增加了泄洪设施的工作量。
    枢纽正常度汛对丹江口大坝加高施工将产生较大影响，主要是泄洪建筑物施工与枢纽度汛相互影响。根据初步设计方案，堰孔在施工的第1～5年内枯水期10月至次年4月均有施工。而据历史记载及统计资料，汉江流域10月以后发生洪水的几率比较大，根据调度规程，枢纽若遭遇百年一遇及以上洪水，所有堰孔必须全部参与泄洪，若此期间堰孔处于施工状态，将导致一方面堰孔无法正常参与泄洪，枢纽泄洪能力大大减小，对枢纽安全产生威胁。另一方面尚未完成的堰孔施工也将被迫中止，形成原设计未有的结构缝，堰顶溢流面受到高速水流冲刷，施工质量难以保证。另8～13深孔坝段下游贴坡施工时若遭遇深孔泄洪，可能造成施工无法继续，形成施工冷缝，降低大坝贴坡浇筑质量。
    2.5水库调度时发电与施工限制水位之间的矛盾
    原则上贴坡混凝土浇筑时，水库水位越低越好，但考虑到现有的初期运行功能要求，贴坡混凝土浇筑时水库库水位限制在152 m以下，以获得较好的大坝初始位移值。施工期前三年汛后限制水位为152 m的情况下，年均减少发电量1.98亿kw·h；后两年汛限水位145 m，年均减少发电量1.65亿kw·h。
    汉江流域洪水呈山区洪水特点，暴雨强度大，上中游往往处于同一暴雨区，扇形水系沿干流累加汇入洪水，年际及年内径流量极不均衡，洪水洪峰、洪量均可能在较短时间发生，加上施工期间因泄洪建筑物施工而降低了下泄能力，水位有可能超过施工限定的水位，坝体应力等施工条件达不到施工技术要求，可能造成施工质量事故的发生。采取增大预泄库容的方法虽然能够提高施工的安全性，但过多地预泄库容也将大大降低水库效益的发挥。
    由于汛期坝前控制水位的改变，丹江口水利枢纽调度规程也要作相应的调整。一方面为保证枢纽效益的有效发挥，希望尽量抬高水位，另一方面为保证施工质量，要求库水位尽量降低。二者将产生一定的矛盾。
    3、对策及建议
    3.1做好前期准备工作
    为尽量减少二期工程施工对枢纽管理的影响，应在主体工程开工前做好相关的前期准备工作，主要包括主体大坝加高施工之前必须完成的前期工程及移民征地、施工规划、组织协调等工作。前期准备工作充分是否得当，对于减少施工量，减小施工干扰和矛盾，提高施工质量，提高施工管理水平等具有十分重要意义。
    汉江集团自1995年以来为大坝加高做了大量的前期准备工作，已完成了左岸土石坝尖山坝段恢复原坝轴线施工、王大沟反滤补设加高加固部分工程、堵水门槽接高、深孔胸墙修补等大坝加高的前期工程。笔者认为对四通一平工程、深孔启闭机的更换等能提前于主体工程施工的更新改造项目宜尽早实施。
    目前仍有大量的前期工作需立即进行，主要包括砂石生产系统、混凝土拌和系统等施工辅助设施的改造以及施工供水、供电、供风及通讯、场地平整等工作。除此之外，应提前做好移民及征地的工作，减少施工纠纷。还要根据实际情况对施工进度、施工顺序及分区、资源配置等施工规划进行研究，保证施工有序、强度均衡，资源配置优化。
    3.2采取多种措施，改善交通条件
    鉴于施工场内的拥挤，笔者认为应采取多种措施综合加以解决，主要有：1）制定坝区出入制度，杜绝无关车辆、人员进出坝区。2）目前上坝道路窄小，转弯多，无红绿灯指示，施工期车辆多，容易造成堵塞甚至交通事故的发生，建议对现有道路进行改造、扩宽，并增设红绿灯及其他交通标志，施工期增派道路巡视检查人员及道路维护人员；3）加强施工调度指挥，尽量控制车流量，减小施工运输高峰，保证施工运输强度均衡；4）项目法人应建立有效的运输管理机制，制定相应的运输管理制度，并通过合同形式与各施工单位签订责任状。5）积极采取多种措施，开展多方位运输道路，如采用建施工桥、利用浮船等方式，从坝体左右岸、上下游等方向分流交通流量。
    3.3健全运行管理施工机制，建立相应的规章制度，规范化管理
    3.3.1 修订、制定相关的规章制度 应尽快出台有关施工及运行管理的规章制度，规章制度的内容应主要包括：①设置工作区域界限，将运行维护管理工作与施工工作隔离开来；②配置专职协调、检查员，加强现场的管理，并做好协调工作；③建立信息畅通渠道，运行维护尽量与施工高峰避开；④建立大坝施工管理办法，实行规范化管理；⑤积极鼓励优化施工和调度方案，提高施工科技含量；⑥施工方与运行管理方应做到文明施工、文明运行，建立良好关系，促进建设顺利进行。
    3.3.2建立协调机制，实现信息资源共享 加高工程的建设不同于一般的工程建设，受枢纽的运行管理和施工场地的限制，施工干扰大，并且涉及的单位、人员较多。因此有必要由项目法人牵头，各有关单位参加组成协调领导小组，并形成相应的管理机制。协调小组的主要职责是及时处理施工与运行管理的矛盾，及时向有关各方通报施工信息及运行管理信息，并做好协调工作，及时、灵活调整施工与运行管理的进度安排，减少相互干扰，做到施工工作与运行管理工作尽量错开。
    3.3.3将信息技术应用于运行管理 信息技术已广泛应用于水利各个专业，为提高运行管理水平和施工质量，应积极广泛采用网络技术、数字技术。如利用RS、GIS、GPS等先进技术，减少施工与运行管理干扰，提高大坝监测施工测量的精确度和工作效率；建立健全水文数据库和水情信息的计算机网络系统，为二期工程施工及枢纽度汛提供更为精确、及时的实时数据；建立计算机局域网，使大坝加高施工、枢纽运行管理信息采集、传输、处理更加快速、准确，并实现信息共享，进一步提高施工与运行的统一调度、有关施工问题的及时处理的建设管理水平。
    3.4提高预报精度，优化水库调度方案
    气象、水情预报是指导施工、防汛的主要依据，也是保证施工质量的重要基础工作。气象、水情预报精度受人员素质、设备、预报技术等影响。因此，应加大技术人员培训力度，提高整体素质，对现有的设备进行更新换代，积极引进新的技术，向自动化方向发展，并与国家、水利部及其他专业部门加强合作，建立协作区，开展科学研究，实现信息共享，使气象、水情预报提高到一个新的水平。
    通过计算、研究，对现有的丹江口水利枢纽初期工程调度方案进行修改，并在在实践中不断地进行完善，使调度规程能真正满足水库的安全、高效益的运用。根据洪水情况和施工要求，及时动态控制水位，科学合理调度，做好水库的调洪演算，根据实际泄洪能力，预泄库水，腾空库容，既保证在洪水期间洪水能及时下泄，水位控制在152 m以下，满足施工要求，又不致过大地损失发电效益。
    3.5妥善处理监测工作与监测设施改造施工的关系
    应采取相应的处理措施妥善处理好二者之间的关系，提高大坝的安全监控性态，实时反映大坝工作性态，并指导施工以及提高主体工程、监测设施施工质量。笔者认为应采取以下措施：1）针对部分监测项目减少，为准确反映大坝工作性态及施工引起的变化，对坝基垂直位移等监测项目的观测频度适当加密；2）有些监测电缆、导管、测压管等监测设施需随坝体加高而向上延伸，施工时应主要加以保留和维护，避免遗漏或损坏；3）加强对监测人员的培训工作，提高业务水平，准确、及时进行监测。4）针对部分监测项目停测，应加强巡视检查力量，确保大坝在正常安全状态下运行、施工；5）通过合同、制度等形式，规范施工行为，避免为抢施工进度等原因造成施工对观测设施的破坏。
    3.6积极引进新技术、新工艺、新材料，新设备，大力开展施工科研
    为提高施工效率，减少施工对运行管理的干扰，应积极研究当今水利工程建设的新技术、新工艺、新材料、新设备，针对工程施工的实际情况，择优应用。如河床坝段混凝土加高施工中，可选用水利部北京江河电机装备工程公司组织开发，由水利部杭州机械设计研究所负责设计的MQ1800圆筒型高架门座起重机。该起重机具有工作幅度最大达70 m，起重量最大达20 t等优点，结构简洁、自重较轻、经济性能比较好，能满足丹江口大坝加高混凝土施工的需要。
    在施工中还应根据实际情况，大力开展施工科研，改进施工方法，优化施工设计，提高施工技术水平，缩短施工工期，减少对枢纽运行管理的影响。
    3.7建立健全现代水利建设体制
    通过现代水利建设体制的建立，能有效保证较高的工程建设管理水平和施工技术水平和工程建设效率，也就减少了施工对运行管理的不利影响。
    丹江口大坝加高工程应按照现代化水利建设体制的要求，积极推行工程建设“四制”，即项目法人负责制、招标承包制、工程建设监理制和合同管理制等四大管理机制。工程建设项目法人受国家委托，履行自身职责，全面负责丹江口大坝工程的建设，根据《中华人民共和国招标投标法》、《工程建设项目施工招标投标办法》等国家法律法规，按照“公开、公平、公正”的原则，遵循市场经济的规律，引入竞争机制，召集富有水利工程施工经验的专家组建招标委员会或委托水利专业的招标代理机构通过招标方式选择企业资质等级高、信誉良好、施工经验丰富、技术水平高、施工组织设计合理、质量管理体系健全的国内的建筑承包商、施工监理、国内外的设备制造商及材料供应商参与丹江口大坝工程的建设。
    4、结语
    丹江口大坝二期工程是目前国内迄今为止规模最大的水利工程加高施工，且施工期间还必须保证枢纽正常运行管理的需要，施工难度较大。但由于注重施工技术的多，而考虑运行管理与施工的矛盾少，一些问题未得到足够的重视，不仅会影响枢纽的运行管理及效益的发挥，同时也可能对二期工程的施工带来负面影响。为保证工程建设的顺利以及大坝的安全运行，笔者认为应尽快对枢纽的运行管理和工程施工的相互关系进行深入研究，制定出切实可行的有效措施，并在工程建设中引进新的管理理念，引进新技术，提高施工管理水平，做到运行管理与大坝加高施工双兼顾，在保证施工质量、进度的同时确保枢纽的正常运行管理。