雙溝水電站生態流量泄放工程進水口施工導流方案研究

徐懷聚，解紅軍，姜殿成，李佩南，田偉峰

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概述

雙溝水電站位于小山水電站下游，為松江河梯級電站第二級電站，樞紐工程由混凝土面板堆石壩、岸坡溢洪道、引水系統及發電廠房等建筑物組成。水庫死水位567.00 m，正常蓄水位585.00 m，水庫總庫容3.88×108m3，電站總裝機140×2 MW。雙溝水電站已于2009年9月22日下閘蓄水，2010年4月25日兩臺機組正式投產發電。

雙溝水電站為混合式開發，在大壩下游與廠房間形成2.5 km的脫水段，為滿足下游環境用水，根據國家環境保護總局要求，需落實雙溝電站生態流量泄放設施。經綜合技術經濟比較，選定在導流洞內布置生態泄流管線。

2 生態流量泄放工程進水口布置

生態流量泄放工程主要建筑物由進水口引水段、豎井消能段及后部導流洞明流出水段三部分組成，進水口引水段包括短壓力進水口及閘門井后面的明流引水隧洞，豎井消能段包括渦室、豎井收縮段、豎井均勻段和下部淹沒消力池等，消力池也作為后部導流洞明流出水的壓力進水口段。

進水口布置于河道左岸，溢洪道堰前100 m處（溢洪道樁號：0-100.00 m），地面高程590 m，圍巖為安山巖，為微風化巖石，屬弱透水巖體。閘門井周段圍巖均為Ⅳ類巖體。根據溢洪道堰前的地形及地質條件，堰前為一高程為564.10 m平臺，該高程為泄水隧洞進水口開挖底高程，進水口中心高程為565.40 m。

3 泄水隧洞進水口施工導流方案研究

泄水隧洞進水口位于已蓄水的雙溝水庫內、溢洪道進水渠側壁，進水口平臺高程為564.1 m，水庫死水位為567.0 m。泄水隧洞工程施工分兩階段進行：第一階段，先在進水口段預留8 m長巖塞擋水，進行閘門井及泄水洞開挖、襯砌施工，施工期間水庫可正常運行；第二階段，待洞身和進水口結構施工完畢后，在第二年汛前期進行泄水洞進水口預留段施工。

針對進水口預留巖塞段施工方案進行了比選：方案一為水庫降水至死水位567.0 m、設置施工圍堰方案；方案二為水下巖塞爆破方案；方案三為水庫降水至進水口564.1 m平臺以下高程563.5 m、不設置施工圍堰方案。

1）方案一。導流方案為在進水口平臺設置擋水圍堰，通過機組發電，使進水口預留段施工期間庫水位控制在不超過死水位567.0 m運行，進水口預留段施工完成后泄水隧洞下閘，拆除圍堰。進水口段施工期間，考慮經常性排水措施，保證基坑內干地施工。

泄水隧洞圍堰位于溢洪道上游泄水洞進水口處，采用編織袋土圍堰，頂高程為567.5 m，高3.4 m，頂寬為4.0 m，迎、背水側邊坡均為1∶2.0。編織袋土由碼頭裝駁船運至施工部位，人工水下拋填。

方案一降低庫水位運行損失電量：雙溝水電站多年平均發電量為3.990億kW·h，電站額定水頭為97 m，根據施工進度計劃安排，第二年4月15日至6月15日兩個月時間（進行圍堰填筑、進水口巖塞段施工、圍堰拆除）水庫不超過死水位567.0 m，考慮到提前降水和水庫回蓄時間，經計算，方案一降低庫水位運行損失電量約0.13億kW·h。

2）方案二。水下巖塞爆破方案選定為大孔徑排孔的爆破方式、集渣坑集渣方案。水下巖塞爆破設計起爆水位為正常蓄水位585.00 m，相應起爆水深為20.90 m。設計巖塞體型選擇圓形，巖塞軸線按照基本與巖塞外地形線垂直進行布置。根據本巖塞的實際情況和要求，巖塞軸線與水平線的夾角為30°，內開口直徑2.0 m，外開口直徑3.96 m，上沿厚度3.05 m，下沿厚度2.93 m，平均厚度3.00 m。巖塞方量為21.68 m3，巖塞厚度與直徑比值為1.5。

集渣坑體積按松散體的2倍計算，相應的集渣坑尺寸為寬×深×長=3.0 m×2.5 m×10.0 m，保證集渣坑容積不小于70 m3。

大孔徑排孔爆破鉆孔布置方式：在直徑為0.5 m的圓周上布置4個掏槽孔，孔口間距為0.35 m；在直徑為1.3 m的圓周上布置12個主爆破孔，每30°布置1孔，孔口間距為0.34 m；第三圈為預裂爆破輪廓孔，共布置21孔，孔口間距為0.30 m。同時為了保證掏槽爆破的效果，在巖塞中心部位布置一個中心空孔。孔底距離迎水面的距離按0.5 m控制。巖塞爆破裝藥量計算見表1。

表1 巖塞爆破裝藥量計算表

3）方案三。導流方案為通過機組發電，使預留巖塞段施工期間庫水位維持在563.5 m以下運行，保證泄水洞進水口預留段開挖、襯砌的干地施工。

方案三降低庫水位運行損失電量：雙溝水電站多年平均發電量為3.990億kW·h，電站額定水頭為97 m，根據施工進度計劃安排，水庫第二年6月份一個月時間（進行進水口巖塞段施工）水位維持在不超過563.5 m，考慮到提前降水和水庫回蓄時間，經計算，方案三降低庫水位運行損失電量約0.125億kW·h。

泄水洞進水口預留巖塞段施工方案比較見表2。

經上述技術經濟比較知：方案二可在正常蓄水位下施工，不存在電量損失，但水下巖塞爆破施工難度較大，質量不易控制，存在一定風險；方案一、方案三可保證進水口巖塞段在干地施工，施工較為簡便，能夠保證施工質量，但兩個方案均需降低庫水位運行，存在一定的電量損失；方案一、方案三通過機組降低庫水位技術可行，電量損失大致相當，但方案三不需設置擋水圍堰，且要求降低庫水位運行的時間也較短，經綜合分析比較，選擇方案三為進水口預留巖塞段施工導流方案。

表2 泄水洞進水口預留巖塞段施工方案比較表

4 進水口巖塞段施工期間水庫降水措施分析

根據施工進度安排，進水口預留巖塞段的施工時段在第二年汛前期的6月份。由于其施工歷時很短（不超過1個月），且在預留巖塞段施工期間，可提前將生態流量泄放工程的進水口閘門下閘擋水度汛，即使預留巖塞段施工期間淹沒進水口平臺，也可根據水情預報和梯級電站調度運行情況，提前及時撤離預留巖塞段施工的人員和設備，淹沒進水口平臺的后果很小，故從導流建筑物的保護對象、工作時間、失事后果、導流建筑物型式等因素綜合考慮，導流設計洪水標準按汛前期重現期3年。

泄水隧洞進水口施工方案為通過機組發電，使預留巖塞段施工期間庫水位維持在563.5 m以下運行。

雙溝上游的小山電站是松江河梯級電站的龍頭，電站工程2001年樞紐工程通過專項竣工驗收。雙溝汛前期流量由小山—雙溝區間流量及小山機組發電流量組成。汛前期3年重現期小山—雙溝區間流量203 m3/s，小山機組發電設計引用流量210 m3/s，調度運行方式主要為調峰。預留巖塞段施工期間，雙溝機組調度運行方式主要為調峰。

雙溝水庫為多年調節水庫，電站機組額定泄流量為325.7 m3/s。庫水位563.5 m機組額定引用流量286 m3/s。

根據小山水庫2003—2011年汛前期6月份實際運行水位分析可知，水庫歷年水位均低于水庫的正常蓄水位，最高為2011年的679.14 m，距離水庫正常蓄水位683 m還有3.86 m，其間庫容為1487萬m3，能夠蓄存小山水庫汛前期3年一遇洪水，使小山水庫在發生3年一遇頻率的洪水時不泄洪。

1）在預留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區間發生汛前期3年一遇頻率洪水時，根據上述小山電站汛前期實際運行情況分析可知，小山電站的庫容能夠蓄存小山水庫汛前期3年一遇洪水，使小山水庫在發生3年一遇頻率的洪水時不泄洪。通過小山電站的調蓄作用，此時雙溝電站汛前流量為小山—雙溝區間流量203 m3/s，由于雙溝庫水位563.5 m機組額定引用流量為286 m3/s，大于汛前期重現期3年區間流量203 m3/s，通過雙溝機組發電，可使雙溝庫水位維持在563.5 m以下運行。

2）在預留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區間發生小于汛前期3年一遇頻率洪水時，小山電站的運行方式應根據小山—雙溝區間的流量情況進行調度調節，適時調整小山電站的發電時間及機組發電流量，以保證小山電站的發電流量與小山—雙溝區間流量之和小于雙溝電站機組額定引用流量286 m3/s，通過雙溝機組發電，使雙溝庫水位維持在563.5 m以下運行。

3）在預留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區間發生超過汛前期3年一遇頻率洪水，可能淹沒進水口平臺（高程564.1 m）時，則應根據水情預報，提前將生態流量泄放工程進水口閘門下閘擋水度汛，并及時撤離預留巖塞段施工的人員和設備。

5 結語

雙溝水電站生態流量泄放工程進水口預留巖塞段的施工歷時很短，施工方案采用水庫降水方式，可以保證進水口干地施工及進水口開挖、襯砌的施工質量；施工時段內通過雙溝水電站機組發電及上游小山電站的調蓄作用，可以滿足水庫降水要求，保證進水口預留巖塞段施工的進度及質量。