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1、水利水电工程施工进展,武汉大学水电学院卢文波,课程的特点：（1）施工对象包括基础、坝、地下洞室等，涉及土、岩石、混凝土等不同材料。（2）课程内容跨度大、涉及学科多： 包括水流控制、岩体开挖、地基处理、土石坝填筑、混凝土浇筑、地下工程施工等。 涉及流体力学与固体力学（材料力学、岩石力学、土力学、断裂力学）等、水工结构应力分析与计算理论、材料学和工程机械等多学科知识。 （3）实践性强,课程学习目标：全面了解国内外大型水电工程施工技术发展现状及方向；认识、分析水利施工过程的力学问题；探讨水工材料、结构、施工机械、信息等领域的最新研究成果在促进施工技术进步方面的可能性与可行性；施工机械化及快速施工。,
2、1 、发展及现状,现代水利水电工程施工技术主要是20世纪发展起来的20世纪30年代已能修建高220m的混凝土坝（美国胡佛坝）二战后由于大型施工机械的进步，土力学的发展以及地下工程施工技术的发展，使土石坝碾压后可达较高的强度，能满足高土石坝的需要并使其比混凝土坝有较强的竞争力，所以高土石坝有了很大的发展，最高的已达300多m。,20世纪80年代大型振动碾的发展又促进了碾压混凝土坝和钢筋混凝土面板堆石坝的发展。使世界水利水电建设获得空前的发展，许多国家水力资源已开发大半，美、德、法、意、瑞士、瑞典、墨西哥等国达70以上，有些国家水电比重占电力一半以上，如巴西、瑞士、挪威、加拿大、奥地利等国。,新中
3、国成立50多年来已建成高15m以上的大坝万座，占世界的一半，已建成大中型工程1100多座在建设中学习外国现代施工技术，消化吸收，改进提高，积累了较多的经验，也自行开发了一些先进的施工技术，水平不断提高。,特别是改革开放以来，施工技术提高更快，与世界先进水平的差距逐步缩小到90年代，三峡、二滩、小浪底等为代表的一批工程，施工技术总体上已接近世界水平，有一些赶上或超过世界水平，一般大型施工机械可在国内生产系列在建特大型水电工程,碾压混凝土坝已建在建数量超过日本居世界第一，在建最高的是216m（龙滩） 钢筋混凝土面板堆石坝已建最高的是233m（水布垭）,2、我国水利水电施工技术的现状及进展,建国后，
4、通过各种类型高坝和大型水电站的建设，促进了水电工程施工科学与技术的发展，主要表现在以下各个方面：,（1）施工导流工程经过多年尤其是近20年来的工程实践，在大江大河立堵或平立堵截流各种大流量挡水与导流建筑物包括围堰、明渠、隧洞、底孔等的修建、拆除与封堵，各种坝体拦洪或过水渡汛，施工期通航过木以及围堰挡水提前发电受益发展了各种类型的挡水或过水围堰及其相应的地基处理技术。,如今我国已有能力驾驭各大江大河，大流量明渠或隧洞导流已非难题二滩、小浪底等工程巨大过流断面导流隧洞的修建、运行和利用，当今世界上最大规模的长江三峡导流明渠工程的顺利通航，深水大流量截流，高挡水标准、巨大填筑量、高混凝土防渗墙，低渗
5、漏量的二期上下游深水围堰工程的按期建成，就是最有说服力的例证，它们是工程科学技术进步的综合体现。 正在施工的龙滩、小湾、溪洛渡、向家坝和锦屏等工程的建设将继续推动我国的施工导流科学的进步。,导、截流领域的主要问题,深水河流截流过程动水作用下的堤头稳定性问题西南峡谷地区导、截流问题：滚石抬高水位引起的截流难度问题；围堰、岩坎拆除后的分流围堰、岩坎爆破拆除,（2）土石方开挖工程 据50年代后期到90年代我国先后建成和在建的51座大型水电站，年开挖强度超过1000万m3的工程有葛洲坝和小浪底工程。三峡工程土石方开挖总量达1.21亿m3，年最大开挖强度高达4400万m3，可见工程规模之大。,很多大型工
6、程例如三峡、小湾、锦屏等在建设过程中还面临着各种不同的复杂的高边坡治理问题。 此外，还有各种不同地质条件下的大型地下厂房、长大隧洞和高压输水道的开挖与衬砌支护问题。,采用新技术在爆破技术方面，广泛采用预裂爆破、光面爆破、孔内孔间微差顺序爆破 岩体支护方面，针对不同的要求采用锚洞、锚杆、锚桩、预应力锚索及喷混凝土提高了工程质量，保证了施工期和运行期的工程安全,1号尾水洞浇筑现场,尾水衬砌,开挖成型的岩锚梁局部,向家坝水电站,中国三峡总公司在建、待建的4个巨型电站,乌东德,白鹤滩,溪洛渡,向家坝,溪洛渡水电站拱肩槽开挖关键技术,溪洛渡水电站大坝为我国目前在建的装机容量最大的高拱坝，拱坝所承受的水推
7、力巨大溪洛渡拱肩槽开挖边坡高度大、工程规模大、 地质条件复杂、开挖轮廓面呈扇形扩散的扭面结构，对开挖成型不利,三峡总公司围绕提高拱肩槽开挖质量及快速施工关键技术进行了系统研究与实践，形成了溪洛渡拱肩槽规模化精细开挖技术，在设计、管理、科研、施工、环保等方面实现了一系列创新。,（2）针对玄武岩“硬”、“脆”、“碎”结构特点，提出了拱肩槽边坡开挖振动安全控制标准；提出了以岩体声波、平整度和超欠挖等开挖质量检测指标；建立了以爆破振动、多点位移、渗压、锚杆应力、锚索测力等监测指标为主要内容的监测系统，在此基础上形成了拱肩槽开挖质量控制体系。,（1） 对溪洛渡水电站玄武岩的岩性、岩体结构、风化卸荷特征和
8、岩体质量作了全面系统和定量的分析，基于拱肩槽边坡的稳定性分析和评价，提出了拱肩槽边坡规模化精细开挖的技术要求,通过现场爆破试验研究提出了定量化的精细爆破设计方法及参数，并在整个施工过程中利用监测及检测成果进行动态修整。,通过对施工机具进行改造，形成了拱肩槽开挖实现精细爆破施工的专项设备，实现了精确单孔定位、控制钻孔速度、保证钻孔精度。,通过进行水电工程边坡开挖对环境影响研究，提出了采用高压水喷雾降尘，有效降低钻孔、爆破、喷混凝土以及运输过程对环境及施工作业人员有害影响，首创了水电工程大规模开挖施工中的水雾降尘技术。,拱肩槽开挖对建基面岩石的损伤及边坡变形进行了有效控制，形成的建基面光滑平整，开
9、挖后的拱肩槽岩体力学指标完全满足设计要求。 在溪洛渡水电站进水口边坡、泄洪洞边坡等的开挖中采用了同样的方法，取得了同样的显著的效果。,顶拱采用先中导洞，跟进两侧扩挖与支护;中层采用两侧预裂、中间垂直深孔梯段爆破;下层采用水平光面爆破,边顶拱混凝土衬砌采用钢模台车。,导流洞开挖,导流洞群开挖工艺,向家坝地下厂房开挖,右岸地下厂房规模大，主厂房最大开挖跨度33.4m，主变洞最大开挖跨度26.3m。处于软硬相间的缓倾角砂岩和泥岩中，岩壁梁部位、类围岩的分布占岩壁梁部位总开挖长度的一半，工程地质条件极为复杂。,主要开挖施工特点：(1) 地下主厂房开挖跨度、高度均为目前世界第一；(2) 能布置的开挖通道
10、少，开挖总工期仅为30个月，工期十分紧张；(3)吊车梁开挖岩台水平宽度仅1m，施工质量要求高；(4)厂房与主变洞之间的岩柱厚38.6 m，爆破振动控制严格；,白鹤滩水电站右岸坝肩（含缆机平台）开挖边坡最大高度超过500m，开挖量达560万m3；坝肩坝基的柱状节理岩体表现出显著的各向异性特征，已是该水电工程的关键技术问题之一。,尚待解决的主要问题,峡谷地区高强度、大规模岩体开挖问题开挖施工组织及道路布置、开挖程序、爆破规模高地应力地区深埋洞室群开挖程序与方法精细爆破施工技术电子起爆技术及带来的爆破振动控制标准问题,（3）地基处理工程 具有我国特色的高压水泥灌浆技术用于喀斯特和非喀斯特地层的帷幕灌
11、浆和固结灌浆，为高坝大库防渗、高压输水道围岩的结构稳定和渗流稳定提供了保证。各种灌浆材料：包括超细水泥、胶状浆体和各种化学灌浆材料也相继得到应用和发展，并取得满意的效果。,50年代末到70年代，相继在深厚覆盖层中建造混凝土防渗墙取得成功，促进了砂砾石地基土石坝或混凝土闸坝的发展 80年代至90年代革新了造墙机具和墙体材料，提高了施工效率和墙体质量，最大造墙深度达到80m（小浪底工程），并完成了深达101m的造墙试验（冶勒工程），使我国的造墙技术达到一个新的更高的水平；,80年代以后，高压喷射灌浆成墙技术也广泛地用于围堰和坝基覆盖层的防渗沉井、抗滑桩和振冲加固技术也用于一些有特殊要求的地基处理,
12、主要问题,深覆盖层基础防渗体施工中的新材料、新方法、新技术机械化与信息化施工技术施工质量的检测与控制,（4）土石坝工程 50年代70年代施工机械化程度较低，以人力为主 修建了一批均质土坝、黏土心墙或斜墙砂砾石坝，并将定向爆破筑坝技术成功地用于一批中小型工程。 70年代以后引进并开发了各种大型土石方施工机械使以碾压堆石为主的混凝土面板和土心墙堆石坝在我国得到迅速发展90年代后期建成的天生桥一级混凝土面板堆石坝（高178m）和建于深覆盖层上的小浪底黏土斜心墙堆石坝（高154m）是其代表,提高混凝土面板抗裂、防渗和耐久性改进周边缝止水结构和材料以及面板滑模施工技术沥青混凝土地经常用于土石坝的防渗取得
13、了新的经验,糯扎渡水电大坝剖面,最大坝高为261.5m，上游坝坡坡度为1:1.9，下游坝坡坡度为1:1.8坝体填筑总量3231104m3，其中心墙防渗土料464104m3,水布垭高面板堆石坝施工关键技术,主次堆石区的分界线应从坝轴线处向下游倾斜，以减小次堆石区变形对上游防渗体的影响大坝顶部范围坝体应 有足够的断面与刚度， 以保证蓄水加载后坝 体上游坡面形态不出 现明显的拐点（避免 面板断裂）,3.1 超高面板坝坝体分区与坝料设计,充分分析地形地质条件，细致地做好对面板、接缝处应力与变形敏感部位的基础处理，以减小这些部位的不均匀变形合理安排填筑强度，控制坝体填筑高差，基本做到均衡填筑，临时断面填
14、筑高差控制在45以内，且要求临时坡度较缓（避免“躺椅型”后拽）,3.3 超高面板坝变形控制技术,分期面板浇筑前采用“坝体变形时空预沉降控制”设置坝体填筑与对应部位面板浇筑超高值 要求面板混凝土浇筑前，浇筑部位的坝体填筑超高由规范规定的不小于5m提高至1020m设置预沉降期 面板混凝土浇筑前，浇筑部位的坝体填体具有36个月的预沉降期，以降低附加沉降对面板的影响 避免面板脱空的重要手段,对高面板坝河床砂砾石覆盖层，经强夯技术处理后予以保留进行微地形改造,河床基础强夯,面板混凝土掺优质粉煤灰、高效减水剂和引气剂、聚丙烯腈纤维，使其满足低弹、高抗裂、高极限拉伸、良好的施工性能的要求，且具有足够的抗溶蚀
15、性能面板表面涂刷水泥基结晶型防水材料，加强面板的抗渗性能，并使面板细微裂缝具有一定的自愈能力,3.4 高性能面板混凝土,适应大变形的止水结构,首次在面板上设置永久水平缝，提高面板适应变形能力,永久水平缝,采用“标准板+防渗板”新型趾板结构型式,防渗板,3.5 适应大变形的止水结构,边墙与垫层料回填布置,引入、改进挤压边墙施工技术,挤压边墙施工,主要问题,机械化与信息化施工技术施工程序与进度优化高效、简单的施工工艺防渗结构施工质量的检测与控制,（5）混凝土工程现代水利水电工程建设都离不开混凝土在我国已建成的1.2万kW以上的水电站中，混凝土坝约占70%在大型水电站中混凝土坝占84%,此后人工砂石
16、料相继为其他大型工程所采用。除仍以石灰岩为首选料源外，正长岩、玄武岩、花岗岩以至流纹岩、石英岩等强磨蚀性岩石都被成功地加工成人工砂石骨料。 二滩水电站建成了以正长岩为料源的先进人工砂石料系统，产品性能和质量优越；长江三峡工程以花岗岩为料源，并大量利用开挖料，建成了当今世界规模最大的人工砂石料系统。,用于大体积水工混凝土的水泥常以中热硅酸盐为主，除控制水泥的水化热和含碱量外，近年来更提倡使用具有微膨胀性的水泥。 50年代三门峡工程即开始掺用粉煤灰，但直至80年代，粉煤灰才在水电工程中被广泛使用。一批混凝土高坝和碾压混凝土坝的兴建，又促进了商品粉煤灰的发展并提倡使用优质粉煤灰。一些工程还成功地使用
17、凝灰岩和磷矿渣作掺合料。 外加剂的使用在水电工程中已有较长的历史，各种商品外加剂近年来有较大的发展，在大体积水工混凝土中，提倡选用引气、缓凝、高效复合减水剂。,在混凝土配合比方面，经过长期的工程实践，人们的认识已逐步从50年代以注重混凝土的强度和抗渗性为主转变到重视改善和提高混凝土的综合性能，即不但注意保证混凝土有足够的强度和抗渗性，更注意改善和提高混凝土的耐久性、抗裂性和抗蚀性。 由于我国水电界从50年代即开始注意避免使用碱活性骨料并控制水泥含碱量，因此在已建成的大中型水电工程中，迄今尚未发现一例碱骨料反应。,更由于原材料品质的提高和混凝土配合比的优化，一些工程例如东风、二滩、三峡工程等不断
18、混凝土用水量少，胶凝材料用量少，且强度高、耐久性好、抗裂能力强。 硅粉混凝土近年来常用于有抗冲耐磨要求的水工结构过流面，但如何防裂尚在探索中。,要保证并提高混凝土质量，首先要优选原材料和优化混凝土配合比设计。 60年代以前，我国各水电工程以使用天然砂石料为主，随着水电建设逐步向西部地区和各流域上游转移，当地天然砂石料资源渐趋短缺。70年代乌江渡工程建成以灰岩为料源的大型人工砂石料系统，产品质优价廉。,混凝土坝施工综合机械化程度和水平的提高例如高效施工设备包括自动化拌和楼高效缆索起重机、大型门机塔机以及胶带机运输系统的使用一些工程的年混凝土浇筑量达到100万m3以至200万m3以上，三峡工程19
19、99年混凝土浇筑量高达458万m3。,采用水冷、风冷骨料以及加冰拌和等预冷工艺后，夏季能生产710低温混凝土，可满足更严格的温度控制要求，使一些大型工程用通仓浇筑取代了长期沿用的柱状浇筑，既提高了结构的整体性，也加快了施工进度此外，强力成组振捣器的使用、模板技术的革新、缝面处理与表面保护技术的改进，都有利于提高工程质量和施工效率。,碾压混凝土筑坝技术自1986年在福建坑口工程取得成功经验后，在我国发展很快，目前已建和在建的碾压混凝土坝达40座，总体积超过1000万m3 ，此外，碾压混凝土也常用于围堰工程。 我国碾压混凝土施工的特点是高掺粉煤灰、低稠度、短间歇、薄层全断面碾压、快速连续上升，近年
20、还发展了斜层铺筑碾压新工艺。,龙滩水电站,大坝底层廊道施工,主要问题,温度与混凝土温度裂缝控制碾压混凝土坝的快速施工信息化施工技术机械综合配套与安全运行,新技术、新材料和新工艺的采用和不断创新，施工机械化程度和水平的提高以及水电建设管理体制的改革，取得了巨大的经济效益，一批在90年代建成的大型水电站，从主体工程开工到第一批机组发电的时间由过去的810年缩短到57年。,例如四川二滩水电站拱坝高240m，大型地下厂房装机330万kW，工程规模巨大，且地形险峻，地质复杂，施工难度大。该工程于1991年11月主体工程开工，1993年11月截流，1998年8月到10月第一批两台机组相断并网发电，从开工到
21、开始发电工期不到7年，从截流到发电不到5年。高拱坝及电站进水口等混凝土年最大浇筑量超过200万m3，拱坝年最大上升高度达80m，工程质量优良。 此外，如广州抽水蓄能电站、水口水电站和小浪底水利枢纽工程等在工期、质量和投资控制等方面也取得了令人瞩目的成就。,3 、展望,在21世纪前30年代，我国水电必将有一个更大的发展，以适应国经济发展和建设全国大电网的要求 大江大河及城市防洪标准要逐步提高，要建设许多防洪或综合利用水库，堤防建设也要现代化、高标准，以保安全并减少防汛抢险的负担。,灌溉及城乡供水也要大发展，并逐步达到现代化水平21世纪将建设一些跨流域调水工程南水北调中、东、西线将相继建设，之后还
22、要继续扩大并建巢湖引江北调、澜沧江、怒江调水工程。,我国可开发的水能资源约4.6亿kw，目前仅开发1.9亿kw （至2009年），今后要大力开发中西部水电，实现西电东送 2020年水电装机达到3.0亿kw；到20252030前，西部的长江、黄河上游及澜沧江条件较好的水电项目也将大部分开发完，后期还要开发更艰巨的工程，还要开发怒江、雅鲁藏布江丰富的水能资源；,许多特大工程：有大批水电装机百万 kw级的工程， 200万500万 kw级有几十个，千万 kw级的也有几个。乌江构皮滩、大渡河瀑布沟为 300万 kw级红水河龙滩、澜沧江小湾、黄河的拉西瓦、锦屏为 400-500万kw级金沙江向家坝、乌东德
23、为600万 kw级溪洛渡、白鹤滩、虎跳峡等为千万 kw级雅鲁藏布江大河湾引水发电可能达 4000万kw,西部许多大型及特大工程地处高山深谷，地震烈度高，交通不便，施工条件困难，又要建很高的坝 今后还将有高300m以上的混凝土坝、碾压混凝土坝和面板堆石坝，要求施工技术水平进一步提高，以保证质量，缩短工期，降低造价。,高混凝土坝 峡谷区高混凝土坝将更多地使用快速缆机和塔带机、胎带机混凝土温控先进技术将进一步普及和提高混凝土预冷将更多地采用先进的骨料两次风冷及高效冷风机砂子风冷也可能会实现,施工布置许多工程施工场地非常困难，将采用紧凑型布置采用台阶式，部分施工附属工程及车间可能放在地下，场内交通有些要用隧洞对外交通主要将靠专用公路与公路铁路干线衔接,长隧洞施工 跨流域调水将有许多长隧洞，南水北调西线最长隧洞可达70多km今后特长隧洞将用掘进机开挖，一般隧洞机械化水平也将提高,课程要求,代表性工程的关键施工技术研究或总结报告（选一类）行业知名专家的综述性论文提交与论文相关或感兴趣的施工科学研究领域的读书报告一份,
