務川沙壩水電站攔河大壩施工導流設計

□劉 凌(貴州省水利水電勘測設計研究院)

1.工程概述

務川沙壩水電站位于烏江水系一級支流洪渡河上，距務川縣城約9.0km，工程區(qū)域緊靠遵義至務川公路。行政區(qū)劃隸屬貴州省遵義地區(qū)務川縣都濡鎮(zhèn)，工程區(qū)內有支線通過，可以用作施工道路。由于主體工程施工后，務川至德江的公路將被截斷,因此，在主體工程開工前，需對工程區(qū)內的原交通路段進行改建，新建改線公路長4.95km。

本工程主要建筑物由攔河壩、導流洞、發(fā)電引水洞、壓力鋼管及發(fā)電廠房等5部分組成，總裝機30MW，裝機臺數兩臺，單機容量15MW。其中攔河壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高82m。

2.導流條件

2.1 水文、氣象條件

由于水庫所在河流為山區(qū)河流，洪枯流量變化大，全年與枯水期同頻率洪水相差較大。壩址以上集水面積1396km2，主河道長101.72km，河道平均坡降3.52‰，河流呈羽毛狀發(fā)育，壩址位置多年平均流量32.2m3/s，多年平均年徑流量10.15億m3，本工程施工水文資料見表1。

洪渡河流域氣候屬亞熱帶季風氣候類型。主要受兩高切變和冷風低槽型天氣系統(tǒng)影響，其氣候特點冬暖夏涼，四季分明，雨量充沛。最大降雨量1601.4mm，最小降雨量866.4mm，降雨集中在4～9月，5～8月降雨量691.0mm，占年總量55.8%。歷年實測最大日降雨量189.1mm。

據務川縣氣象局歷年資料統(tǒng)計：年均氣溫15.5℃，極端高溫39.5℃，極端低溫-6.8℃，年平均日照時數1014.6h，無霜期287d。

2.2 導流洞工程地形地質條件

壩址位于200～300m長的峽谷段，水面寬20～30m。兩岸地形陡峭，河谷斷面呈“U”字型峽谷，兩岸山體雄厚，基巖裸露，壩址區(qū)出露地層巖性為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)的灰色、深灰色中厚至厚層灰?guī)r。壩址巖體較堅硬，抗風化能力較強，據鉆孔、平洞及物探揭露，河床覆蓋層厚1～3m，主要為砂卵石層夾少量崩塌塊石。

表1 務川沙壩水電站分期洪水流量表 單位：m3/s

導流隧洞擬布置于大壩右岸，隧洞為城門洞型斷面，6m×7.5 m。隧洞進出口地形均較陡，為斜～逆向坡，自然邊坡及開挖邊坡均屬穩(wěn)定，掛洞條件較好。導流洞以Ⅲ類圍巖為主，Ⅳ類圍巖主要分布于進出口段（約占5%）。

3.施工導流方案及導流程序

3.1 導流標準及導流時段選擇

本電站為Ⅲ等工程，主要建筑物攔河壩為3級建筑物，根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SD338～89）的規(guī)定，相應的臨時建筑物為5級，相應的導流標準為P=20%。

根據對《務川沙壩水電站分期洪水流量表》進行比較分析，可以看出選擇11月～次年4月的導流時段較為合理，其在P＝20%的導流流量為302m3/s。

3.2 度汛標準及壩體臨時度汛

本工程度汛標準采用P=5%的全年洪水，相應流量為3360m3/s。考慮到碾壓混凝土重力拱壩的施工特點，為了能夠連續(xù)施工，本工程大壩施工度汛采用壩身過水聯合導流洞泄洪度汛。

4.導流建筑物設計

4.1 導流方式

根據壩址地形、地質和水文條件以及樞紐建筑物的布置特點，本工程壩址河谷寬20～30m，不適宜采用分期圍堰導流方案，壩址兩岸成洞條件較好，可采用隧洞導流方式。因此，本工程壩址導流方式均采用一次攔斷隧洞導流方式。

4.2 導流洞設計

由于壩址位置河道平直，河谷兩岸對稱，左、右岸洞長度相差不大，如果導流隧洞布置在左岸，為解決開挖運輸出渣，需在隧洞進出口修建兩座或一座施工橋與原公路連接。而導流隧洞布置在右岸，交通運輸可直接和原公路結合。因此，將導流洞布置在右岸。

導流建筑物設計的型式為6m×7.5m的城門洞型，拱頂中心角120°，經過計算分析，對Ⅲ類圍巖洞身段采用隨機錨桿噴混凝土進行支護，混凝土標號C20，厚度10cm。對Ⅳ類圍堰采用鋼筋混凝土襯砌支護，混凝土標號C20，厚度30cm。進口底板高程550.561m，出口底板高程548.00m。

4.3 圍堰設計

由于本工程粘土料場儲量豐富，對土石圍堰施工用料有保證，故本工程圍堰設計為土石圍堰。

上游圍堰設計時，做了過水圍堰和不過水圍堰的比較，不過水圍堰比較經濟，但要求大壩壩體施工必須在汛前達到上游圍堰堰頂高程以上，第二個枯水期來臨時，由壩體擋水。而過水圍堰主要適合汛前壩體上升達不到圍堰堰頂高程，圍堰在下一個枯水期來臨時還要工作這種情況，根據進度計劃，大壩壩體施工完全能在汛期來臨前上升到上游圍堰堰頂高程以上，故而放棄過水圍堰方案。下游圍堰設計考慮到與大壩下游二道壩相結合，在汛前將二道壩施工至下游圍堰堰頂高程，在第二個枯水期來臨時由二道壩承擔下游圍堰的圍護工作。因此，下游圍堰設計也為不過水圍堰。

上、下游均為土石圍堰，其中上游圍堰擋水面和背水面坡度均1：2.0，下游圍堰擋水面坡度為1：2.0，背水面坡度1：1.5，上游圍堰堰頂高程562.647m，頂寬6.0m，下游圍堰堰頂高程552.30m，頂寬3.5m。

4.4 導流程序

根據本工程的特點，攔河壩施工導流分為前期、中期和后期3個階段。

前期導流：第1年6月～10月中旬，河道過流，進行導流洞施工；第1年10月下旬～第2年4月上旬，河床截留，通過導流洞過流，攔河壩進行河床基礎開挖和壩基混凝土澆筑。

中期導流：第2年汛期（4月上旬～10月中旬），根據施工總進度安排，大壩澆筑到570m高程，壩身過水，導流洞聯合泄流度汛。

后期導流：第2年10月中旬～第3年4月上旬，通過導流洞過流，攔河壩進行570m高程以上部分混凝土填筑、壩體灌漿和金屬結構部分施工，直至攔河壩竣工。

5.結語

對修建在高山峽谷地帶徑流量大的高水頭水電站，施工導流是工程能否實施的關鍵，同時也關系到項目技術經濟指標。在進行施工導流設計時，應緊密結合工程的總體設計考慮，盡可能臨時和永久工程結合，節(jié)約工程投資，從而使工程順利進行。