某水電站導(dǎo)流洞優(yōu)化設(shè)計

【摘要】在某水電站導(dǎo)流洞的設(shè)計過程中，隨著設(shè)計階段的深入和相關(guān)工程條件的逐步清晰，設(shè)計不拘一格大膽創(chuàng)新，進行了一系列全方位的優(yōu)化，加快了施工進度、按期完成了導(dǎo)流洞節(jié)點分流目標，節(jié)約了工程投資，效果非常明顯。導(dǎo)流洞過流后，已經(jīng)安全運行兩年，并經(jīng)過了一個汛期的考驗。本文對某水電站導(dǎo)流洞的設(shè)計優(yōu)化過程和成果進行詳細的介紹，可以同類工程設(shè)計參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】水電站；導(dǎo)流洞；優(yōu)化設(shè)計

1、概述

某水電站是河道規(guī)劃的梯級電站，距離上游水電站30km，上游水電站具有季調(diào)節(jié)功能，本水電站屬二等大（2）型工程，電站的開發(fā)任務(wù)是發(fā)電，樞紐工程由碾壓混凝土重力壩、壩身開敞式溢流表孔、右岸引水系統(tǒng)+地下廠房等主要建筑物組成。

導(dǎo)流洞級別為4級，設(shè)計洪水標準為5年一遇。導(dǎo)流洞作用為枯期過流，汛期聯(lián)合其它泄水通道過流度汛。具體導(dǎo)流方式為：枯期采用土石圍堰一次攔斷河床、隧洞導(dǎo)流；截流后第一個汛期由導(dǎo)流洞和大壩基坑聯(lián)合過流，第二個汛期由導(dǎo)流洞和大壩預(yù)留缺口聯(lián)合泄流度汛。

導(dǎo)流洞布置在河道右岸，為8×10m（寬×高）的城門洞型斷面；導(dǎo)流洞有進口明洞段、洞身段、洞身閘門井、出口明洞及出口明渠組成；進口為明洞型式，明洞段長10.00m（交通需要）；出口由明洞和明渠組成，明洞段長22.90m（交通需要），明渠長15.50m。洞身段總長590.43m，縱坡0.3387%。

導(dǎo)流洞開挖揭露的主要地層為O1t3中厚～厚層夾薄層微晶灰?guī)r和O1t2-3薄層灰?guī)r與薄層泥巖互層。樁號0+000～0+431.78段全部為O1t3地層；0+431.78～0+590.43段洞身上半部分為O1t3地層，下半部分為O1t2-3地層。

2、可研方案比選

導(dǎo)流方案采用枯期隧洞導(dǎo)流，汛期采用基坑過流或大壩預(yù)留缺口聯(lián)合泄流的方式，故布置一條隧洞即可滿足施工期導(dǎo)流要求，且導(dǎo)流洞布置在左、右岸均可行，見圖1。經(jīng)分析，這兩個布置方案的上下游圍堰布置基本相同，因此僅對導(dǎo)流洞布置方案進行比較分析，見表1。

通過以上分析，右岸導(dǎo)流洞在經(jīng)濟性和工期上具備明顯優(yōu)勢，最終選定導(dǎo)流洞布置于右岸。右岸導(dǎo)流洞布置上存在以下特點：

（1）巧妙的布置在大壩（河道）與廠房及相關(guān)洞室之間的有限區(qū)域，最終布置軸線距離大壩（河道）最小距離為5m，距離廠房及相關(guān)洞室最小距離為11m，距離不滿足規(guī)范相關(guān)規(guī)定，采取了混凝土加固和現(xiàn)場爆破控制的實施方案解決。

（2）進口利用河道左岸的一個大沖溝布置，不僅縮短了隧洞布置長度，節(jié)省了投資和工期，而且利用沖溝布置施工設(shè)施，方便了施工。

（3）導(dǎo)流洞與尾水隧洞斜向交叉，導(dǎo)流洞底板與尾水洞頂拱之間圍巖厚度約6.4m，按照施工進度計劃，導(dǎo)流洞先進行施工，后期導(dǎo)流洞過水時，進行尾水洞的施工。在設(shè)計過程中，按照“如果交叉段導(dǎo)流洞與尾水洞之間的圍巖坍塌，需要保證導(dǎo)流洞能單獨正常運行”考慮，確保了施工安全和正常運行。

（4）隧洞出口轉(zhuǎn)彎后直接進入河道，未經(jīng)過充分的水流調(diào)整，與規(guī)范中直線段長度不宜小于5倍洞徑的要求相差甚遠，但由于本規(guī)范為推薦規(guī)范，本工程受地形影響較大，在設(shè)計充分論證和采取其它措施的前提下，突破了本條規(guī)定。

（5）導(dǎo)流洞出口地形陡峻，如果按常規(guī)設(shè)計開挖面與洞軸線垂直的方案，則開挖面高，開挖量，施工難度大，最終順應(yīng)天然地形，減少開挖，直接斜向進洞。

左岸導(dǎo)流洞 導(dǎo)流洞斷面型式為城門洞型，過水斷面8×10m，過水面積75.18m2，洞長630.0m；進出口高程分別為341m、339m。在平面上轉(zhuǎn)兩個彎，轉(zhuǎn)彎半徑均為60m，轉(zhuǎn)彎角分別為44.16°和45.19°。 ① 導(dǎo)流洞與進場交通各處一岸，施工及運行時互不干擾。 ①由于場內(nèi)交通進場方向為右岸，需在籌建期解決跨河施工問題，上下游均需設(shè)置貝雷橋。投資較高，導(dǎo)流工程土建及跨河交通約4257萬元。

②導(dǎo)流洞布置在左岸，準備期將相對延長，導(dǎo)流洞開工時間將推后，對總工期不利。

3、方案實施優(yōu)化

實施階段，實際進度和設(shè)計進度發(fā)生了變化，地質(zhì)條件也更加明朗，因此在實施過程中根據(jù)實際情況主要進行了以下調(diào)整和優(yōu)化。

（1）取消了上游施工支洞：原設(shè)計考慮進口汛期施工，從施工支洞開挖進入主洞，然后分別從上下游方向開挖導(dǎo)流洞，但實施時，可以利用上游水電站的調(diào)蓄和水情預(yù)報，設(shè)計建議導(dǎo)流洞分上、下兩層開挖，直接從導(dǎo)流洞進口進洞，待下層開挖時，已經(jīng)進入枯期，下層開挖風險較小；另外，施工支洞開工時間相對滯后（推遲了3個月），原設(shè)計的施工支洞進洞時間和主洞進洞時間發(fā)生重合，如果繼續(xù)開挖上游施工支洞，則開挖到與導(dǎo)流洞交叉點時，從導(dǎo)流洞進口開挖的工作面已經(jīng)超過施工支洞與導(dǎo)流洞交叉點，施工支洞的實施已經(jīng)失去了意義。另外，利用上游水電站的調(diào)蓄和水情預(yù)報，設(shè)計建議導(dǎo)流洞進口開挖的同時，從河岸修筑便道，到達導(dǎo)流洞出口工作面，這樣可以加快施工進度，通過以上有利條件的利用和分析，最終并沒有耽誤總工期。

（2）取消部分洞段的固結(jié)灌漿：為增加圍巖的堅固完整性，發(fā)揮圍巖和混凝土襯砌的聯(lián)合支撐作用，原設(shè)計對洞身圍巖較差的洞段設(shè)置了固結(jié)灌漿。在實施過程中，經(jīng)過對導(dǎo)流洞運行條件分析，對導(dǎo)流洞的固結(jié)灌漿進行了優(yōu)化。本工程閘門井布置于導(dǎo)流洞中間部位，閘門井前面運行、封堵期內(nèi)外水頭基本平衡，承受外力相對較小，經(jīng)分析取消了閘門井前面的固結(jié)灌漿；洞身開挖之后，對閘門井之后洞段進行了壓水試驗，對閘門井后部分洞段進行了壓水試驗，通過資料分析，部分洞段透水率很小，最終取消了透水率很小洞段的固結(jié)灌漿。

（3）導(dǎo)流洞進口調(diào)整：導(dǎo)流洞實施階段，砍掉導(dǎo)流洞進口部位植物，對導(dǎo)流洞進口地形進行了高精度測量和詳細查勘，經(jīng)過分析，調(diào)整了導(dǎo)流洞進口進洞方案，由原設(shè)計的直線進洞調(diào)整為轉(zhuǎn)彎進洞，由于調(diào)整后洞口沖溝寬度較原進口沖溝寬度增大，減小了沖溝地形對進洞水流的影響。

（4）導(dǎo)流洞洞身優(yōu)化：導(dǎo)流洞洞身上半部先行貫通，然后進行下半洞的開挖，根據(jù)上半部開挖揭露的實際地質(zhì)情況，對洞身開挖、支護和襯砌進行優(yōu)化，由于下部開挖后很快就要襯砌，因此，取消了下部大部分的噴混凝土；部分圍巖較好洞段，直接取消襯砌，改為噴錨支護。

（5）堵頭施工程序調(diào)整：原設(shè)計堵頭段開挖和襯砌結(jié)構(gòu)均為楔形體，在施工期要形成；經(jīng)過討論認為，先期形成楔形體，開挖和襯砌復(fù)雜施工復(fù)雜，同時對過流時水流流態(tài)和過流能力影響較大，決定在封堵時再開挖形成楔形體，然后封堵。

（6）導(dǎo)流洞出口明洞優(yōu)化：根據(jù)現(xiàn)場揭露的地質(zhì)情況，導(dǎo)流洞出口明洞基礎(chǔ)的地質(zhì)情況較原勘探差，大部分底板基礎(chǔ)坐落在覆蓋層上，其地基承載力及抗沖能力不能滿足設(shè)計要求。為此，調(diào)整了原設(shè)計導(dǎo)流洞出口明洞的交通功能，取消原明洞段結(jié)構(gòu)，原交通路線的調(diào)整并沒有增加工程投資。原導(dǎo)流洞明洞起著導(dǎo)引水流進入主河道的作用，取消后采取了明渠導(dǎo)引的方案。

（7）與交通洞交叉段施工程序：交通洞原設(shè)計從導(dǎo)流洞出口明洞接入，出口明洞調(diào)整后，交通洞從導(dǎo)流洞洞身上部穿過，交通洞底板距離導(dǎo)流洞洞身頂拱僅1.5m，交通洞施工時，下部導(dǎo)流洞已經(jīng)挖通，為了施工期安全和后期導(dǎo)流洞正常運行，設(shè)計最終采取了挖穿兩洞之間巖體，在澆筑明拱跨越導(dǎo)流洞的方案方案。

4、總結(jié)

通過優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省了工期達3個月，工程開工后，施工經(jīng)過了一個枯期，在第二年汛前（4月份）順利完成整個土建實施，具備分流條件。工程節(jié)省投資明細，原可研階段導(dǎo)流洞直接投資約為2500萬，實施階段投資約為1400萬，節(jié)省投資約1100萬，效果非常顯著。

作者簡介：凡偉（1986.5-），男，碩士，甘肅靜寧人，中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司。