Cana Brava工程的設(shè)計和施工特性

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簡介： 450MW的Cana Brava水電工程位于巴西Goias州Tocantins河上，由于它的第一套機組在36個月之內(nèi)投入運行，從而在設(shè)計和施工方面創(chuàng)下了記錄。本文將就其主要設(shè)計和施工特性及有關(guān)的決議做出闡述。
關(guān)鍵字：Cana Brava工程 設(shè)計 施工 特性

Tocantins河是亞馬遜地區(qū)的主要河流之一，它的流向大致是由南向北，流域面積約767000km2。這條河流從其發(fā)源地巴西尼亞附近的巴西高原至其河口亞馬遜河河口全長約2500ｋｍ，由于它的規(guī)模、地理位置和特性，使其成為巴西主要的水利資源之一。?

　　Tocantins河的水力資源從二十世紀八十年代中期開始就一直處于開發(fā)中，譬如，象Tucurui（8370MW）水力發(fā)電工程等一系列的大型水利工程項目。其它的已建造或正在建設(shè)中的工程項目包括902MW的Lageado工程項目最近也得到批準，450MW的PEIXE工程和240ＭＷ的SAO薩爾瓦多工程項目正處于最初的施工階段。在上游河段，擁有大型可調(diào)節(jié)水庫的1200MW的Serra Da Mesa水電站從1998年就開始動工，450MW的Cana Brava水電工程項目，與其第一套150MW水輪機組于當年五月份開始動工。其它的象Estreito,Maraba和Serra河谷工程，正處于調(diào)研階段，其中任何一個工程的發(fā)電能力都要超過1000MW。?

　　Cana Braba水利工程位于Goias州Tocantins河上，在巴西尼亞以北約300ｋｍ處。該項目由巴西Sｕｅｚ?Ｔｒａｃｔｅｂｅｌ集團的能源部Tｒａｃｔｅｂｅｌ?。牛睿澹颍纾椋幔ㄒ郧笆荊ｅｒａｓｕｌ）擁有和經(jīng)營。該項目的設(shè)計、施工和安裝是由工程設(shè)計和施工組織（EPC集團）來實施，與業(yè)主之間簽定合同，實行總價承包。EPC集團由Intertechne組成，主營工程和設(shè)計。該項目的資金來源包括IDB（泛美開發(fā)銀行）和Bandes（巴西開發(fā)銀行）。該工程的建設(shè)，從最初的選址，到第一臺機組正式運行，歷時３６個月，比原計劃提前了４個月。

１壩址的描述

　　Cana Brava工程所在地Tocantins河下游流域面積57777ｋｍ2，其長期的平均流量是902ｋｍ2/ｓ，PMF設(shè)計的流量水位圖最高是17800ｋｍ2/ｓ。

　　Cana Brava工程的PMF流量研究考慮到了該工程所在地上游Serra Da Mesa水庫具有非常大的流量調(diào)節(jié)能力。Cａｎａ?。拢颍幔觯峁こ痰腜MF水位圖考慮了Serra Da Mesa水庫（高水位時）的洪水過程線以及在Serra Da Mesa與Cana Brava之間無控制流域增加的洪水。Cana Brava河流導(dǎo)流的洪水頻率分析考慮了Serra Da Meesa水電站的運行特性，溢洪道的泄洪能力、兩個水電站一帶增加的洪水頻率。?

　　該地區(qū)的季節(jié)性流量分布很有規(guī)律，汛期是九月份至四月份。為了該項目的設(shè)計和建造進行了每月和季節(jié)性的洪水頻率分析。這些研究的一個重要特征與一種事實有關(guān)，那就是Cana Brava工程開始的時候這個巨大的水庫仍在蓄水，大水泄洪時的巨大能量，及建造過程中的水文風(fēng)險的再評估，這些都將在下文說明。?

　　這個項目的地址并沒有特殊的地形特性。在這條河較直的河段上有比上游和下游更加突出的壩座，按容量和布局來說比其它構(gòu)造的壩軸線更加經(jīng)濟。最初的河流研究考慮到有計劃地進行梯級水力發(fā)電工程的開發(fā)，最終決定電站的大致位置。?

　　當?shù)氐牡乩砀艣r很復(fù)雜。

２工程的描述

　　Cana Brava水力發(fā)電的初步研究作為該流域潛能研究的不同階段和項目的可行性研究從七十年代的早期到八十年代的中期間斷性地進行著。八十年代后期Furnas（聯(lián)邦政府）又進行了更加詳細的研究，得出了該項目的主要特性，譬如大壩的軸線、水庫的最大容量和能量輸出。按照流域的設(shè)計水平，F(xiàn)urnas后來又進行了更廣泛的調(diào)研。1994年進行了項目規(guī)劃的準備，包括RCC大壩、溢洪道、和水電站，與水庫周圍的土壩相接。?

　　CCB通過他的公司成員，審查并修改了當前的基本設(shè)計，擴展了壩址的調(diào)查，并準備了一個替代方案。保持總體發(fā)電量，但減少機組數(shù)量，由4×112.5MW減少為3×150MW，重新布置工程結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)于快速施工的需要。?

　　該工程設(shè)計最終選定一套方案。水庫正常運行最大水位為333，除了每日的蓄水量以外，流量調(diào)節(jié)無泄降?；炷两ㄖ镯敳扛叱虨?35，填土壩高出1m，高程為336。壩軸線最深點基巖高程為254，壩體最大高度為71m。?

　　采用的最終設(shè)計與最初設(shè)計之間主要的不同在于，除了在機組數(shù)量上減少之外，即是電站廠房和溢洪道更加靠近右岸，使主體混凝土結(jié)構(gòu)的開挖工作能夠盡快啟動，電站設(shè)備的安裝盡早開始。在初設(shè)與最終采用方案之間還有另外一個重要的不同，就是在導(dǎo)流隧洞獨立結(jié)構(gòu)的 設(shè)計上，使第二導(dǎo)流階段的開始將不受溢洪道消力池完工與否的影響。最終采用工程設(shè)計的主要特性如下：?

1．三座發(fā)電廠房有3個單獨的進水口，暴露的壓力鋼管和一座裝有3套150MW發(fā)電機組的電廠。?

2．表孔溢洪道靠近發(fā)電廠，構(gòu)成6個弧形閘門，每個15m寬，20m高，在水庫最大洪水位334情況下，設(shè)計泄洪能力為17800m3/s。?

3．靠近溢洪道有5個導(dǎo)流隧洞，河水在第二個施工階段流經(jīng)。其中4個均為5.5m寬，11m高，其余的1個用于下游平衡性泄放，為4m寬，6m高。?

4．一座RCC壩橫跨兩岸混凝土結(jié)構(gòu)的余部，左岸一側(cè)，從導(dǎo)流隧洞到河流左岸的一個位置，右岸一側(cè)從電廠到河流右岸。?

5．兩個土壩，壩座靠近主體軸線336高程。?

6．兩個獨立的土堤，在水庫邊岸的較低點，一個在主體結(jié)構(gòu)的右側(cè)，具有較小的體積，另外一個距水庫4km，具有相對較大的體積。??

3施工期間河水導(dǎo)流和控制

　　在Cana Brava工程中的最終設(shè)計理念的采用，是建立在設(shè)計者、施工單位與供需方之間緊密合作基礎(chǔ)之上。這一綜合性方案當然具有主體上的優(yōu)勢，并在該工程中運用得非常成功。其間，河流導(dǎo)流和控制是成功的關(guān)鍵。?

　　導(dǎo)流渠道設(shè)計為兩個階段。第1階段，自然河渠可以單獨考慮，在右岸的一個足以進行壩基施工活動的區(qū)域內(nèi)，進行RCC壩的右側(cè)部分、發(fā)電廠、溢洪道、引水結(jié)構(gòu)以及引水渠和引水隧洞到發(fā)電廠的開挖。

　　由粘土心墻堆石壩構(gòu)成的縱向圍堰在初期干旱季節(jié)（1999年7月－9月期間）建造，圍堰頂部高程295，具有100年一遇洪水流量的防護能力。?

　　第2階段導(dǎo)流，由一土石壩截流，河水通過導(dǎo)流隧洞，之后建造截流戧堤，直到構(gòu)成上游圍堰。下游圍堰的建造也要在河流左岸的一個區(qū)域內(nèi)建造RCC壩和填土壩。?

　　最初對第二階段導(dǎo)流的設(shè)計假設(shè)渠道的截流是在干旱季節(jié)進行，RCC大壩要在雨水季節(jié)到來之前達到上游圍堰頂部高程。如果洪水大于上游圍堰的防預(yù)水平，在圍堰與RCC大壩壩體之間要小心注水，圍堰與RCC壩體應(yīng)該超出注水高度而不發(fā)生危險，洪水過后，超出的面積應(yīng)該被清除并恢復(fù)施工。這個程序已經(jīng)被成功地應(yīng)用于巴西的其它工程。第二階段上游圍堰設(shè)計的干旱季節(jié)洪水水位為1∶500年。?

4 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計特性?

　　主體結(jié)構(gòu)的典型斷面示于圖1。

　　上述的RCC壩，包括3個部分。右岸部分為75m長，溢洪道與發(fā)電廠之間的一段為15m，河流左岸為217m長。最后達到最大高度為71m。?

　　典型橫斷面與垂直上游面重力型混凝土壩相符合，在較高的壩段或不利的壩基幾何形態(tài)區(qū)域，是稍有傾斜的上游段。在較高部位，下游面坡度為1V∶0.67H到1ｖ∶0.7H，在較低部位為1V∶0.89H到1V∶1.0H。RCC的建筑是分層鋪設(shè)，最終壓實厚度為30cm。混凝土壓實強度技術(shù)要求在90天齡期為8Mpa。水泥含量約為100kg/m3。

　　大壩上游面建筑物為振動壓實混凝土層，寬度約為75cm，與下游RCC層同時輔設(shè)，用常規(guī)方法，如已知的“圣誕樹”布局?；炷敛患愉摻?。?

　　每隔15m設(shè)垂直橫向收縮縫。在收縮縫處，上游常規(guī)混凝層加厚至使其適應(yīng)兩層PVC止水層和中間的1個垂直排水孔。一個排水廊道縱穿壩體，包括入水口，溢洪道和沖沙結(jié)構(gòu)?；鶐r灌漿和排水帷幕借助該廊道設(shè)置。?

　　溢洪道為常規(guī)設(shè)計。反弧形溢流結(jié)構(gòu)用常規(guī)混凝土建筑。消能在水躍消力池中完成。池長為65.5m；用水力模型試驗并設(shè)計以符合水流高達1－100年洪水的水躍，或者說9430m3/s。

5施工特性

　　Cana Brava工程的施工是在一個嚴格的控制程序下進行，連續(xù)性調(diào)整使之適應(yīng)于各種因素和事件的反應(yīng)。其中一個因素是政府部門實行電力供應(yīng)的定量配給，作為巴西政府２００１年中實行的一個節(jié)水計劃。這樣來克服在巴西南部由于非常干旱的年份造成的不利條件。另外一個因素是Serra da Mesa水庫緩慢的蓄水，也帶來了對供電具有負面影響的干旱，對施工過程具有非常不利的影響。?

　　施工計劃，包括巖石加工廠，混凝土拌合設(shè)備、加筋車間、臨時食堂和工程指揮部，設(shè)立在右岸，在那里進行第1階段工程的施工。由于進入現(xiàn)場的主通道是從左岸進入，一座約520m的橋梁建筑在工程下游的軸線上。主要施工量如下列：?

　　常規(guī)開挖量（m3） 1,310,000

　　巖石開挖（m3） 912,000

　　壓實土方（m3） 3，340，000?

　　振動常規(guī)混凝土（m3） 300,600?

　　碾壓混凝土（m3） 440,400?

　　最高產(chǎn)量如下列：?

　　壓實土方 400，000m3/月?

　　振搗常規(guī)混凝土 22，000m3/月?

　　碾壓混凝土 53，000m3/月?

　　施工步驟分為3個重要階段。?

　　第1個階段是決定采用滑動模板，連續(xù)性澆筑混凝土結(jié)構(gòu)。60％以上的常規(guī)混凝土面，包括那些非平面幾何形狀，都采用滑動模板施工。

　　第二個關(guān)鍵性步驟是使用連續(xù)性泵送混凝土，代替間歇性的料罐澆筑。這使得在施工中減少了起重機的使用，其主要用于為預(yù)裝鋼筋部件的定位，以及埋置或暴露的永久性設(shè)備的定位。?

　　第三步是施工的靈活性和最終總體施工時間的縮短，這使得第二階段的導(dǎo)流可以在溢洪道完成之前開始。

6 結(jié)論?

　　Cana Brava水力發(fā)電工程在記錄時間內(nèi)成功的建造這一事實，對于將來發(fā)揮工程的優(yōu)勢是值得考慮和借鑒的。?

　　根據(jù)承包人的觀點，在工程設(shè)計與施工期限之間的緊密聯(lián)系可以更好地、連續(xù)性地進行施工中的風(fēng)險管理，包括對那些由水文事件引發(fā)的風(fēng)險在內(nèi)。在Cana Brava工程中，將這些變成了效益資源，而不再是問題。?

　　經(jīng)改進的施工方法的應(yīng)用，可以使帶來的效益彌補預(yù)估的較高的成本。