澳大利亞克拉利霍爾大壩溢洪道升級

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1983年，澳大利亞新南威爾士州市政工程公司為特威德郡議會設計和建設了克拉利霍爾(Clarrie Hall)大壩，該大壩建成后形成水庫，為特威德郡提供飲用水。負責新南威爾士州所有已注冊大壩安全的新南威爾士州大壩安全委員會(DSC)，已要求特威德郡議會對克拉利霍爾大壩進行升級以滿足最新的設計標準。

2011年，新南威爾士州市政工程公司受聘對項目施工準備階段及各施工階段進行管理，以及提供設計和環境評估服務。施工準備現已完成。2013年2月，與總承包商Entracon土木私人有限公司簽訂了施工合同，2013年4月開始施工。合同金額為540萬澳元，預定的完工日期為2014年4月。

1 升級要求

克拉利霍爾壩(CHD)是根據當時的設計標準建造的，但是現在新南威爾士大壩安全委員會要求進行升級以滿足最新的設計標準。大壩當前在影響效果分類中屬于高-極高類，要求能通過可能最大洪水(PMF)。目前，估計該溢洪道可通過2 800 a一遇的超概率洪水 。

諸如該溢洪道安全升級的這類安全度升級項目在新南威爾士州非常普遍，在最近幾年中，新南威爾士州市政工程公司已為多個業主實施了許多項目。

這些工作完成的時間節點與需要增加特威德郡的供水無關，該郡預計在2030年左右需要增加供水。因此溢洪道升級的目的就是為了滿足大壩安全的需要，并不增加大壩當前的庫容。

2 大壩目前狀況

克拉利霍爾壩水庫集水面積為60 km2，蓄水量為160億L。

整個建筑由混凝土面板堆石壩、混凝土襯砌溢洪道，以及進水口和出水口組成，它們都修建在非常堅硬的(有火山成因的)流紋巖基礎上。

堆石壩高43 m，壩頂長175 m，寬6 m，體積為16萬m3。上、下游坡坡比均為1V∶1.3H。上游坡鋪有一層300 mm厚的混凝土面板，在頂部與沿壩頂布置的防浪墻相接。面板的底部與壩上游的混凝土趾板緊密相連，該趾板也用作灌漿帽。單排孔灌漿帷幕位于該趾板底下。

除了緊靠上游面板側下部的一個寬4 m的半透水帶以外，其他部位由堅硬的流紋巖堆石構成，可以自由排水。透過壩體的滲漏水可由位于下游壩趾處的量水堰來測量。

目前大壩正常蓄水位在高程61.5 m AHD(澳大利亞高程基準，下同)，比壩頂防浪墻頂部低7 m。

溢洪道最初設計為通過可能最大流量590 m3/s，它是一個位于左壩肩的無閘控的混凝土泄槽，有S形溢流堰和挑流鼻坎。在大壩趾板和溢洪道頂部之間，長110 m的溢洪道泄槽及引槽區域均進行了全襯砌，并建有6～8 m高的導墻。溢洪道頂部寬22 m，在大部分泄槽長度范圍內的寬度(底部)縮小到12 m。

進/出水口系統包括一個34 m高、4 m外徑的濕井式鋼筋混凝土塔，其位于泄水隧洞前部的塔基結構上，該泄水隧洞位于右壩肩底下。

3 工程的重點目標

在項目初期，確定了一些目標作為衡量項目成功要點。

(1) 大壩整體連續。在整個施工過程中，不得采取會增加失事風險，或損害大壩完整性及/或其今后運行的任何行動。

(2) 運行連續。整個施工過程中，大壩水位必須保持正常蓄水位(FSL)，運行不得無計劃的中斷。

(3) 匯水區管理。施工計劃和實施必須保證做到保護大壩蓄存水及泄出水以便不影響特威德郡供水的質量、數量及適應能力。

(4) 滿足或超過最新的可能最大洪水的要求。在考慮了克拉利霍爾大壩將來可能會受到各種影響的基礎上，議會希望通過結合考慮大壩安全委員會最新的要求減少未來進一步升級的概率。

(5) 升級應與未來可能增加大壩蓄水容量相兼容。

(6) 施工場地零事故。無環境或安全事故，不增加大壩建筑物或下游社區的風險。

4 工程范圍

升級項目包括溢洪道頂部擴寬至35 m，并與大壩的防浪墻加高相接合。通過修建一個鋼筋混凝土帽，并用暗銷與現有混凝土相接，進水口和頂部結構附近現有的溢洪道導墻將被加高2 m。

拆除現有的S形堰頂后，在現有進水渠上游建一個新的鋼筋混凝土堰頂結構、堰頂面板和導墻延伸段。還增加錨筋來加固挑流鼻坎。

預制的L型混凝土墻片將安裝在大壩上，也就是在現有的防浪墻后面，并在現場榫釘連接。為了防止洪水通過大壩右側，新的防浪墻將沿著大壩右壩肩延伸，它后面的道路及觀察平臺將會局部加高至相對高程70 m AHD。

5 已完成的工作

到目前為止，Entracon公司利用一輛85 t履帶起重機將小型機械吊到了壩上，建造了一個橫穿溢洪道進口的臨時土堤(bund)。通過長臂挖土機填筑碎石以便形成一個初始工作平臺，并為小型機械提供材料。這些工作在水深大概1.5～2 m的一個平坦的巖石平臺上展開。

土堤后面的區域已進行了排水，一個臨時的預制鋼圍堰正在通過鉆孔和安裝錨桿固定在基巖上。這個較堅實的圍堰可以保證在施工過程中溢洪道一半的寬度都是敞開的，可以保證在絕大多數的降雨事件中仍可以繼續施工，即使年均降雨量達1 480 mm。

一旦鋼圍堰安裝到位，就可以在現有溢洪道堰頂上游修建新的溢洪道堰頂及導流墻。6 m寬的S形頂面將用低坍落度混凝土人為地分割成兩段，各長11 m，導水墻和延伸到現有泄槽側墻的部分將采用標準的混凝土模板澆筑。只有當新的頂面和導水墻完成后，才能拆卸現有的溢洪道堰頂，以確保永久建筑物能維護正常蓄水位。雖然工作人員可通過小船和救生艇從臨近的靠船斜坡通達施工現場，但所有的設備和材料只能經6 m寬、已使用30 a的現有壩頂公路送達。壩頂寬度和荷載限制制約了能使用的施工設備的尺寸，所以85 t履帶起重機(其吊臂長56 m)只能在一個專門建造的能分散荷載的混凝土板上運作。施工和環保要求每天施工結束時必須將所有設備從河道內的作業區撤離，該起重機對于滿足這一要求至關重要。

6 工程創新

新南威爾士市政工程公司安排了兩個獨立的團隊開展工作。一個完成所有水力模擬和設計工作，并提供技術建議。另一個為議會完成一些基本工作，承擔所有項目和施工管理，特別是要對設計團隊提交的成果進行獨立評審。工作的成功開展充分利用了新南威爾士市政工程公司的經驗，并促進了在施工準備期節約工程成本和開展創新活動。

6.1 對大壩安全委員會今后要求的適應性

該議會具有進行一種基于風險的可能的生命損失(PLL)評價和針對某一小于PMF的洪水來設計該升級改造工程的選擇權。早期的討論已確認該議會的擔心，這種擔心隨PMF發生的時間而增大，而且受到威脅的群體可能會再一次要求進行昂貴的升級改造。因此當大壩需要加高以增加供水量時，就應避免該種情況。新南威爾士市政工程公司估計了滿足當前PMF要求而不是滿足基于可能的生命損失的較小洪水標準的施工費用不到2%。因此該議會采用了PMF來升級改造，假如費用的這種增量提高能提供一定的置信度，那么其結果是大壩安全委員會的未來要求就會得到滿足。

6.2 影響最小的概念設計

對概念設計方案進行了評審，其目的是減少投資，更重要的是減少施工對現有建筑的影響。通過將溢洪道泄槽延長到水下已有的巖石平臺上，將溢洪道頂部的寬度從22 m擴寬到35 m，可以避免在堅硬的流紋巖中進行開挖。然而，這種結構形狀由于在新的堰頂和已有堰頂之間有一個平直段而降低了溢洪道的效率。

6.3 詳細設計的價值管理

接下來的詳細水力模型試驗表明，該水平巖段的開挖需要達到2 m深，這樣施工費用和時間就會顯著增加。一系列的價值管理評審是通過新南威爾士的公共工程公司的項目管理和施工管理團隊來進行的，并保持和大壩安全委員會及其獨立評審員的緊密聯系。

通過繞開傳統的設計修改-設計評審循環，僅僅經過了很少的迭代就得到了解決方案，這樣避免了所有的巖石開挖，采用了一個較低效率的溢洪道方案，并允許在PMF情況下，溢洪道和防浪墻上超高為零，這對施工而言節省了200萬澳元。

6.4 工程招投標

采用了投標者先期介入(ETI)的操作方式。新南威爾士州公共工程公司組織領導了此過程，包括篩選過程，及隨后的投標人、主要的利益相關人參加的兩次研討會。與會各方就以下問題相互溝通并達成一致意見：

(1) 施工方案與限制條件；

(2) 議會操作要求的管理；

(3) 風險分配；

(4) 保險；

(5) 賠償的損害；

(6) 法律資質；

(7) 可接受的替代方案。

然后利用反饋信息，確保在招標前，投標文件能涵蓋所有問題，這樣可以實現高質量的投標，能在確定價格時減少風險成本。

6.5 洪水風險分配與風險承擔

前期投標人介入過程應注重的是：篩選入圍的投標人推薦使用的保護河道內作業的方法涉及范圍廣，可能具有較高的風險成本，除非該議會準備好了接受一定的風險并能為投標人的臨時工程設計提出一個合理且確定的“起點”。

為了幫助投標者評價和定量確定其在河道內的作業風險，議會同意在施工期降低水位200 mm，相當于大壩按97%蓄水容量運行。為此，安裝了遙測和遙控裝置來使現有的出水口自動啟閉，一旦大壩水位達到或超過61.4 m，就可以通過900 mm的出口閥門泄放多達10.2 m3/s的流量，直到水位達到或低于61.3 m時才停止。盡管到2013年3月超過了當地的年平均降雨量，但由于自動閥于2013年3月初就開始投入運行，溢洪道根本沒有泄洪。

7 安全度升級

安全度升級(如克拉利霍爾大壩溢洪道升級改造)在新南威爾士州變得越來越普遍，尤其是由于基礎設施老化時。對在運行中的大壩上施工，從項目開始就需要加以良好的管理，以避免對建筑物、下游安全及匯水區的影響，同時滿足費用、時間及利益相關者的要求。

在大多數情況下，大壩業主(很多為當地的議會)不得不從多年前就開始考慮大壩的升級或施工工作。對于一個成功的項目，重要的是要確保經驗豐富的專家和優質的資源可得到利用，并在適當的時間咨詢專家意見。