大渡河雙江口水電站施工導流規劃與設計

張 超，陳世全，龍軍飛，李玉珠，吳顯偉

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

大渡河雙江口水電站施工導流規劃與設計

張 超，陳世全，龍軍飛，李玉珠，吳顯偉

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

大渡河雙江口水電站礫石土心墻堆石壩壩高達312.00m，為世界第一高壩，其工程規模宏大，導流條件復雜。綜合考慮地形地質條件、樞紐布置、大壩施工等特性，施工導流分初期、中期和后期導流三個階段。文章從導流方式、導流標準、導流程序、導流建筑物設計、下閘封堵，以及初期蓄水與生態供水等方面簡要介紹了雙江口水電站施工導流設計的主要內容，為類似特高心墻堆石壩施工導流規劃與設計提供借鑒。

施工導流；導流程序；導流建筑物；生態供水；雙江口水電站

1 工程概述

大渡河雙江口水電站位于大渡河流域水電規劃“3庫22級”開發方案的第5級，是流域上游控制性水庫［1］。工程為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發電系統等組成。攔河大壩為土質心墻堆石壩，壩高達312.00m，壩頂高程2510.00m，為目前世界第一高壩。泄水建筑物包括洞式溢洪道、直坡泄洪洞、豎井泄洪洞和放空洞，其中洞式溢洪道、直坡泄洪洞及利用2#導流洞改建的放空洞位于右岸，利用3#導流洞改建的豎井泄洪洞位于左岸。引水發電系統布置于左岸，發電廠房采用地下式，廠內安裝4臺立軸混流式水輪發電機組，電站裝機容量200萬kW，多年平均年發電量約77.07億kW·h。經多方面論證，雙江口水電站建設的總體進度目標為：2015年汛后截（分）流、2022年底首臺機組發電、2024年6月完工。

施工導流設計作為大型水電工程建設成敗的關鍵環節，對其進行系統研究意義重大［2］。本文針對雙江口壩高庫大，導流條件復雜，牽扯因素眾多等特點，從多個方面系統介紹施工導流設計的主要內容，為確保工程施工安全與質量，優化施工方案提供技術支撐。

2 導流方式

雙江口水電站壩區河段洪水量大、歷時長，壩址段河谷深切，谷坡陡峻，河谷呈略不對稱的“V”型谷，大壩心墻基礎需開挖至基巖，不具備明渠或分期導流條件。并且兩岸山體雄厚，基巖出露，巖性以花崗巖為主，具有良好的隧洞布置條件，因此采用隧洞導流方式。

心墻堆石壩結構特性要求大壩施工期基坑不宜過水。同時，本工程規模巨大，發電經濟效益和社會效益顯著，控制第一批機組發電的關鍵線路為壩體施工，而大壩基礎處理及壩體填筑工程量大，若采用枯期導流時段，汛前大壩填筑形象面貌難以滿足擋水度汛的要求，從而影響發電工期，因此采用全年導流時段。

綜上所述，本工程采用“圍堰全年擋水、隧洞導流”的導流方式。

3 導流標準

根據大壩施工進度、導流方案等，施工導流分為3個階段，即初期、中期和后期導流。

3.1 初期導流標準

導流建筑物級別為3級，對于土石類導流建筑物，相應的導流標準為重現期50～20年。本工程水文實測和歷史洪水考證年限相對較長，樣本數量較多，經統計分析得到的頻率洪水分布比較接近河流的自身特性，穩定性較好，歷史上曾發生過大于30年一遇的洪水，考慮到本工程規模巨大，圍堰失事將對工程造成重大損失。采用風險決策等方法［3］對不同標準進行技術經濟比較，最終選定重現期50年一遇作為初期導流標準，相應設計流量4790m3/s。

3.2 中、后期導流標準

根據施工進度安排，結合規程規范，2020、2021年壩體施工期臨時度汛標準分別選用100年一遇和200年一遇，相應設計流量5300、5810m3/s。

2021年11月1#導流洞下閘封堵，2022年壩體度汛選用300年一遇（500年校核）設計標準，相應設計流量為6080（6460）m3/s；2020年9月底壩體填筑到2426.00m，超過死水位2420.00m高程，大壩具備死水位發電條件。2022年12月底第一臺機組開始發電，2023年壩體度汛標準選用500年一遇（1000年校核）洪水標準，相應設計流量為6460（6960）m3/s。

3.3 截流、下閘、封堵及蓄水標準

本工程規模巨大，按期截流、下閘及蓄水發電，經濟效益顯著，設計洪水標準宜選用規范規定的上限值。

截流標準采用10年一遇旬平均流量，截流時段為2015年11月中旬，相應流量為399m3/s。

導流洞下閘標準采用10年一遇旬平均流量。

導流洞封堵施工時段采用20年一遇洪水標準。

水庫蓄水標準為保證率75% ～85%，本工程按保證率上限85%考慮。

4 導流程序

由于樞紐工程規模巨大，圍堰工程量也相對較大，上游圍堰堰基防滲采用的封閉式混凝土防滲墻最大墻深71m，堰體最大高度56m。在基礎處理工程量大的情況下，一個枯期完建實現擋水、度汛，難度較大。因此，根據工程實際進展情況，圍堰防滲墻及堰體填筑分兩個枯水期施工。計劃于2015年進行分流，分流后由1#導流洞及過水圍堰過流，2016年進行河床截流。

初期導流從2015年11月中旬分流，到2020年2月壩體填筑超過圍堰頂高程，共40個月，期間由上下游圍堰擋水，1#導流洞過流。2016年11月上旬工程截流，1#導流洞過水，填筑上、下游圍堰。2017年 5月底，圍堰竣工。2017年 6月至2020年2月，1#導流洞下泄設計洪水（50年一遇洪水）4790m3/s時，上游水位2305.20m，上游圍堰頂高程2308.00m。

中期導流從2020年3月到2021年10月底1#導流洞下閘前，共20個月。2020年2月，壩體填筑到2309.00m，此時壩體施工可不需要圍堰保護。2020、2021年汛前，壩體分別填筑至 2320.00、2368.00m高程，由壩體臨時斷面形成的庫容分別為0.55、2.64億m3，其壩體臨時擋水度汛洪水標準分別選用100年一遇和200年一遇，流量分別為5300、5810m3/s，此時由壩體擋水，1#導流洞泄流、度汛，相應上游水位為 2314.10m和2323.70m。

后期導流從2021年11月 ～2024年4月，共30個月。2021年11月1#導流洞下閘，2021年11月～2022年4月，1#導流洞堵頭施工，由1#導流洞封堵閘門和壩體擋水，2#導流洞泄流。1#導流洞堵頭施工初期，由布置在左岸的施工期生態供水洞向下游供水，以滿足下游環保用水要求，堵頭施工后期由布置在右岸的2#導流洞向下游供水。

2022年5月底壩體填筑至高程2418.00m，2022年6月～2022年9月壩體擋水度汛設計洪水標準選用300年一遇，校核洪水標準選用500年一遇，流量分別為6080、6460m3/s，由壩體擋水，2#導流洞聯合3#導流洞泄流、度汛，相應上游水位分別為2409.35m和2413.49m。

2022年9月底壩體填筑至2426.0m，超過死水位2420.00m高程，工程具備蓄水發電條件。2022年10月底安排2#導流洞下閘，11月底庫水位蓄至2420.00m后，12月底第一臺機組即可投入運行。2022年10月～2021年4月封堵2#導流洞，并改建成放空洞，封堵堵頭施工期間由2#導流洞封堵閘門和壩體擋水，3#導流洞泄流。工程發電后由3#導流洞、放空洞、深孔泄洪洞和提前發電機組單獨或聯合泄流、度汛，并調節發電水位保持在最低發電水位2420.00m高程以上。

2023年5月底壩體填筑高程至2468.00m，2023年6月～2023年10月壩體擋水度汛設計洪水標準選用500年一遇，校核洪水標準選用1000年一遇，流量分別為6460、6960m3/s，此時由壩體擋水，3#導流洞聯合放空洞、深孔泄洪洞及提前發電機組單獨或聯合泄流、度汛，調蓄后相應上游水位分別為2447.60m和2451.11m。

2023年11月初3#導流洞下閘，2023年11月～2024年4月，3#導流洞堵頭施工，封堵堵頭施工期間，由3#導流洞封堵閘門和壩體擋水，放空洞聯合深孔泄洪洞泄流并保持上游水位在2425.00m左右。

2024年4月底，壩體完建，由永久泄水建筑物過流。

5 導流建筑物設計

雙江口水電站導流建筑物由上、下游圍堰，3條導流洞和1條生態供水洞組成，其中1#導流洞、3#導流洞和生態供水洞布置于左岸，2#導流洞布置于右岸，總體平面布置如圖1所示。

圖1 導流建筑物平面布置圖

5.1 圍堰設計

上游圍堰為全年土石圍堰，與大壩上游壓重區全結合，采用復合土工膜心墻接混凝土防滲墻型式。堰頂高程2308.00m，最大堰高56m，堰頂軸線長約245m，堰頂寬度12m，上游坡比為1∶2.00，下游坡比為1∶1.75。堰體采用復合土工膜心墻進行防滲，復合土工膜最大高度36m，堰基防滲采用封閉式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度71m，墻下設帷幕灌漿。防滲墻施工平臺以下防滲體及堆筑體為分流過水圍堰，先行施工。

下游圍堰為全年土石圍堰，與大壩下游壓重區全結合，采用復合土工膜心墻接混凝土防滲墻型式，堰頂高程2265.00m，圍堰最大堰高20m，堰頂軸線長約157m，堰頂寬度10m，上游坡比為1∶1.75，下游坡比為1∶2.00。堰體采用復合土工膜心墻進行防滲，復合土工膜最大高度10.50m，堰基防滲采用封閉式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度72m，墻下設帷幕灌漿。防滲墻施工平臺以下防滲體及堆筑體為過水圍堰，先行施工。

5.2 導流洞設計

結合水工樞紐布置及壩區地形、地質條件，對導流洞布置方案進行研究時，考慮主要布置原則有：①充分考慮導流建筑物與水工永久建筑物的結合，以減少工程投資，中、后期導流盡量利用永久泄洪建筑物；②導流建筑物的布置，除滿足過流要求外，還需考慮下游生態供水及封堵閘門下閘、擋水和運行等條件要求。

根據本工程大壩施工進度安排，為降低導流洞運行期、封堵期風險，同時兼顧防洪發電及下游供水要求，選擇導流建筑物分三層布置：1#導流洞布置在左岸，進口高程 2261.00m，出口高程2247.00m；2#導流洞布置在右岸，進口高程2340.00m，出口高程2260.0m，與放空洞部分結合；3#導流洞布置在左岸，進口高程2360.00m，出口高程2273.86m，與豎井泄洪洞部分結合。

（1）初期導流洞

綜合考慮單洞泄量、隧洞布置條件、隧洞結構、截流、下閘封堵及投資等技術經濟指標，確定初期導流采用1條導流洞方案。綜合比較導流工程運行、投資情況，同時滿足圍堰在一個枯水期完建擋水要求，并結合導流模型試驗成果確定1#導流洞斷面為15m×19m（寬×高），相應上游圍堰最大高度為56m。1#導流洞布置在左岸，洞線采用雙彎道布置，進口高程為2261.00m，出口高程為2247.00m，洞身長度1522.61m。

（2）中后期導流洞

綜合分析水工泄水建筑物布置、中后期導流壩體擋水度汛要求，導流洞運行、封堵，盡量降低工程投資等要求，兩岸各布置一條2#、3#導流洞。

2#導流洞布置在右岸，采用長有壓隧洞接無壓隧洞形式，無壓段與水工放空洞以“龍抬頭”方式部分結合。2022年11月～2023年4月，2#導流洞下閘封堵后，改建成放空洞。2#導流洞按長有壓隧洞設計，總長1999.40m。導流洞進口設置岸塔式閘室，進口底高程為 2340.00m，塔頂高程2380.00m，后接方圓形有壓隧洞，漸變段長為20m，有壓洞尺寸 9m×13.5m（寬 ×高），長度727.14m，有壓段出口采用1∶4壓坡結構，出口斷面尺寸9m×10.5m（寬×高），2#導流洞在樁號0+627.14m前隧洞底坡4.15‰，0+627.14m至有壓出口壓坡段底坡2%。無壓段采用城門洞型斷面，長1224.26m，底坡6.11%，尺寸11m×15.5m（寬×高）。

3#導流洞布置在左岸，與豎井泄洪洞部分結合布置，按短有壓隧洞設計。2023年11月～2024年4月，3#導流洞下閘封堵后，改建為豎井泄洪洞。3#導流洞布置在左岸，與豎井泄洪洞部分結合布置，隧洞進口底高程2360.00m，出口底高程2273.86m，洞身全長 1593.45m，隧洞底坡5.41%，其中結合段長933.21m。3#導流洞按短有壓隧洞設計，進口設置岸塔式閘室，閘室尺寸50m×20.5m×94m（長 ×寬 ×高）。進口閘室內設置平板封堵閘門及調洪水位發電的工作閘門，平板門孔口尺寸10.5m×11m（寬 ×高），工作門孔口尺寸10.5m×9m（寬×高），其間采用1∶5的水流壓板，工作閘門后無壓隧洞尺寸12m×16m（寬×高）。

5.3 施工期生態供水洞設計

由于1#導流洞進口高程與2#導流洞進口高程高差較大，經初步蓄水計算，按11月上旬85%蓄水保證率來量269m3/s，將水蓄至2#導流洞進口底高程2340.00m下游需斷水4.8天。

施工期生態供水洞布置在左岸，其任務是完成1#導流洞下閘后向下游供水，直至水位上升至2#導流洞進口高程以上，并由2#導流洞下泄供水。

施工期生態供水洞采用有壓隧洞后接無壓隧洞型式，進口高程2268.00m，出口高程2253.00m，隧洞全長1456.23m，分為有壓段、閘室段、無壓段。其中有壓段為城門洞型，斷面尺寸4.50m×6.00m（寬×高），長138.30m，底坡為平坡；閘室段長15.00m，閘室底高程2268.00m，內設弧形控制閘門，尺寸4.50m×5.50m（寬×高）；無壓段為城門洞型，斷面尺寸5.50m×6.50m（寬 ×高），長1302.94m，底坡1.15%。

6 下閘封堵

本工程各導流洞和生態供水洞完成相應使命后均需進行封堵，堵頭結構均為1級建筑物，結構安全級別1級，經堵頭穩定計算，結合大壩施工進度安排和水文條件等，擬定各隧洞下閘封堵計劃表如表1所示。

7 初期蓄水發電與生態供水

根據水利部水資源論證規范要求，結合本工程河道水文情況，初期蓄水期間須滿足向下游供水的流量不小于121m3/s。為此，在2268.00m高程設置施工期生態供水洞，利用弧形工作閘門控制下泄流量。

表1 隧洞下閘封堵計劃表

各時段蓄水標準均為來水保證率為85%的流量。1#導流洞2021年11月下閘封堵，1#導流洞采用單孔接力下閘，待上游水位超過2275.60m后全部下閘，后由施工期生態供水洞向下游供水。

11月85%保證率流量為269m3/s，在滿足向下游供水121m3/s流量前提下，蓄水分兩階段進行。①第一階段（下閘至 2320.00m）：第一階段水位2320.00m以下壩前水位上升速度對壩體穩定影響較小，壩前水位上升速度不控制，水位由2275.60m蓄至2320.00m需歷時4.1天；②第二階段（2320.00～2343.70m）：水位在2320.00m以上，壩前水位上升速度對壩體穩定影響較大，應控制水位上升速度。因高水位時施工期生態供水洞泄量較大，可滿足控制壩前水位上升速度要求，第二階段按1m/天蓄水速度將水位由2320.00m蓄至2343.70m（2#導流洞進口高程為2340.00m，此時滿足下泄121m3/s要求）需歷時23.7天。

2022年9月底，壩體填筑到2426.00m高程，超過最低發電水位2420.00m高程，工程具備蓄水發電條件。2022年10月下旬2#導流洞下閘，下閘初期由進口閘門局開使上游水位至3#導流洞進口高程2360.00m，后由3#導流洞調節控制下泄流量，水庫開始蓄水。3#導流洞進口高程2360.00m對應庫容2.09億m3，發電死水位2420.00m，對應庫容為8.15億 m3。蓄水標準采用10月下旬保證率85%的流量514m3/s。

經初步計算，在滿足向下游供水121m3/s流量前提下，上游水位由2#導流洞蓄至3#導流洞進口需95h，此后在滿足壩前水位上升速度要求前提下，按1.5m/天蓄水速度將水位由3#導流洞蓄至發電死水位2420.00m需歷時40天。經一個月的調試，2022年12月底第一臺機組可投入運行。

8 結語

結合地形地質條件，樞紐布置情況，以及大壩施工進度安排，綜合考慮水庫分期蓄水、提前發電，以及下閘封堵和生態供水等要求，通過可研階段大量的科研攻關研究，形成雙江口水電站施工導流規劃與設計的主要成果：

（1）本工程施工導流分為3個階段，即初期、中期和后期導流。初期導流采用“圍堰全年斷流，隧洞泄流”的導流方式，圍堰采用二期施工，提前分流的方式。

（2）施工導流洞采用了分層布置格局。同時，利用2#導流洞改建為放空洞，利用3#導流洞改建為豎井泄洪洞，有效降低了投資。

（3）特布置一條生態供水洞銜接蓄水滿足了下游河道生態供水的要求，解決了1#、2#導流洞進口高差較大帶來的環保難題。

本文成果為類似300m級特高心墻堆石壩施工導流規劃與設計提供了參考。

［1］中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司.四川省大渡河雙江口水電站施工導流專題研究報告［R］.2016.

［2］劉福玉.白石水庫施工導流優化方案探討［J］.水利規劃與設計，2015（10）：64-65，72.

［3］張超.葉巴灘水電工程施工初期導流標準優選［J］.人民長江，2016， 47（16）： 58-61.

［4］NB/T 35041-2014.水電工程施工導流設計規范［S］.

TV551.1

B

1672-2469（2017）10-0148-05

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.042

2017-05-22

成都勘測設計研究院青年科技基金項目（P294-2015）

張 超（1985年-），男，高級工程師。