几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目施工导流方案优化与实施

2020-04-23王以斌张如军李素丽陈铉文

水力发电 2020年1期

王以斌，张如军，李素丽，陈铉文

(中国水利电力对外有限公司，北京 100120)

1 工程概况

几内亚苏阿皮蒂水电站为碾压混凝土重力坝，最大坝高120 m，坝轴线长1 164 m，电站总装机容量为450 MW，由左、右岸挡水坝段、引水发电坝段、导流底孔坝段、泄流底孔坝段和溢流坝段组成。工程规模为Ⅰ等大(1)型，总工期58个月。

项目所在流域年降水量较强，多年平均降雨量约2 000 mm。一年分旱季和雨季两个季节，每年5月～10月为雨季，降雨量约占全年的95%以上，其中7月～9月3个月降雨量约占全年降雨总量的64%，8月份最大，约占全年降雨量的25%。每年11月至次年4月为旱季，干旱少雨。流域洪水主要由降雨形成，洪水过程为矮胖型，历时长，基本上每年汛期发生一次大洪水。

2 导流方案优化和实施

2.1 大坝枢纽布置

2.1.1可行性研究阶段

大坝从左向右的枢纽布置为左岸挡水坝段、引水发电坝段、溢流坝段、底孔坝段、右岸挡水坝段。其中底孔坝段全长51 m，共设有6孔，前期主要作用是导流，后期把左侧2孔改造为泄流底孔，其余4孔采用混凝土进行封堵。具体如图1所示。

在这种布置下，导流规划采用分期方式进行，一期导流先形成右岸基坑，进行右岸挡水坝段和底孔坝段的施工，同时进行二期导流混凝土纵向围堰、上下游引渠开挖等的施工，由束窄后的左侧河床泄流；二期导流由右岸6孔底孔过流，在全年土石围堰围护下，进行溢流坝段、引水发电坝段、左岸挡水坝段和电站厂房的施工。

图1 枢纽布置示意(可行性研究阶段)

2.1.2施工阶段

在苏阿皮蒂水利枢纽项目的合同签订后，鉴于工期十分紧迫，为方便施工及运行期的调度管理，CWE组织参建各方对可行性研究阶段的设计方案进行了优化：①把6个导流底孔坝段调整至左岸引水发电坝段和溢流坝段之间；②导流底孔的断面尺寸由4.5 m×10 m(宽×高)调整为8 m×10 m(宽×高)；③原设计的导流底孔由6个调整为4个，并分成高、低位各2孔；④溢流坝段的溢流前缘宽度从231 m缩短为173 m；⑤取消导流底孔后期改造成泄流底孔的方案，直接设计成2孔泄流底孔；⑥为减少左岸厂房边坡开挖量，将厂房整体朝河床右移38.5 m，尽可能将泄流底孔、导流底孔和引水发电坝段紧凑布置于主河床左岸侧。优化后的大坝枢纽建筑物布置，从左向右调整为左岸挡水坝段、引水发电坝段、导流底孔坝段、泄流底孔坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段。具体如图2所示。

图2 枢纽布置示意(施工阶段)

在优化后的枢纽布置基础上，调整了导流程序，即一期导流阶段，先形成左岸一期基坑，主要进行左岸挡水坝段、引水发电、导流底孔、泄流底孔、部分溢流坝段和厂房的施工，水流由右岸导流明渠过流。

在二期导流阶段，利用一期形成的高、低位导流底孔过流，在二期全年土石围堰形成的基坑内，施工右岸挡水坝段及剩余溢流坝段。为加快施工进度，在土石围堰填筑时，分成2个时期进行，首先完成枯水期围堰填筑，在枯水期围堰的保护下施工基坑，同时对枯水期围堰进行加高，在当年的汛期来临前(根据项目所在流域洪水的特点，一般在5月底以前)完成围堰最终的填筑，满足汛期洪水的围挡能力。

2.2 二期纵向混凝土围堰的优化

在可行性研究阶段，二期上、下游纵向围堰设计为混凝土重力墙结构，两端分别与大坝和土石围堰连接，设计混凝土工程量约6 000 m3。在施工阶段，经过对围堰的分析和优化，认为上游纵向围堰直接填筑土石围堰能够满足设计要求，不会造成纵向水流冲刷影响。仅在下游纵向围堰布置长20 m的混凝土重力墙，分别与泄流底孔坝段和下游二期土石围堰相接，实际混凝土工程量约300 m3，此优化减少了工程投入，提高了施工效率，完全满足施工期导流要求。

表1 施工导流程序

2.3 实施程序

根据上述优化，苏阿皮蒂水利枢纽项目采用一期全年土石围堰先形成左岸基坑的导流方案，施工导流程序见表1。

2.4 导流实施

2.4.1一期导流

2016年旱季，在靠近右岸的原河床开挖导流明渠，由导流明渠直接导流。

2017年1月初，在左岸修筑一期土石围堰，如图3所示。右岸束窄河床，按照全年10年一遇洪水标准设计，对应的设计流量为2 500 m3/s，左岸修筑导流底孔、泄流底孔、引水发电、左岸挡水坝段和厂房。

图3 一期导流布置示意

2.4.2二期导流

2018年1月上旬，左岸导流底孔坝段形成并具备过流条件，开始进行二期导流，如图4所示。按照全年10年一遇洪水标准设计，对应的设计流量为2 500 m3/s，右岸填筑二期土石围堰，开始修筑溢流坝段和右岸挡水坝段。

图4 二期导流布置示意

二期导流后，在2018年1月～6月，利用几内亚当地旱季流量小的特点，在导流底孔坝段下游搭设临时贝雷桥(如图5所示)，提高左右岸自卸汽车的运输效率，在当年7月份汛期来临前拆除。

图5 下游临时贝雷桥布置示意

2.4.3后期导流

2019年8月中旬，大坝具备初期蓄水条件，左、右岸坝体挡水，由泄流底孔+溢流坝段预留的缺口联合泄流，此时导流底孔已下闸并完成了混凝土封堵，蓄水前按照全年50年一遇洪水标准，对应的设计流量为3 160 m3/s，蓄水后按照全年100年一遇洪水标准，对应的设计流量为3 410 m3/s。

到2020年7月，大坝土建工程计划施工完成，由泄流底孔+溢流坝段联合泄流，按汛期1000年一遇的洪水标准，对应的设计流量为4 200 m3/s。

2.4.4蓄水和调节

按合同要求，大坝在2019年9月要进行初期蓄水，达到9亿m3库容，以满足为下游凯乐塔电站在旱季补水发电的目的。因此，在2019年8月下旬，导流底孔下闸后，开始进行初期蓄水，此时，通过调节泄流底孔工作弧门的开度控制下泄流量，一方面要满足凯乐塔电站的正常发电，控制下泄流量在400 m3/s，另一方面要将多余的来水蓄到库区中，直至水位达到164.5 m高程，满足9亿m3的库容需求。

在2019年11月进入旱季以后，大坝进行调蓄，仍然控制泄流底孔的闸门开度，按月均凯乐塔电站单台机满发流量180 m3/s控泄，将164～130高程间的水量结合上游流量分摊到调节期各月中，尽可能等流量下泄，提高下游凯乐塔电站旱季发电量。

到2020年6月，苏阿皮蒂大坝进入正式蓄水期，水库水位从130 m高程蓄至死水位185 m高程，蓄水量为23.77亿m3，项目发电前水流仍通过泄流底孔下泄，发电后泄流底孔闸门关闭，水流通过厂房发电后下泄。

3 实施效果

实践证明，施工阶段采用的一期先形成左岸围堰的导流方案，厂房布置在一期基坑内，能够为厂房多争取到1年的工期，使得厂房的进度从关键线路变成次关键线路，为项目实施减少了工期压力。随之也减少了项目在设备、材料和人员方面的投入，节约了项目成本。并且因为所有的临建系统，如砂石、拌合系统和前期的施工道路，都布置在左岸，对一期导流后形成的左岸大坝施工非常有利，工程整体进度优于先施工右岸的方案。

左岸一期土石围堰完成后，大坝枢纽布置中，体型最为复杂、最占压直线工期的引水发电和泄流底孔坝段都随之开始施工，拉长了这2个关键部位的工期，后续的施工实践证明，这2个关键部位的工期越长，对项目的总体进度越有利。