新鄂水电站工程施工导流设计

2014-03-22张雨豪

东北水利水电 2014年1期

关键词：导流洞缺口围堰

王鹤，熊玲，张雨豪，韩闯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

新鄂水电站工程施工导流设计

王鹤，熊玲，张雨豪，韩闯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

文中根据新鄂水电站工程坝址处的地形地质条件、工程布置特点、坝型及沾河水文特性进行导流方案、导流程序等设计，并总结了在高寒山区、河流洪枯流量差别大的条件下土石坝施工导流设计的经验与体会。

新鄂水电站；导流标准；导流方式

1 工程概况

新鄂水电站位于黑龙江省逊克县境内的沾河下游，为混合式开发的水力枢纽工程。坝址位于逊克县鄂伦春族自治乡上游 15 km。电站厂房位于坝址下游 4.8 km 处，距新鄂乡约 10.2 km。

新鄂水电站是一座以发电为主，兼顾防洪、养鱼等综合效益的水利枢纽工程，水库总库容为 15.93×108m3，电站总装机容量为 100 MW。根据 DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》，按库容确定工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等；大坝及泄水建筑物为 1 级建筑物，引水发电系统建筑物为 3级建筑物。

枢纽工程主要由沥青混凝土心墙堆石坝、岸坡溢洪道、引水隧洞及地面厂房组成。坝顶高程 267.70 m，最大坝高 81.7 m，坝顶长（包括溢洪道）1 274.00 m。电站装机容量100 MW，为两台单机容量 50MW 机组。引水隧洞内径8.0 m，长 997.66 m。2 条压力管道内径为 4.6 m，压力管道长：1号 117.60 m，2 号 128.99 m。岸坡溢洪道布置 4 个溢流表孔，每孔净宽 12.00 m，设 12 m×15.50 m 的弧形闸门。厂区位于河床左岸，由引水式地面发电厂房、尾水渠和变电站等 3 部分组成，厂房尺寸为 61.90 m ×21.50 m ×39.54 m（长×宽×高）。

2 导流条件

2.1 水文、气象条件

根据沾河流域洪水特性，此次设计将施工水文时段划分为五期，各时段不同重现期的流量见表 1。坝区属高寒山区，极端最低气温－48.1 ℃，极端最高气温 35.2 ℃，多年平均气温－1.42 ℃。坝区冰冻期较长，一般在 10 月下旬开始流凌，11 月中下旬封河，开河日期为 4 月上旬至 5 月上旬。坝区最大冰厚 1.50 m，最大冻土深 2.2 m。

表1 各施工水文时段不同重现期流量表

2.2 地形、地质条件

坝址处河谷呈不对称的“U”型，左陡右缓，左岸为切割不深的低山，山体比高一般 100~150 m，河谷坡度 30°~ 45°，局部为陡崖。右岸相对较低矮，为宽广平缓的玄武岩熔岩台地，地势由南向北缓慢降低，比高 60~100 m，河谷坡度20°~40°，谷底宽一般为 200~350 m。两岸分布有不连续的漫滩和阶地。

坝址处平水期水面宽约 180m，河底高程约 198.0 m，覆盖层厚度为 5~13 m，河床覆盖层渗透系数为 400~500 m/d。

3 导流标准及导流方式

3.1 导流标准

按照《施工组织设计规范》规定，大坝导流建筑物为Ⅳ级，厂房导流建筑物为Ⅴ级。按规范规定，结合此工程的具体情况，确定各导流建筑物的设计挡水标准及过流标准如下：

大坝上下游土石围堰设计挡水标准，采用枯水期（11月至翌年 3 月）10 年重现期流量 79.2 m3/s；坝体缺口过流标准，春汛期采用 20 年重现期流量 796m3/s，大汛期采用 50年重现期流量 3 640m3/s；大坝施工后期渡汛标准采用大汛200 年重现期流量 5 250 m3/s；厂房土石围堰设计挡水标准采用大汛 5 年重现期流量 1 200m3/s；导流洞进出口预留土坎设计挡水标准亦采用大汛 5 年重现期流量 1 200m3/s。导流洞泄流设计标准采用大汛 10 年重现期流量 1 880m3/s。3.2 导流方式

坝址处河谷形状系数较小，适宜隧洞导流，此次设计着重优化导流时段的选择。综合考虑坝址地形、地质条件、水工枢纽布置、施工进度、施工方法等因素，做了 3 个方案：

1）围堰挡枯水流量方案：经洞径与围堰高度经济比较，并考虑截流、排冰等因素，采用一条 6.5 m×6.5 m(宽×高)方圆形导流洞比较合理，洞长 431.66 m。上下游围堰有部分与坝体相结合，围堰的设计挡水标准，采用枯水期（11 月至翌年 3 月）10 年重现期流量 79.2 m3/s，上游围堰最大堰高为 6.3 m。为渲泄截流后的第二年春汛及大汛洪水，在坝体左侧预留一段宽 55 m 的缺口，缺口底高程为 204.5m，右侧边坡为 1∶2.0。

2）围堰挡春汛流量方案：经洞径与围堰高度经济比较，采用一条 9.5 m ×9.5 m （宽×高）方圆形导流洞，洞长为431.66 m。上下游围堰的设计挡水标准采用春汛 10 年重现期流量 620 m3/s。上游围堰在 204.5m 高程以上为自溃堰，在大汛期遇超过 Q=620 m3/s流量洪水即溃决，上游围堰最大堰高为 16.3m。坝体预留缺口与挡枯水流量方案相同。

3）围堰挡全年流量方案：导流洞亦为一条 9.5 m×9.5 m（宽×高）方圆形隧洞，洞长为 431.66 m。上、下游围堰的设计挡水标准，采用大汛期 10 年重期流量 1 880 m3/s，上游围堰最大堰高为 30.94m。

综合评价 3个方案，挡枯水流量方案工程量最少，因而导流工程造价最低，但主体工程冬季施工量大，坝体填筑强度不够均衡。挡全年流量方案工程量最大，导流工程造价最高，但主体工程冬季施工量小，坝体填筑强度比较均衡，挡春汛流量方案则介于以上两者之间。3个方案工期区别不大，第一台机组发电工期无实质差别。因此选定导流工程量较小的挡枯水期流量方案。

3.3 大坝各时段导流程序

第一年 10 月截流，河水由导流洞泄流，在此期间主要进行大坝基础施工，并形成坝体过流缺口；第二年春汛及大汛，由坝体缺口和导流洞联合泄流，缺口右岸坝体继续施工，第二年 10 月，开始填筑坝体缺口，河水由导流洞渲泄；第三年大汛由坝体拦洪，导流洞及溢洪道泄流。第三年9月下旬下闸蓄水。

4 导流建筑物设计

4.1 大坝上、下游土石围堰

围堰最大高度分别为 6.3 m 和 2.6 m。围堰型式采用双棱体进占的粘土心墙土石围堰，堰顶宽分别为 41.75 m和 27.10 m，围堰两侧边坡均为 1∶1.3。围堰背水侧堆石棱体与坝体相结合。上下游围堰堰顶长分别为 174.00 m 和97.00m。河床覆盖层厚度为 8~13 m，且渗透系数很大，采用高喷灌浆作基础防渗处理。

表2 各导流方案主要工程量比较表m3

4.2 大坝过流缺口

大坝过流缺口上游部分为水平段，下游部分为斜坡段，坡度比为 1∶6.5，水平段底高程为 204.50 m，斜坡段坡脚底高程为 199.00 m，缺口底宽为 55 m，两侧边坡采用 1∶2。坝体缺口与导流洞联合渲泄大汛 50 年重现期洪水时，坝体缺口平均流速可达 6~8m/s。在缺口上游水平段及缺口两侧采用铁丝笼装块石防护，在缺口斜坡段采用混凝土楔形体防护，缺口坡脚下游采用钢筋笼装块石防护，防护长度为 20 m。

4.3 导流洞

导流洞进口位于坝址上游约 300m 处，呈弧形布置在左岸，方圆形断面尺寸为 6.5m×6.5m（宽×高），洞长为 431.66 m，洞进出口段明渠长分别为 74.0 m 和 210.0 m，导流洞进、出口底高程分别为 199.00 m 和 198.00 m。洞脸采取喷混凝土和锚杆加固处理，导流洞进出口段各 20 m 范围内及洞身（0+205~0+245）m 段采用 0.50m 厚混凝土衬砌。其余部位采用锚喷支护，导流洞底板采用 0.15m 厚混凝土衬砌。导流洞进口上缘采用椭圆曲线型，洞口两侧设有 3.0 m厚的混凝土翼墙，采用平板钢闸门为封堵闸门，启闭机平台高程 226.50 m。

4.4 厂房围堰

厂房尾水渠编织袋粘土心墙土石围堰顶高程为198.50 m，围堰最大高度为 5.5 m，围堰顶宽为 8.0 m，两侧边坡为 1∶1.5，堰顶长度为 80m。尾水渠两侧浆砌石挡土墙编织袋粘土围堰最大高度为 2.64 m，顶宽为 2.0 m，两侧边坡为 1∶0.2，堰顶长度为 150 m。

5 截流

根据施工总进度安排，截流时间选定在第一年 10月下旬，进占时间为 10 月上旬，截流标准采用 5 年重现期旬平均流量 87.8 m3/s。围堰采用上、下游围堰同时进占，立堵截流，合龙顺序是先上游，后下游。经水力计算，龙口宽度10～20m。合龙时上游最高水位为 203.5m，最大落差 3.95 m。龙口最大流速 4.0 m/s，抛石最大粒径 0.70m。

6 排冰

坝区开河形式为文开、武开或半文半武兼而有之，武开形式大约平均 10年可遇一次。春季流冰冰块尺寸较大，最大流冰速度为 2.27 m/s，最长流冰持续时间为 22 d。流冰期流量变化幅度为 20～600m3/s。施工第二年排冰，主要由底宽 55 m 的坝体缺口通过。为顺利排冰，需在下游段采取破冰措施，开通河道、开江时对上游大冰排采取破碎措施。施工第三年排冰，除上、下游采取破冰措施外，尚要对流冰采取蓄冰在水库措施。

7 下闸蓄水措施

根据施工总进度安排，下闸蓄水时间定为第三年 9月下旬，流量标准采用旬平均 5 年重现期流量 82.6 m3/s。导流洞过此流量时闸门前水位为 203.40 m，采用动水下闸。闸门设计挡水高度为 32.1 m。下闸完毕后，即拆除闸门启闭设备并开始导流洞封堵段的混凝土施工。闸门全部关闭后，蓄水保证率按 70%计算，第四年 6 月末可蓄至最低发电水位 242.70 m。