嘉陵江巨亭水電站圍堰優化設計

張曉君 李 帥

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

巨亭水電站位于陜西省寧強縣境內嘉陵江干流，壩址位于寧強縣巨亭鎮上游5 km處，該電站上游為荷葉壩水電站，下游為陽平水電站。正常蓄水位599.0m，總庫容3 265萬m3，是一座以發電為主的Ⅲ等中型水利水電樞紐工程。

樞紐建筑物從右至左依次布置為：右岸副壩、泄洪閘壩段、電站廠房、安裝間和左岸副壩。泄洪閘、副壩、發電廠房及開關站等主要建筑物為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物。電站廠房布置2臺單機容量16MW和1臺單機容量8MW的貫流式水輪發電機組，總裝機40MW，機組滿發引用流量257m3/s；泄洪閘布置在河床偏右側，共5孔，孔寬13.0m，堰頂高程 577.0m，閘頂高程 602m，1#～4#孔采用WES實用低堰，5#孔采用平底閘。該工程于2010年開工建設，湖南省水利水電勘測設計研究總院2011年中途續接本項目的技施設計。

2 原導流設計

（1）導流方案。巨亭水電站采用一次攔斷河床隧洞導流方案，導流洪水重現期為5年，導流時段選用11月～次年4月，相應導流流量為Q20%=417m3/s。導流隧洞位于河床左岸，進口底板高程576.0m，出口底板高程575.0m，隧洞長295.87m，斷面型式為城門洞型，凈斷面尺寸（寬×高）為6.5m×6.5m。

施工程序及進度安排如下：

2011年11月進行河床截流，截流后進行圍堰加高培厚、基坑開挖、兩岸副壩、泄洪閘和電站廠房混凝土澆筑施工，枯水期河水由導流隧洞下泄。

2012年汛期基坑過水，汛前拆除上、下游枯期圍堰，汛期基坑內不安排主體工程施工，汛后繼續進行混凝土澆筑施工及金屬結構安裝。

2013年汛前完成泄水閘土建工程及閘門安裝，廠房進、尾水口完成下閘封堵。2013年汛期由廠房進出口閘門擋水，進行機組安裝，在2013年底首臺機組投產發電。

（2）圍堰設計方案簡介。原設計方案中圍堰采用枯期不過水土石圍堰，導流時段選用11月～次年4月，相應導流流量為Q20%=417m3/s。上游圍堰堰頂高程592.0m，下游圍堰堰頂高程579.5m，河床底部高程575.0m。

上游圍堰堰基采用高壓旋噴灌漿防滲，堰體采用高壓旋噴灌漿加復合土工膜防滲，堰頂寬度8.0m，最大堰高17m。要求在2012年3月底上游圍堰填筑至592.0m頂高程，滿足4月擋水要求。下游圍堰僅4.5m高，設計頂寬6.0m，堰體及堰基均采用高噴灌漿防滲。

在2012年5～10月的汛期不安排樞紐施工，為防止汛期洪水淘刷上游庫區右岸寶成鐵路的路基，確保路基邊坡穩定，設計在2012年5月洪水來臨前將本工程上、下游圍堰全部拆除至原河床高程，避免洪水沖擊基坑和抬高庫區洪水位，庫區寶成鐵路度汛標準按100年一遇全年洪水考慮。設計在2012年汛后再進行河床截流恢復上游圍堰。

3 圍堰優化設計

由于嘉陵江洪水特點是漲水快，退水慢，峰高量大，年最大流量在4～10月都有發生，大洪水多發生在6月下旬~9月，11月至次年4月為枯水期，5~10月為汛期。全年5年一遇洪水流量高達3 970m3/s，洪枯比大，汛期基坑內組織施工所采用的導流措施費用巨大，因此本工程汛期不安排基坑內主體工程施工。附表為壩址分期設計洪水成果表。

附表 壩址分期設計洪水成果表 m3/s

技施階段我們對原圍堰設計方案進行了分析研究，對上游圍堰結構型式進行設計復核，建議將上游圍堰優化為過水圍堰，下游圍堰過水后恢復工程量較小，因此下游圍堰結構形式維持原設計方案。

原導流設計方案中圍堰擋水標準為11月～次年4月5年一遇洪水，相應流量為Q20%=417m3/s，圍堰設計頂高592.0m。若選擇11月～次年3月時段5年一遇洪水，流量僅為Q20%=127m3/s，上游圍堰堰前水位為582.0m，圍堰只需修筑至583.0m高程。為擋4月份一個月的洪水，需將圍堰從583.0 m加高至592.0m，加高所需工程量及投資偏大，但由于工程為枯期施工，工期較為緊張，若完全放棄4月份的施工時間又會對工程進度或施工強度帶來一定的不利影響，綜合考慮后設計建議在母堰上設置子堰，將圍堰堰頂高程設為589.0m，按導流隧洞泄流能力，上游過水圍堰可擋350m3/s的來流量。

將上游圍堰優化為過水圍堰的主要依據如下：

（1）在《水利水電工程施工組織設計規范》中，規定有采用過水圍堰的型式，在湖南、廣西、貴州、四川等地的中小型水電工程中均有采用土石過水圍堰的成功先例。

（2）按照SL 303-2004《水利水電工程施工組織設計規范》規定，本工程導流建筑物為5級，過水標準可按全年5年一遇洪水3 970m3/s設計，扣除導流隧洞泄流后，堰頂過流量約3 600m3/s，堰頂長約105m，則其單寬流量約34m3/s/m，其過水流量和過堰流速，在對過水圍堰堰面采用混凝土護面防護后是可以控制的，因此本工程上游圍堰采用過水圍堰在技術上是可行的。

（3）改為過水圍堰后，母堰頂高583.5m，當遭遇全年5年一遇洪水3 970m3/s流量時，上游圍堰堰前水位590.5m，下游水位585.0m；當遭遇全年10年一遇洪水5 420m3/s流量時，上游圍堰堰前水位592.5m，下游水位586.8m；而本工程正常蓄水位599.0 m，施工期受影響的部分寶成鐵路路基可在2012年汛前完成防護施工，因此，在設計過水標準下不會因為改建過水圍堰而對上游庫區寶成鐵路造成大的破壞。原設計采用汛期拆除圍堰的方案，一個重要原因是考慮保證寶成鐵路100年一遇的度汛標準，湖南水電院認為100年一遇的標準是對于長期運行而言的，對于本工程僅1~2年的短期施工時間內度汛標準可適當降低。

（4）原方案中計劃在2012年汛前將圍堰全部拆除至原河床高程，采用過水圍堰可減少圍堰拆除工程量，更可減少2012年汛后圍堰恢復的工程量，2012年汛后不需要再進行截流與高噴灌漿防滲等，減少工程投資。經經濟分析，雖然改為過水圍堰后增加了過水圍堰保護的投資費用，但減少了圍堰拆除的費用、圍堰二次截流恢復以及二次高噴灌漿及修筑的費用，也可解決二次修筑圍堰時料源不足的問題，在經濟上是合理的。

（5）本工程施工工期非常緊張，洪水期基本不安排基坑施工，第一個枯水期（即2012年汛前）主要進行基坑開挖與廠房、泄水閘等底板混凝土澆筑；第二個枯水期（2012年11月至2013年4月）要求完成全部5孔泄水閘施工，廠房進、尾水門下閘具備擋水條件。將上游圍堰改為過水圍堰后汛后可直接進行基坑排水恢復生產，不需再進行河床截流及圍堰高噴灌漿等，可最少節約直線工期2個月，確保2013年汛前完成5孔泄水閘施工，使泄水閘在2013年汛前具備擋水條件。

基于以上分析，對原圍堰方案和現過水圍堰方案綜合比較，顯示圍堰采用過水圍堰方案后對工程投資、施工難度、施工進度等各方面都是有利的。

4 結 語

本次巨亭水電站上游圍堰已按優化后的設計結構型式進行施工，且已經經過了2012年汛期洪水的檢驗。上游過水圍堰母堰防護采用0.7m厚混凝土護面，背水面邊坡1∶2.5，背水面579.0m處設5.0m寬平臺，經過2012年汛期洪水后，上游圍堰母堰基本無破壞，過水效果較好，在節省工程投資的同時有效地節約了施工工期，為2012年汛后的生產恢復工作提供了有利的保障。

嘉陵江是長江的一級支流，嘉陵江上游陜西境內共規劃16個梯級，目前正在各方努力下積極開發建設，對于這種洪枯比大、河床相對狹窄的河流，采用枯水期導流是較好的選擇；同時在考慮過水圍堰對庫區重要設施的洪水雍高臨時性影響時，應注意不宜采用其永久運行狀態下的設計洪水標準。