王宇轩 张正波 宗志聪 王硕

摘 要:根据该水电站的枢纽布置及地形、地质条件,其施工导、截流设计,设计的导流方案为:在距大坝110m处峡谷右岸开挖一条内径8.0m圆洞型隧洞,导流洞长度为252.56m,隧洞进出口落差达到8m,水流条件好。隧洞进口高程为1153.00m,出口高程为1145.00m,底坡为3％。

关键词:导流围堰截留施工

中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0042-02

1项目背景

A电站位于吉林省牡丹江流域上。电站主要建筑物由拦河坝、导流兼泄洪洞、发电引水洞、调压井、压力钢管及发电厂房等六部分组成,总装机100Mw,装机台数两台,单机容量50Mw。其中拦河坝为常态混凝土拱坝,坝轴线长157.713m,最大坝高67.0m。

2项目施工水文条件

牡丹江流域内的初冰期一般发生在10月下旬,通常在11月上旬出现流凌,11月下旬封江,翌年3月下旬至4月初开江。封冻期最大冰厚1.28m。开江期的春汛及流冰一般不甚严重,很少形成冰塞现象。由此可见,莲花水电站的水文分期明显,洪枯流量比较大,一年内有5个月的冰冻封江期,流凌现象不严重,这些特性对施工导流设计有较大影响。

牡丹江流域控制集水面积8270km2,A电站坝址以上控制集水面积7090km2,占全流域的85.7%。

本工程施工水文资料分别见表1、表2、表3。

3方案比选程序研究

3.1 导流标准及导流时段选择

本电站为Ⅲ等工程,主要建筑物拦河坝为3级建筑物,根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SD338～89)的规定,相应的临时建筑物为5级,相应的导流标准为P=20%。

根据对《坝址不同频率分期洪水成果表》进行比较分析,可以看出选择11月至次年4月的导流时段较为合理,其在P＝20％的导流流量为299m3/s。

3.2 度汛标准及坝体临时度汛

本工程度汛标准采用P=10%的全年洪水,相应流量为2800m3/s。考虑到常态混凝土重力拱坝的施工特点,为了能够连续施工,本工程大坝施工度汛采用预留缺口联合导流洞泄洪度汛。

4导流建筑物设计

坝址处河道狭窄,河道宽度在20m～30m之间,呈“Ω”形,采用隧洞导流条件较为优越。所以,本工程采用隧洞导流方式。

4.1 导流方案的比选

根据枢纽布置形式,结合水文、地形、地质条件等因素,提出如下方案进行比较。

方案一:在距大坝250m处峡谷右岸开挖一条6.5m×8.0m城门洞型隧洞,导流洞长度为470m,隧洞进出口落差达到19m,水流条件好。隧洞进口高程为1159.00m,出口高程为1140.00m,底坡为4.04％。方案二(与泄洪洞结合方案):在距大坝110m处峡谷右岸开挖一条内径8.0m圆洞型隧洞,导流洞长度为252.56m,隧洞进出口落差达到8m,水流条件好。隧洞进口高程为1153.00m,出口高程为1145.00m,底坡为3％。上述两个方案技术经济比较如以下几点。

(1)经济指标。

方案一造价约为884万元,方案二造价约为869万元,从单一的导流工程来看两个方案经济指标上两个方案差不多,但是方案二是结合永久泄洪洞来设计,对整个工程来说方案二在导流工程方面几乎是零投资(投资计入永久泄洪洞)。因此,经济指标上方案二优于方案一。

(2)技术可行性。

本工程上游河床宽度较狭窄,覆盖层较厚,主要为大块石崩踏堆积体。其中,左岸有不稳定崩踏堆积体,堆积体顺河向长约100m,距坝址约80m,垂直河向长50m,体积约8万m3。经过与中国地质大学进行的专题分析,专题设计提出将该部分需进行清除处理。

采用方案一,围堰布置在峡谷中上部,施工技术上难度不大,可行性强。导流洞施工受到崩踏堆积体处理的施工干扰小,可独立施工,而且,导流洞的封堵简单;缺点是隧洞较长,施工时间长。采用方案二,围堰布置在峡谷中部,施工技术上难度不大,可行性强。缺点是导流洞施工受到崩踏堆积体处理的施工干扰;优点是导流洞可与泄洪洞结合,减少工程投资,同时有利于大坝的安全运行。

因此,选择方案二为本工程的推荐方案。

4.2 导流洞设计

(1)洞线布置。

由于导流洞和永久泄洪洞结合,导流洞布置在满足导流要求的前提下还应尽可能满足泄洪洞要求。所以,导流隧洞布置于大坝右岸,全长252.56m,隧洞进口直线段长42.90m,洞线方向为N2.59°E,转弯段长78.39m,转弯半径为100m,转角44.92°,出口直线段长131.27m,洞线方向为N47.68°E。隧洞进口底板高程为1153.00m,出口底板高程为1145.00m,底坡为3.2%。

(2)隧洞断面型式选择。

考虑到导流洞设计与泄洪洞相结合,导流洞断面采用圆型断面设计,经过水力计算,确定隧洞断面尺寸衬砌后内径为8m圆洞。

4.3 围堰设计

由于本工程粘土料场储量丰富,对土石围堰施工用料有保证,故本工程围堰设计为土石围堰。

(1)上游围堰设计。

围堰设计为土石混合围堰,围堰顶宽为6.5m,轴线长度为48m,最大堰高为16.3m,堰顶高程为1160.30m。上游侧为堆石体截流戗堤,边坡为1︰1.5,下游侧堆石体边坡为1︰2.0,采用防渗土工布结合控制水泥灌浆进行防渗处理。

(2)下游围堰设计。

根据导流洞出口水位至流量关系曲线,选定导流流量对应的水位为1144.50m,围堰轴线处河底高程为1137.9m。堰型为土石围堰,设计堰顶高程为1145.0m,堰顶宽为3m,背水面坡度为1︰1.5,迎水面坡度为1︰2。

4.4 导流程序

根据本工程的特点,拦河坝施工导流分为前期、中期和后期三个阶段。

前期导流:第一年2～10月,河道过流,进行导流洞施工;第一年11月至第二年4月,河床截留,通过导流洞过流,拦河坝进行河床基础开挖和坝基混凝土浇筑。中期导流:第二年汛期(5～10月),根据施工总进度安排,大坝浇筑到1167.50m高程,并在1157.00m高程大坝溢流堰右侧预留宽50m的缺口,导流洞、冲砂底孔和大坝缺口联合泄流,拦河坝进行预留缺口两侧的混凝土浇筑。后期导流:第二年11月至第三年4月,通过导流洞过流,拦河坝进行缺口部分混凝土浇筑、坝体灌浆和金属结构部分施工,直至拦河坝竣工。

5截流施工方法研究

5.1 截流时段选择

导流时段为11月至次年4月,根据施工进度安排,结合黄泥河水文条件,确定在10月截流。因为11月份P=20%月平均流量为108m3/s,截流难度不大。为能尽早进行围堰填筑,以便于为大坝基坑施工创造条件,因此截流安排工程开工第一年11上旬进行。

5.2 截流施工

截流方式采用单戗立堵截流,单向进占。截流前先进行备料,对坝前蹦踏堆积体处理和坝肩看挖碴料进行筛选大粒径料单独储备。截流时先采用大粒径料进行填筑,然后再用开挖碴料进行填筑。

截流戗堤料采用1.5m3挖掘机装15t自卸汽车运输,推土机推平进占。

6结语

对修建在高山峡谷地带径流量大的高水头水电站,施工导流是工程能否实施的关键,同时也关系到项目技术经济指标。在进行施工导流设计时,应紧密结合工程的总体设计考虑,尽可能临时和永久工程结合,节约工程投资,从而使工程顺利进行。

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