牡丹江流域某水電站的導截流方案設計

王宇軒 張正波 宗志聰 王碩

摘 要:根據該水電站的樞紐布置及地形、地質條件,其施工導、截流設計,設計的導流方案為:在距大壩110m處峽谷右岸開挖一條內徑8.0m圓洞型隧洞,導流洞長度為252.56m,隧洞進出口落差達到8m,水流條件好。隧洞進口高程為1153.00m,出口高程為1145.00m,底坡為3％。

關鍵詞:導流圍堰截留施工

中圖分類號:TB21 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0042-02

1項目背景

A電站位于吉林省牡丹江流域上。電站主要建筑物由攔河壩、導流兼泄洪洞、發電引水洞、調壓井、壓力鋼管及發電廠房等六部分組成,總裝機100Mw,裝機臺數兩臺,單機容量50Mw。其中攔河壩為常態混凝土拱壩,壩軸線長157.713m,最大壩高67.0m。

2項目施工水文條件

牡丹江流域內的初冰期一般發生在10月下旬,通常在11月上旬出現流凌,11月下旬封江,翌年3月下旬至4月初開江。封凍期最大冰厚1.28m。開江期的春汛及流冰一般不甚嚴重,很少形成冰塞現象。由此可見,蓮花水電站的水文分期明顯,洪枯流量比較大,一年內有5個月的冰凍封江期,流凌現象不嚴重,這些特性對施工導流設計有較大影響。

牡丹江流域控制集水面積8270km2,A電站壩址以上控制集水面積7090km2,占全流域的85.7%。

本工程施工水文資料分別見表1、表2、表3。

3方案比選程序研究

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范》(SD338～89)的規定,相應的臨時建筑物為5級,相應的導流標準為P=20%。

根據對《壩址不同頻率分期洪水成果表》進行比較分析,可以看出選擇11月至次年4月的導流時段較為合理,其在P＝20％的導流流量為299m3/s。

3.2 度汛標準及壩體臨時度汛

本工程度汛標準采用P=10%的全年洪水,相應流量為2800m3/s。考慮到常態混凝土重力拱壩的施工特點,為了能夠連續施工,本工程大壩施工度汛采用預留缺口聯合導流洞泄洪度汛。

4導流建筑物設計

壩址處河道狹窄,河道寬度在20m～30m之間,呈“Ω”形,采用隧洞導流條件較為優越。所以,本工程采用隧洞導流方式。

4.1 導流方案的比選

根據樞紐布置形式,結合水文、地形、地質條件等因素,提出如下方案進行比較。

方案一:在距大壩250m處峽谷右岸開挖一條6.5m×8.0m城門洞型隧洞,導流洞長度為470m,隧洞進出口落差達到19m,水流條件好。隧洞進口高程為1159.00m,出口高程為1140.00m,底坡為4.04％。方案二(與泄洪洞結合方案):在距大壩110m處峽谷右岸開挖一條內徑8.0m圓洞型隧洞,導流洞長度為252.56m,隧洞進出口落差達到8m,水流條件好。隧洞進口高程為1153.00m,出口高程為1145.00m,底坡為3％。上述兩個方案技術經濟比較如以下幾點。

(1)經濟指標。

方案一造價約為884萬元,方案二造價約為869萬元,從單一的導流工程來看兩個方案經濟指標上兩個方案差不多,但是方案二是結合永久泄洪洞來設計,對整個工程來說方案二在導流工程方面幾乎是零投資(投資計入永久泄洪洞)。因此,經濟指標上方案二優于方案一。

(2)技術可行性。

本工程上游河床寬度較狹窄,覆蓋層較厚,主要為大塊石崩踏堆積體。其中,左岸有不穩定崩踏堆積體,堆積體順河向長約100m,距壩址約80m,垂直河向長50m,體積約8萬m3。經過與中國地質大學進行的專題分析,專題設計提出將該部分需進行清除處理。

采用方案一,圍堰布置在峽谷中上部,施工技術上難度不大,可行性強。導流洞施工受到崩踏堆積體處理的施工干擾小,可獨立施工,而且,導流洞的封堵簡單;缺點是隧洞較長,施工時間長。采用方案二,圍堰布置在峽谷中部,施工技術上難度不大,可行性強。缺點是導流洞施工受到崩踏堆積體處理的施工干擾;優點是導流洞可與泄洪洞結合,減少工程投資,同時有利于大壩的安全運行。

因此,選擇方案二為本工程的推薦方案。

4.2 導流洞設計

(1)洞線布置。

由于導流洞和永久泄洪洞結合,導流洞布置在滿足導流要求的前提下還應盡可能滿足泄洪洞要求。所以,導流隧洞布置于大壩右岸,全長252.56m,隧洞進口直線段長42.90m,洞線方向為N2.59°E,轉彎段長78.39m,轉彎半徑為100m,轉角44.92°,出口直線段長131.27m,洞線方向為N47.68°E。隧洞進口底板高程為1153.00m,出口底板高程為1145.00m,底坡為3.2%。

(2)隧洞斷面型式選擇。

考慮到導流洞設計與泄洪洞相結合,導流洞斷面采用圓型斷面設計,經過水力計算,確定隧洞斷面尺寸襯砌后內徑為8m圓洞。

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。

(1)上游圍堰設計。

圍堰設計為土石混合圍堰,圍堰頂寬為6.5m,軸線長度為48m,最大堰高為16.3m,堰頂高程為1160.30m。上游側為堆石體截流戧堤,邊坡為1︰1.5,下游側堆石體邊坡為1︰2.0,采用防滲土工布結合控制水泥灌漿進行防滲處理。

(2)下游圍堰設計。

根據導流洞出口水位至流量關系曲線,選定導流流量對應的水位為1144.50m,圍堰軸線處河底高程為1137.9m。堰型為土石圍堰,設計堰頂高程為1145.0m,堰頂寬為3m,背水面坡度為1︰1.5,迎水面坡度為1︰2。

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、中期和后期三個階段。

前期導流:第一年2～10月,河道過流,進行導流洞施工;第一年11月至第二年4月,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:第二年汛期(5～10月),根據施工總進度安排,大壩澆筑到1167.50m高程,并在1157.00m高程大壩溢流堰右側預留寬50m的缺口,導流洞、沖砂底孔和大壩缺口聯合泄流,攔河壩進行預留缺口兩側的混凝土澆筑。后期導流:第二年11月至第三年4月,通過導流洞過流,攔河壩進行缺口部分混凝土澆筑、壩體灌漿和金屬結構部分施工,直至攔河壩竣工。

5截流施工方法研究

5.1 截流時段選擇

導流時段為11月至次年4月,根據施工進度安排,結合黃泥河水文條件,確定在10月截流。因為11月份P=20%月平均流量為108m3/s,截流難度不大。為能盡早進行圍堰填筑,以便于為大壩基坑施工創造條件,因此截流安排工程開工第一年11上旬進行。

5.2 截流施工

截流方式采用單戧立堵截流,單向進占。截流前先進行備料,對壩前蹦踏堆積體處理和壩肩看挖碴料進行篩選大粒徑料單獨儲備。截流時先采用大粒徑料進行填筑,然后再用開挖碴料進行填筑。

截流戧堤料采用1.5m3挖掘機裝15t自卸汽車運輸,推土機推平進占。

6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,節約工程投資,從而使工程順利進行。

參考文獻

[1] 楊文俊,宮平,朱紅兵.深水拋投砂礫石料的渡汛保護研究[J].長江科學院院報,2000(1).

[2] 賀昌海,胡志根,周宜紅,等.立堵截流方案風險度分析[J].中國工程科學,2002(4).

[3] 席燦勇,文亞豪.洪家渡水電站導截流設計[J].貴州水力發電,2001(4).

[4] 王兆邦,楊愛忠,唐華.巖灘水電站快速截流和上游土石圍堰施工技術[J].廣西電力工程,1998(1).

[5] 劉綠波,王光謙,冉啟華.三峽工程大江截流水流數學模型計算[J].泥沙研究, 1998(3).

[6] 周厚貴,劉光廷,王光謙.三峽深水截流堤頭坍塌計算及預報[J].清華大學學報(自然科學版),2002(4).

[7] 劉力中,郭紅民.三峽工程大江截流水力學試驗研究[J].人民長江,1997(4).