喀麥隆曼維萊水電站二期施工導流方案優化

唐蘭蘭

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建福州350003）

1 工程概況

曼維萊水電站工程位于喀麥隆共和國南部瑪安省境內緊鄰赤道幾內亞的恩特姆河上，地處熱帶叢林地區，距省會埃博洛瓦市約175 km，距首都雅溫得約343 km，距最大港口城市杜阿拉約515 km。工程為Ⅱ等大（2）型水電站工程，庫區控制流域面積26 350 km2，正常蓄水位為392 m，總庫容為1.3億m3。共安裝4 臺水輪發電機組，總裝機為211 MW，年均發電量為11.87 億kW·h。工程由攔河壩、主副溢洪道、取水口、輸水渠道、壓力前池、進水口、二道壩、壓力管道、發電廠房、尾水渠及升壓開關站等主要建筑物組成。

2 氣候地質及地形情況

Ntem河流域位于赤道地帶，全年分為2個雨季和2 個旱季。隨旱、雨季交替變化，Ntem 河徑流全年分為2 個汛期和2 個枯水期，年內較大洪水主要出現在4—6月和9—12月的2個汛期內，其中9—12月為主汛期，年內最大洪水多發生在該時段內。

壩址區河谷寬闊，壩址上游河道相對順直，水流平緩，地形起伏較小，分布有多個條帶狀低洼的沼澤地，河床高程為381～382 m。主河道分左、右兩支，迂回曲折，水流湍急，兩主河道之間散布著幾個彎曲的支流及3 個較大的河心島，壩址沿線河心島地面高程為382～387 m。

壩址區河床部分表層第四系全新統沖積（Q4al）以粉細砂或粘質粉土為主，厚1～3 m，下伏基巖為下元古界恩特姆組（Pt1N）花崗片麻巖。

3 二期施工導流方案

3.1 原方案

在工程詳細初步設計階段（APD 階段），根據前期補勘的地質、地形和水文資料，進行二期施工導流設計，布置方案：壩址處主河道分為左、右兩支，兩主河道之間散布著幾個彎曲的支流及3 個較大的河心島。二期施工導流圍河道右側，利用左支主河槽已完建的主溢洪道和沖沙閘泄流，在二期圍堰的圍護下，完成右側土石壩（MD1+003以右）和輔助溢洪道施工。

3.2 優化方案

在一期導流施工時，上游主圍堰是在上游子圍堰的圍護下進行干地填筑施工，圍堰采用均質土圍堰，堰基開挖截滲槽防滲。圍堰基坑水抽干之后，發現河床沉積許多枯枝爛木，主要原因是工程區處于茂密原始森林區。從一期上游主圍堰堰基開挖出來的表層全風化巖石呈黑色蜂窩狀。如果沒有采用上游子圍堰的方案，上游主圍堰直接進占填筑，河床的枯枝爛木勢必被埋在主圍堰下面，堰基表層黑色蜂窩狀全風化巖石無法挖除，必然造成堰基出現大量滲漏水，從而投入更多的防滲措施費用和增加大壩基坑的經常性抽排水費用。

根據圍堰施工方案，為了減小運距，且充分利用開挖棄渣，減少棄渣量，二期圍堰填筑的石料來自距離二期圍堰約5 km 的左岸輸水明渠明挖石料，粘土料來自距離二期圍堰約1 km 的右岸B1 土料場。且根據一期圍堰施工的經驗，在堰基為粉細砂地層條件下，采用均質土圍堰、堰基開挖截滲槽防滲是成功的，圍堰滲水量非常小，防滲效果非常好。如果二期圍堰采用均質土圍堰，在技術上是可行的，經濟上可大大節省了大壩基坑的抽水費用，且取消了堆石料，降低了圍堰填筑成本。

在二期施工導流施工時，二期工程區的茂密原始森林已全部被砍伐并清理，地形、河床情況更加直觀明朗，結合一期導流施工中碰到的問題及成功經驗，同時，為降低圍堰填筑成本及大壩基坑的抽水費用，將二期圍堰布置做了調整優化：將二期上、下游圍堰改為均質土圍堰，并在原方案二期上游圍堰的位置修改為子圍堰位置，在子圍堰下游適當位置增加上游主圍堰。二期施工導流優化方案布置圖見圖1，子圍堰及上、下游圍堰結構見圖2，3。

圖1 二期施工導流優化方案布置圖

圖2 二期施工導流上游子圍堰（Ⅱ1-Ⅱ1）斷面圖（優化方案）

4 二期施工導流實施中碰到的風險及應急預案

4.1 風險

圖3 二期施工導流上下游圍堰斷面圖（優化方案）

原計劃是2014 年12 月底開始二期轉流，但根據實際施工進度情況，需延遲至2015 年2 月22 日開始二期轉流，同時開始二期上游子圍堰填筑，3月3日子圍堰合龍閉氣。子圍堰形成后開始上下游主圍堰的填筑。由于工程量大，預計最快在2015年4月中旬才能填筑完成，已進入了小汛期（4—6月），而子圍堰是按枯水期10年一遇設計，因此在汛期有可能出現洪水位超過上游子圍堰頂高程。

4.2 應急預案

鑒于上述存在的風險，擬定了以下兩種應急預案：

1）取消上游子圍堰，直接填筑上游主圍堰方案

如果按設上游子圍堰方案，為了保證主圍堰施工和子圍堰的安全，則需提高上游子圍堰設計標準。經計算，提高設計標準后的上游子圍堰的頂高程接近上游主圍堰的頂高程，工程量大大增加，在施工和經濟上都不利，因此建議取消上游子圍堰，直接填筑上游主圍堰進行二期截流。優點：可以節省上游子圍堰施工的費用。缺點：在沒有子圍堰圍護下直接填筑主圍堰，河床的枯枝爛木和蜂窩狀全風化巖石堰基必然造成堰基出現大量滲漏水，防滲處理措施和基坑經常性抽排水工作量大，投入費用高。

2）上游子圍堰局部加高加固方案

鑒于提高上游子圍堰設計標準造成的不經濟性，擬采取對上游子圍堰進行局部加高加固方案，以保證主圍堰施工和子圍堰的安全。優點：一是上游子圍堰局部加高加固工作容易實施，且工作量少、費用低；二是更具有機動性。如果上游主圍堰填筑速度快，能夠保證在2015 年3 月份底前完成，則不需要對子圍堰進行加高加固。如果工期延后，則放棄填筑主圍堰，立即對上游子圍堰進行加高加固。已填筑的部分上游主圍堰可作為基坑前輔助圍堰，有利于截留上游子圍堰滲漏的水，再次保證主基坑在干地施工。缺點：一是增加了上游子圍堰施工的費用；二是上游子圍堰與下游主圍堰間的范圍內匯水面積大，且右岸有個沖溝也在此范圍內，造成基坑初期抽排水工作量大，投入費用高。

經過分析比較，最終選擇方案2作為應急預案。

5 結語

曼維萊水電站工程二期圍堰建成后，現場觀測圍堰基礎滲水量非常小，可以不采取額外的防滲措施，防滲效果好，證明了所選取的優化方案的正確性。二期施工導流的順利實施不僅確保了首部樞紐二期轉流關鍵節點的實現，確保了項目總進度，而且節約了施工成本。該工程施工導流方案優化的成功實例，可以為后續類似工程，特別是位于非洲熱帶原始森林的項目提供借鑒經驗。