王 鶴，熊 玲，張雨豪，韓 闖

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

新鄂水電站工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

王 鶴，熊 玲，張雨豪，韓 闖

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

文中根據(jù)新鄂水電站工程壩址處的地形地質(zhì)條件、工程布置特點(diǎn)、壩型及沾河水文特性進(jìn)行導(dǎo)流方案、導(dǎo)流程序等設(shè)計(jì)，并總結(jié)了在高寒山區(qū)、河流洪枯流量差別大的條件下土石壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。

新鄂水電站；導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)；導(dǎo)流方式

1 工程概況

新鄂水電站位于黑龍江省遜克縣境內(nèi)的沾河下游，為混合式開發(fā)的水力樞紐工程。壩址位于遜克縣鄂倫春族自治鄉(xiāng)上游 15 km。電站廠房位于壩址下游 4.8 km 處，距新鄂鄉(xiāng)約 10.2 km。

新鄂水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的水利樞紐工程，水庫(kù)總庫(kù)容為 15.93×108m3，電站總裝機(jī)容量為 100 MW。根據(jù) DL5180-2003《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》，按庫(kù)容確定工程規(guī)模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等；大壩及泄水建筑物為 1 級(jí)建筑物，引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物為 3級(jí)建筑物。

樞紐工程主要由瀝青混凝土心墻堆石壩、岸坡溢洪道、引水隧洞及地面廠房組成。壩頂高程 267.70 m，最大壩高 81.7 m，壩頂長(zhǎng)（包括溢洪道）1 274.00 m。電站裝機(jī)容量100 MW，為兩臺(tái)單機(jī)容量 50MW 機(jī)組。引水隧洞內(nèi)徑8.0 m，長(zhǎng) 997.66 m。2 條壓力管道內(nèi)徑為 4.6 m，壓力管道長(zhǎng)：1號(hào) 117.60 m，2 號(hào) 128.99 m。岸坡溢洪道布置 4 個(gè)溢流表孔，每孔凈寬 12.00 m，設(shè) 12 m×15.50 m 的弧形閘門。廠區(qū)位于河床左岸，由引水式地面發(fā)電廠房、尾水渠和變電站等 3 部 分 組 成 ， 廠 房 尺 寸 為 61.90 m ×21.50 m ×39.54 m（長(zhǎng)×寬×高）。

2 導(dǎo)流條件

2.1 水文、氣象條件

根據(jù)沾河流域洪水特性，此次設(shè)計(jì)將施工水文時(shí)段劃分為五期，各時(shí)段不同重現(xiàn)期的流量見表 1。壩區(qū)屬高寒山區(qū)，極端最低氣溫－48.1 ℃，極端最高氣溫 35.2 ℃，多年平均氣溫－1.42 ℃。壩區(qū)冰凍期較長(zhǎng)，一般在 10 月下旬開始流凌，11 月中下旬封河，開河日期為 4 月上旬至 5 月上旬。壩區(qū)最大冰厚 1.50 m，最大凍土深 2.2 m。

表1 各施工水文時(shí)段不同重現(xiàn)期流量表

2.2 地形、地質(zhì)條件

壩址處河谷呈不對(duì)稱的“U”型，左陡右緩，左岸為切割不深的低山，山體比高一般 100~150 m，河谷坡度 30°~ 45°，局部為陡崖。右岸相對(duì)較低矮，為寬廣平緩的玄武巖熔巖臺(tái)地，地勢(shì)由南向北緩慢降低，比高 60~100 m，河谷坡度20°~40°，谷底寬一般為 200~350 m。兩岸分布有不連續(xù)的漫灘和階地。

壩址處平水期水面寬約 180m，河底高程約 198.0 m，覆蓋層厚度為 5~13 m，河床覆蓋層滲透系數(shù)為 400~500 m/d。

3 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流方式

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

按照《施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，大壩導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級(jí)，廠房導(dǎo)流建筑物為Ⅴ級(jí)。按規(guī)范規(guī)定，結(jié)合此工程的具體情況，確定各導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)及過流標(biāo)準(zhǔn)如下：

大壩上下游土石圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)，采用枯水期（11月至翌年 3 月）10 年重現(xiàn)期流量 79.2 m3/s；壩體缺口過流標(biāo)準(zhǔn)，春汛期采用 20 年重現(xiàn)期流量 796m3/s，大汛期采用 50年重現(xiàn)期流量 3 640m3/s；大壩施工后期渡汛標(biāo)準(zhǔn)采用大汛200 年重現(xiàn)期流量 5 250 m3/s；廠房土石圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)采用大汛 5 年重現(xiàn)期流量 1 200m3/s；導(dǎo)流洞進(jìn)出口預(yù)留土坎設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)亦采用大汛 5 年重現(xiàn)期流量 1 200m3/s。導(dǎo)流洞泄流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用大汛 10 年重現(xiàn)期流量 1 880m3/s。3.2 導(dǎo)流方式

壩址處河谷形狀系數(shù)較小，適宜隧洞導(dǎo)流，此次設(shè)計(jì)著重優(yōu)化導(dǎo)流時(shí)段的選擇。綜合考慮壩址地形、地質(zhì)條件、水工樞紐布置、施工進(jìn)度、施工方法等因素，做了 3 個(gè)方案：

1）圍堰擋枯水流量方案：經(jīng)洞徑與圍堰高度經(jīng)濟(jì)比較，并考慮截流、排冰等因素，采用一條 6.5 m×6.5 m(寬×高)方圓形導(dǎo)流洞比較合理，洞長(zhǎng) 431.66 m。上下游圍堰有部分與壩體相結(jié)合，圍堰的設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)，采用枯水期（11 月至翌年 3 月）10 年重現(xiàn)期流量 79.2 m3/s，上游圍堰最大堰高為 6.3 m。為渲泄截流后的第二年春汛及大汛洪水，在壩體左側(cè)預(yù)留一段寬 55 m 的缺口，缺口底高程為 204.5m，右側(cè)邊坡為 1∶2.0。

2）圍堰擋春汛流量方案：經(jīng)洞徑與圍堰高度經(jīng)濟(jì)比較，采用一條 9.5 m ×9.5 m （寬×高） 方圓形導(dǎo)流洞 ，洞長(zhǎng)為431.66 m。上下游圍堰的設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)采用春汛 10 年重現(xiàn)期流量 620 m3/s。上游圍堰在 204.5m 高程以上為自潰堰，在大汛期遇超過 Q=620 m3/s流量洪水即潰決，上游圍堰最大堰高為 16.3m。壩體預(yù)留缺口與擋枯水流量方案相同。

3）圍堰擋全年流量方案：導(dǎo)流洞 亦為一條 9.5 m×9.5 m（寬×高）方圓形隧洞，洞長(zhǎng)為 431.66 m。上、下游圍堰的設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)，采用大汛期 10 年重期流量 1 880 m3/s，上游圍堰最大堰高為 30.94m。

綜合評(píng)價(jià) 3個(gè)方案，擋枯水流量方案工程量最少，因而導(dǎo)流工程造價(jià)最低，但主體工程冬季施工量大，壩體填筑強(qiáng)度不夠均衡。擋全年流量方案工程量最大，導(dǎo)流工程造價(jià)最高，但主體工程冬季施工量小，壩體填筑強(qiáng)度比較均衡，擋春汛流量方案則介于以上兩者之間。3個(gè)方案工期區(qū)別不大，第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期無實(shí)質(zhì)差別。因此選定導(dǎo)流工程量較小的擋枯水期流量方案。

3.3 大壩各時(shí)段導(dǎo)流程序

第一年 10 月截流，河水由導(dǎo)流洞泄流，在此期間主要進(jìn)行大壩基礎(chǔ)施工，并形成壩體過流缺口；第二年春汛及大汛，由壩體缺口和導(dǎo)流洞聯(lián)合泄流，缺口右岸壩體繼續(xù)施工，第二年 10 月，開始填筑壩體缺口，河水由導(dǎo)流洞渲泄；第三年大汛由壩體攔洪，導(dǎo)流洞及溢洪道泄流。第三年9月下旬下閘蓄水。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

4.1 大壩上、下游土石圍堰

圍堰最大高度分別為 6.3 m 和 2.6 m。圍堰型式采用雙棱體進(jìn)占的粘土心墻土石圍堰，堰頂寬分別為 41.75 m和 27.10 m，圍堰兩側(cè)邊坡均為 1∶1.3。圍堰背水側(cè)堆石棱體與壩體相結(jié)合。 上下游圍堰堰 頂長(zhǎng)分別為 174.00 m 和97.00m。河床覆蓋層厚度為 8~13 m，且滲透系數(shù)很大，采用高噴灌漿作基礎(chǔ)防滲處理。

表2 各導(dǎo)流方案主要工程量比較表m3

4.2 大壩過流缺口

大壩過流缺口上游部分為水平段，下游部分為斜坡段，坡度比為 1∶6.5，水平段底高程為 204.50 m，斜坡段坡腳底高程為 199.00 m，缺口底寬為 55 m，兩側(cè)邊坡采用 1∶2。壩體缺口與導(dǎo)流洞聯(lián)合渲泄大汛 50 年重現(xiàn)期洪水時(shí)，壩體缺口平均流速可達(dá) 6~8m/s。在缺口上游水平段及缺口兩側(cè)采用鐵絲籠裝塊石防護(hù)，在缺口斜坡段采用混凝土楔形體防護(hù)，缺口坡腳下游采用鋼筋籠裝塊石防護(hù)，防護(hù)長(zhǎng)度為 20 m。

4.3 導(dǎo)流洞

導(dǎo)流洞進(jìn)口位于壩址上游約 300m 處，呈弧形布置在左岸，方圓形斷面尺寸為 6.5m×6.5m（寬×高），洞長(zhǎng)為 431.66 m，洞進(jìn)出口段明渠長(zhǎng)分別為 74.0 m 和 210.0 m，導(dǎo)流洞進(jìn)、出口底高程分別為 199.00 m 和 198.00 m。洞臉采取噴混凝土和錨桿加固處理，導(dǎo)流洞進(jìn)出口段各 20 m 范圍內(nèi)及洞身（0+205~0+245）m 段采用 0.50m 厚混凝土襯砌。其余部位采用錨噴支護(hù)，導(dǎo)流洞底板采用 0.15m 厚混凝土襯砌。導(dǎo)流洞進(jìn)口上緣采用橢圓曲線型，洞口兩側(cè)設(shè)有 3.0 m厚的混凝土翼墻，采用平板鋼閘門為封堵閘門，啟閉機(jī)平臺(tái)高程 226.50 m。

4.4 廠房圍堰

廠房尾水渠編織袋粘土心墻土石圍堰頂高程為198.50 m，圍堰最大高度為 5.5 m，圍堰頂寬為 8.0 m，兩側(cè)邊坡為 1∶1.5，堰頂長(zhǎng)度為 80m。尾水渠兩側(cè)漿砌石擋土墻編織袋粘土圍堰最大高度為 2.64 m，頂寬為 2.0 m，兩側(cè)邊坡為 1∶0.2，堰頂長(zhǎng)度為 150 m。

5 截流

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，截流時(shí)間選定在第一年 10月下旬，進(jìn)占時(shí)間為 10 月上旬，截流標(biāo)準(zhǔn)采用 5 年重現(xiàn)期旬平均流量 87.8 m3/s。圍堰采用上、下游圍堰同時(shí)進(jìn)占，立堵截流，合龍順序是先上游，后下游。經(jīng)水力計(jì)算，龍口寬度10～20m。合龍時(shí)上游最高水位為 203.5m，最大落差 3.95 m。龍口最大流速 4.0 m/s，拋石最大粒徑 0.70m。

6 排冰

壩區(qū)開河形式為文開、武開或半文半武兼而有之，武開形式大約平均 10年可遇一次。春季流冰冰塊尺寸較大，最大流冰速度為 2.27 m/s，最長(zhǎng)流冰持續(xù)時(shí)間為 22 d。流冰期流量變化幅度為 20～600m3/s。施工第二年排冰，主要由底寬 55 m 的壩體缺口通過。為順利排冰，需在下游段采取破冰措施，開通河道、開江時(shí)對(duì)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，尚要對(duì)流冰采取蓄冰在水庫(kù)措施。

7 下閘蓄水措施

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，下閘蓄水時(shí)間定為第三年 9月下旬，流量標(biāo)準(zhǔn)采用旬平均 5 年重現(xiàn) 期流量 82.6 m3/s。導(dǎo)流洞過此流量時(shí)閘門前水位為 203.40 m，采用動(dòng)水下閘。閘門設(shè)計(jì)擋水高度為 32.1 m。下閘完畢后，即拆除閘門啟閉設(shè)備并開始導(dǎo)流洞封堵段的混凝土施工。閘門全部關(guān)閉后，蓄水保證率按 70%計(jì)算，第四年 6 月末可蓄至最低發(fā)電水位 242.70 m。

8 結(jié)語

1）在高寒山區(qū)、河流洪枯流量差別大的條件下興建土石壩，施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)應(yīng)該重點(diǎn)分析、研究各個(gè)水文時(shí)段的洪水資料。結(jié)合此工程所在流域的特點(diǎn)，在滿足施工進(jìn)度的前提下，宜盡可能多地劃分導(dǎo)流時(shí)段，充分利用枯水期，從而節(jié)省導(dǎo)流工程量，降低工程造價(jià)。

2）在進(jìn)行導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，宜考慮水工建筑物的施工條件、施工強(qiáng)度，并充分利用永久泄洪建筑物參與宣泄洪水。 此工程中期利用壩體缺口泄洪，后期利用溢洪道泄洪，大大減小了導(dǎo)流洞的尺寸，降低了工程投資。

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2013-05-14