澳大利亞辛茲大壩升級改造

［澳大利亞］R.戴維森 等

夏智翼 譯自英刊《水力發電與壩工建設》2012年第9期

辛茲(Hinze)大壩位于奈蘊(Nerang)河上，離澳大利亞西黃金海岸約28.97 km，于1976年初步完成，1989年對其進行了升級，但仍然過時。隨著人口的快速增長及大面積干旱，供水壓力也持續增長。

為了改善這種情況，黃金海岸市議會(GCCC)組成了辛茲大壩聯盟(HDA)，設計并交付了辛茲大壩第3期工程(HDS3)。HDA團隊由業主GCCC(2008年后改為昆士蘭東南部供水局)以及3個非業主單位組成。這3個單位為URS(設計單位)、SKM(審批單位和利益相關者管理部門)，以及Thiess公司(施工單位)。

第3期項目的目標是:減少奈蘊河流域潛在洪水的影響，增加大壩的蓄水能力，并最終提高該地區的供水安全性和可靠性。這就要求壩高必須從93.5 m加高至108.15 m。

1 主要設計特征

工程設計需要廣泛的實地調查和研究。這其中包括:

(1)巖土工程勘察。壩址處的地質條件復雜，其實地調查工程包括鉆80多個鉆探孔以及開挖200多個探坑和探槽。

(2)溢洪道設計。URS采用了3D計算機模擬技術來設計溢洪道。它還建立了一個物理縮尺模型以優化設計，同時確保全流域的洪水都可以安全地通過溢洪道。

(3)壩墻設計。壩墻高度提高了近15 m，達到108.15 m，跨過大壩的鞍狀線使其延伸了800m。右壩肩的基礎條件非常復雜，這對于設計團隊來講是一項重大的挑戰，地基處理包括建設一道深度超過50m的塑性混凝土防滲墻，這在澳大利亞同類型防滲墻中是最大的。

(4)進水塔。兩座進水塔位于水庫內，以便取用蓄水供給附近的水處理廠。一項關于地震危險性的研究旨在確認加高的進水塔的設計地震荷載，根據研究結果，允許減少其所需的工作范圍，這將大大節約成本。

(5)魚道。大壩長期以來一直是魚類運動的障礙物。在大壩下游壩趾處設計了一項創新的魚類“捕集和拖動”的轉運系統，40多年來第一次允許魚類越過壩堤達到上游。

2 二期工程

該項目需要經歷兩個不同的階段。

第1階段為優化階段。在該項目確定之前就已經獲獎?，F有目標均是防洪減災、增加供水和法規遵從的項目重點目標。聯盟進行了詳細的優化研究，重點是蓄水配置，具體辦法是調查大壩高度和庫容對比關系，大壩可接受的防洪能力，以及經濟方面的一些考慮事項。

根據優化研究的結果，最終確定了大壩的結構形狀，優化研究過程包括舉辦利益相關者研討會，參加會議的代表來自:聯盟中的設計、環保、通信、施工團隊，黃金海岸市議會，黃金海岸水務官員，獨立專家審查組的成員，以及昆士蘭大壩安全監管人員。

開發了一個概率定量的成本效益分析程序，以方便選擇最佳的升級解決方案，這其中主要考慮經濟、社會和環境等方面的問題。成本效益分析包括:項目交付的基建費用，運行成本以及項目交付的風險成本。

如果在環境影響報告中包括影響的全面評估，那么大多數的環境和社會影響成本就包含在評估的風險成本部分內。聯盟中的施工團隊采用單位比率的成本估算方法編制成本估算。采用50%置信限度的建筑工程量和成本比率的最佳估算，并采用95%置信限度的建筑工程量和成本比率的高估算，進行了一系列的概率性成本估算分析。采用80%的置信度確定每個方案的預算造價。為了考慮該工程的防洪減災和供水的效益，對一系列方案的經濟效益進行評估和分類。

第2階段是工程交付階段。聯盟提供的方法使多項有利于該工程的創新措施容易實施。由于該項目涉及現有建筑物的改造，以及與第1、第2階段中完成的前期工程有關聯的不確定性因素，因此設計方、監管方、施工方和業主之間的密切合作是至關重要的。

從一開始，聯盟制定了建筑物升級的基本策略，采用該策略管理潛在的洪水、黏土供應短缺，并修改了淹沒清理要求。當出現新的問題時早期的計劃允許團隊轉移到不同的工作領域并修改工作順序。

該工程存在的主要巖土問題是右壩肩處潛在的內部侵蝕以及復雜地質結構內的管涌。為了將管涌的風險降低至可接受水平，選擇塑性混凝土防滲墻作為最佳解決方案，并要求制定計劃以控制一系列主要風險，這其中就包括復雜的技術挑戰，對大壩安全環境和周圍社區的潛在風險，以及按照緊湊的施工進度計劃在預算范圍內交付項目。

3 堤壩施工

就大壩安全和穩定性而言，大壩施工工程中的一個關鍵因素是右壩肩基礎的開挖。當水庫接近正常蓄水位線時進行開挖，并且為了露出基礎以及與第3期工程接界的第2期反濾層，需要拆除堆石壩現有的穩定護堤，所需的挖掘工程削弱了堤壩的穩定性，因此在施工期間采取了謹慎的分段施工和施工監測措施以控制大壩的安全。為了保證大壩符合安全標準，制定了一個全面的大壩安全管理計劃。

在拆除下游堆石護堤的施工中，曾記錄到主堤上出現顯著的變形。由于堤坡是由高品質的堆石建造且其基巖為微風化硬砂巖，安全系數在1.3以上，因此壩體變形與其穩定性無關。

在整個項目實施過程中，就可持續發展設計和最優實施方法的原則向社區展開宣傳教育，并且邀請社會團體或利益相關者參與設計開發過程。這就導致公眾接受了一些最初并不被認可的想法，如關閉穿過壩頂的公共的車輛通道。當地居民終于認識到大壩升級改造施工造成的出勤不方便是次要，相比之下，水庫供水面臨的潛在風險更為重要。

4 結語

大壩建成運行35 a后，到達其使用年限。第3階段的升級加高了堤壩，增大了水庫的水面面積，幾乎使水庫的庫容增加了1倍，并減少了上奈蘊河流域的洪水風險，確保了未來50a的供水安全性和可靠性。

為了對溢洪道泄出的洪水進行消能，升級工程中還改進了大型的消力墩。所設計的溢洪道在遇到百年一遇的洪水時可將最大下泄流量削減到入庫流量的一半，減少大壩下游洪水破壞的風險。

經過升級改造后，辛茲大壩最終成為昆士蘭州最高的粘土心墻堆石壩。