岷江龍溪口航電樞紐工程施工期導流與通航方案設計

李志偉，張毅馳

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

龍溪口航電樞紐工程是岷江下游河段（樂山—宜賓）航電規(guī)劃四個航電梯級中的最末一級,其上游為犍為航電樞紐工程,壩址位于樂山市犍為縣新民鎮(zhèn),開發(fā)任務為以航運為主,航電結(jié)合,兼顧防洪、供水、環(huán)保等綜合利用。工程等別為II等大（2）型,水庫總庫容3.24億m3,正常蓄水位317.00 m,船閘和航道等級為III級,設計通航船舶噸級1000 t,電站安裝9 臺燈泡貫流式機組,總裝機容量480 MW。樞紐布置為左岸擋水壩（24.8 m）,魚道（24.08 m）,廠房（287.20 m）,泄洪閘（470.79 m）,船閘（70 m）,右岸擋水壩（72 m）,壩頂全長948.87 m,壩頂高程324.50 m。

壩址兩岸坡屬中低山～丘陵寬谷侵蝕地貌,呈不對稱的“U”形寬谷,左岸坡以丘陵地貌為主,山勢低矮、較平緩；右岸坡是以中低山地貌為主,山勢陡峻、雄厚。主河道位于右岸,河床寬約650 m。岷江流域地跨上游高原氣候區(qū)及中下游盆地亞熱帶濕潤季風氣候區(qū),徑流主要來源于降水,汛期為6月～10月,枯期為11月～次年5月。龍溪口航電樞紐工程設計洪水成果見表1。

表1 龍溪口航電樞紐工程設計洪水成果

2 施工期導流方案設計

2.1 導流方式

龍溪口航電樞紐工程施工期特點：（1）汛期洪水流量大,擋水建筑物為閘壩,利用泄洪閘過流度汛；（2）兩岸山體不高,砂泥巖軟巖地層,左岸為新民鎮(zhèn),右岸為山體,壩址不具備布置導流洞和明渠；（3）工程位于四川省運輸大動脈岷江航道上,地方經(jīng)濟的發(fā)展要求不允許施工期（11月、12月除外）斷航,施工期須預留臨時航道。根據(jù)樞紐布置、地形條件和施工期通航要求,采用束窄河床導流方式。

2.2 導流標準

龍溪口航電樞紐工程為II等大（2）型,主要建筑物級別為2級,次要建筑物級別為3級；船閘為Ⅲ級,閘首、閘室級別為2級。根據(jù)《水電工程施工組織設計規(guī)范》（DL/T 5397-2007）,左岸縱向土石圍堰建筑物級別為5級,其余導流建筑物為4級,4級、5級導流建筑物的洪水標準分別為10年一遇、5年一遇。

2.3 導流方案

臨時航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)越多,則后期泄洪閘施工強度大,工期保證率低；臨時航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)越少,則水流流態(tài)越差,導流過流、通航能力低,因此,在滿足施工期通航要求時,應盡量減少臨時航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)。結(jié)合施工期導流及通航模型試驗,孔數(shù)為11孔、12孔方案的水流流態(tài)差,不滿足施工期通航要求；孔數(shù)為14孔方案滿足施工期通航要求,前期左岸縱向土石圍堰圍護左右導墻時,圍堰侵占主河道較多,對主河道過流及通航影響較大；孔數(shù)為13孔方案前期左岸縱向土石圍堰布置在河灘地上,河道過流及通航條件與天然情況基本一致,后期臨時航道寬度滿足施工期通航要求。綜合施工期導流及通航要求,推薦臨時航道內(nèi)13孔泄洪閘方案。

龍溪口航電樞紐工程采用三期施工導流方案,一期完成左岸河床疏浚和臨時航道內(nèi)13孔泄洪閘底板及消力池施工,二期完成右岸11孔泄洪閘和船閘施工,三期完成臨時航道內(nèi)13孔泄洪閘施工,發(fā)電廠房在全年圍堰保護下連續(xù)施工。施工導流方案平面布置見圖1。

圖1 施工導流方案平面布置

2.4 導流程序

根據(jù)樞紐布置、施工期通航和選定的導流方案,導流程序如下[1-3]：

（1）一期施工時段為第一年11月～第二年10月,歷時12 個月,主要施工左岸河道疏浚、臨時航道內(nèi)13孔泄洪閘底板及消力池和臨時航道左右導墻。

一期一枯：利用左岸縱向土石圍堰擋水,左岸河道疏浚至298.00 m高程,完成臨時航道內(nèi)13 孔泄洪閘底板296.00 m高程以下部分開挖、底板及消力池混凝土澆筑,臨時航道左右導墻澆筑至設計高程。期間由右岸束窄河道過流和通航。導流標準為枯期5年一遇流量6000 m3/s,上、下游水位為305.17 m、304.92 m。

一期一汛：完成臨時航道疏浚,臨時航道具備通航條件。期間由左岸疏浚河道和原河道過流,原河道通航。度汛標準為全年5 年一遇流量25900 m3/s,上、下游水位為312.32 m、311.98 m。

（2）二期施工時段為第二年11月～第四年10月,歷時24個月,主要施工左岸廠房、右岸11孔泄洪閘及船閘。

二期一枯：左岸由廠房預留巖坎和左導墻擋水,主要施工廠房上下游全年土石圍堰、左岸廠房開挖及部分混凝土澆筑、魚道開挖和左岸擋水壩段；右岸由二期一枯上下游土石圍堰和右導墻擋水,主要施工右岸11孔泄洪閘及消力池、船閘、右岸擋水壩段和二期一汛船閘土石圍堰。5月底前二期一枯上下游土石圍堰拆除至298.00 m高程；在圍堰拆除前,完成右岸11孔泄洪閘底板296.00 m高程以下部分開挖、泄洪閘底板及消力池混凝土澆筑,完成船閘閘室底板及其左側(cè)墻302.00 m高程以下部分開挖、混凝土澆筑,廠房上下游全年土石圍堰和二期一汛船閘土石圍堰具備擋水條件。期間由臨時航道過流和通航。導流標準為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位306.04 m、305.24 m。

二期一汛：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由二期一汛船閘土石圍堰擋水,繼續(xù)施工右岸船閘、擋水壩段,汛末拆除二期一汛船閘土石圍堰。期間由臨時航道和束窄后原河道過流,臨時航道通航。度汛標準為全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位為315.01 m、313.88 m。

二期二枯：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由二期二枯上下游土石圍堰和右導墻擋水,主要施工右岸11孔泄洪閘閘墩及金屬結(jié)構(gòu)安裝、船閘閘室及其上下游引航道、擋水壩段和船閘上下游全年土石圍堰。5 月底前二期二枯上下游土石圍堰拆除至298.00 m高程；在圍堰拆除前,右岸11孔泄洪閘具備擋水和啟閉條件,船閘上下游引航道施工完成,船閘左側(cè)墻澆筑至316.00 m高程,船閘上下游全年土石圍堰具備擋水條件。導流標準為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位為306.04 m、305.24 m。

二期二汛：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由船閘左側(cè)墻和船閘上下游全年土石圍堰擋水,繼續(xù)施工右岸船閘、擋水壩段,右岸船閘施工完成,汛末拆除船閘上下游全年土石圍堰。期間由臨時航道和右岸11 孔泄洪閘過流,臨時航道通航。度汛標準為全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位為313.69 m、313.39 m。

（3）三期施工時段為第四年11月～第五年5 月,歷時7個月。主要施工臨時航道內(nèi)13 孔泄洪閘、廠房剩余部分土建工程和金屬結(jié)構(gòu)安裝。

左岸由三期一枯上下游土石圍堰和右導墻擋水,主要施工臨時航道內(nèi)13 孔泄洪閘和廠房,5 月底前完成三期一枯上下游土石圍堰拆除,在圍堰拆除前,臨時航道內(nèi)13 孔泄洪閘閘墩和金屬結(jié)構(gòu)安裝完成,并具備擋水和啟閉條件,廠房引水渠及攔沙坎施工完成,檢修門及工作門安裝完成并具備正常使用條件。期間由右岸11孔泄洪閘過流,船閘通航。導流標準為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,利用右岸11 孔泄洪閘控制上游最低通航水位307.00 m,下游水位305.15 m。

（4）第五年6月～第七年3 月,歷時22 個月。完成廠房電氣設備和機組安裝。

6月初廠房在進出水口閘門擋水條件下安裝機電設備,利用24 孔泄洪閘擋水,水庫開始蓄水,發(fā)電廠房于第六年2月完成施工,2月首臺1#機組具備發(fā)電條件,6月2#、3#機組具備發(fā)電條件,9月4#、5#機組具備發(fā)電條件,12月6#、7#機組具備發(fā)電條件,第七年3月全部機組投產(chǎn)發(fā)電。期間由船閘通航,24孔泄洪閘控制上游水位在發(fā)電死水位316.00 m運行,廠房機組發(fā)電。度汛標準為全年20年一遇流量38300 m3/s,上游最高水位316.00 m。閘門操作按水庫的調(diào)度運行要求執(zhí)行：當來流量Q≤15000 m3/s時,通過泄洪閘控制下泄洪水,水庫保持在汛期運行水位316.00 m運行發(fā)電；當來流量Q＞15000 m3/s時,逐步加大泄量直至閘門處于敞泄狀態(tài),停止通航、發(fā)電。

3 施工期通航方案設計

3.1 通航航道布置

施工期通航航道布置為：（1）一期由束窄河道通航,通航條件與天然情況基本一致；（2）二期由臨時航道通航,臨時航道底寬243.00 m,底高程298.00 m,軸線長約2500 m；（3）三期由船閘通航。

3.2 臨時斷航分析

臨時斷航有兩種原因,一是由于氣象、洪水等極端自然條件引起的斷航；二是由于圍堰填筑、圍堰拆除和水庫蓄水引起的斷航,本文對第二種原因引起的斷航進行分析,確定斷航時段。

（1）圍堰填筑期間斷航

為縮短斷航時間并減少對岷江航運的影響,圍堰填筑時間為10月10日～11月20日。一期左岸縱向土石圍堰占壓了部分原河道,通航條件與天然情況基本一致,不需斷航；二期一枯（二枯）圍堰截流期間,將右岸主河道改至左岸臨時航道,圍堰進占到一定程度,龍口流速大、流態(tài)復雜,合龍前應停航,初擬斷航時間為7 天；三期上游水位低于船閘最低通航水位307.00 m,圍堰填筑期間應停航,初擬斷航時間為42天。

（2）圍堰拆除期間斷航

圍堰拆除時間為5月1日～5月30日。一期圍堰從縱向段中部決口,向兩邊同時拆除,待圍堰內(nèi)外水位齊平,水流流態(tài)穩(wěn)定后再通航,初擬斷航時間為5天；二期一枯（二枯）上下游圍堰同時拆除,先從左端決口,退步開挖拆除至右岸,水流流態(tài)穩(wěn)定后再通航,初擬斷航時間為7天；三期圍堰拆除前應降低上游水位,期間不能滿足船閘最低通航水位307.00 m要求,圍堰拆除期間應停航,初擬斷航時間為31 天。

（3）蓄水期間斷航

利用24 孔泄洪閘控制上游水位在發(fā)電死水位316.00 m運行,廠房機組發(fā)電,水庫蓄水至運行水位316.00 m,船閘具備通航條件,初擬斷航時間為7 天。

3.3 通航方案設計

通航管制河段范圍為壩軸線上游1.0 km到下游1.5 km的河段,單向通航,禁止客船橫渡。根據(jù)施工期通航模型試驗,船舶上行難度大于下行,上行為施工期的控制條件,通航方案、航線規(guī)劃及通航條件如下[4-5]：

（1）一期一枯：由束窄河道通航。上行船舶從下游略靠縱向土石圍堰上行進入束窄河段,與圍堰保持距離上行,出圍堰范圍后沿左岸繼續(xù)上行；下行船舶保持在主河道中部略靠左向下游航行。當650 m3/s＜Q≤3100 m3/s時,300 t機動駁和1000 t機動駁可自航通過工程河段。

（2）一期一汛：由原河道通航,通航航線與天然航道基本一致。當Q≤9000 m3/s時,300 t機動駁可自航通過工程河段；當Q≤10000 m3/s時,1000 t機動駁可自航通過工程河段。

（3）二期一枯（二枯）：由臨時航道通航。上行船舶經(jīng)下游左岸疏浚河道,從臨時航道左側(cè)上行進入明渠,然后逐漸過渡到明渠中線,經(jīng)上游左岸疏浚河道上行；下行船舶保持在明渠中部向下游航行。當Q≤2500 m3/s時,300t機動駁可自航通過工程河段；當Q≤3100 m3/s時,1000t機動駁可自航通過工程河段。

（4）二期一汛（二汛）：由臨時航道通航。上行船舶經(jīng)下游左岸疏浚河道,從臨時航道左側(cè)上行進入明渠,與左導墻保持距離上行,經(jīng)疏浚河道中部進入右岸主河道繼續(xù)上行；下行船舶保持在明渠中部略靠左向下游航行。當Q≤6000 m3/s時,300 t機動駁可自航通過工程河段；當Q≤8000 m3/s時,1000 t機動駁可自航通過工程河段。

（5）三期一枯：由船閘通航。上行船舶從下游航道中部過江到右岸緩流區(qū),逐漸向下引航道靠攏,沿著下引航道口門區(qū)連接段左側(cè)邊線進入下引航道,沿船閘軸線駛?cè)腴l室,從閘室出沿船閘軸線上行,出停泊段后,過渡到左岸緩流區(qū)繼續(xù)上行；下行沿左岸緩流區(qū)過渡到右岸,沿船閘軸線進入閘室,出閘室沿船閘軸線下行至停泊段后,用左舵保持好合適的航線和船位,沿下引航道口門區(qū)連接段左側(cè)下行。水庫水位保持307.00 m運行,當Q≤3100 m3/s時,300 t機動駁和1000 t機動駁可自航通過工程河段。

4 結(jié)語

施工導流設計應妥善解決從初期導流到后期導流施工全過程中的擋水、泄水、蓄水與度汛、通航等問題,施工期預留臨時航道通航,臨時航道內(nèi)13 孔泄洪閘方案,有效解決施工期導流與通航“兩難”問題。龍溪口航電樞紐工程于2019年10 月正式開工建設,總工期為65 個月,施工內(nèi)容較多、任務繁重,各期施工應提前做好詳細規(guī)劃,通過加大人員、材料、機械設備等投入和精細化管理,保證龍溪口航電樞紐工程順利按期完成建設。