巴山水電站導流隧洞的優化設計

陳 義 軍

(中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司， 浙江 杭州 310014)

1 概 述

巴山水電站系漢江支流任河干流梯級開發規劃中確定的控制性骨干梯級電站，壩址位于重慶市城口縣巴山鎮上游約1 km處，廠址位于巴山下游任河左岸雷打石。工程以發電為主，兼有旅游和改善生態環境等綜合利用功能。電站由攔河壩、溢洪道、引水系統、發電廠房等建筑物組成。

攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程685 m，最大壩高155 m，壩頂長477 m，壩頂寬10 m。溢洪道位于右壩頭，溢流堰堰頂高程為667.5 m。引水發電系統采用一洞二 機 布 置，全 長 約

2 455 m，廠房為地面廠房，裝設兩臺機組，總裝機容量為2×70 MW。

大壩施工采用圍堰斷流、隧洞導流方式。工程樞紐平面布置見圖1。

2 優化設計的必要性

巴山水電站導流隧洞工程于2005年12月1日開工建設，2006年4月25日隧洞上層貫通。按照招標進度安排，2006年10月18日導流隧洞必須具備過流條件。但是導流隧洞若按招標設計的全斷面進行鋼筋混凝土襯砌施工，則很難保證截流目標進度的實現。考慮到導流隧洞上層貫通后揭露的實際地質條件比招標階段預計要好的情況，我們對導流隧洞的襯砌設計進行了優化，確保了2006年10月18日截流的目標進度。

3 導流隧洞的設計

根據施工導流規劃，該工程導流共分為五個階段，各階段設計標準見表1。導流隧洞斷面為城門洞形，襯砌后尺寸為10 m×13 m(寬×高)。導流隧洞總長度為845 m，其中直線段長約799.4 m，轉彎段長45.6 m，平面轉彎半徑為60 m，轉角為43.5°，進口底板高程為545 m，出口底板高程為541 m，底坡i=0.473 4%，對于隧洞進口段、出口段及洞身局部地質條件較差的Ⅲ～Ⅳ類及以上圍巖地段采用鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度為2.5～0.5 m，其余部分不作受力襯砌。但為了減小糙率，提高泄流能力，采用錨桿混凝土薄襯，襯砌厚度為0.35 m。

表1 招標階段施工導流及度汛設計標準表

4 襯砌優化設計

4.1 地質條件

導流隧洞施工階段實際的洞身圍巖分類比較情況見表2。

4.2 襯砌優化情況

根據實際揭露的地質情況，結合實際施工進度要求，我們對洞身中間段的Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段的襯砌進行了優化，可優化洞段總長度約550 m。各洞段優化設計情況見表3，導流隧洞典型襯砌情況見圖2。

4.3 襯砌優化對各導流階段上游水位的影響

在完成導流隧洞襯砌優化設計后，因泄流能力減少，圍堰及大壩臨時斷面擋水上游水位有所抬高。各導流階段上游水位計算成果見表4，導流隧洞不同標準下泄流量及流速見表5。

根據水力學計算結果，優化方案的上游圍堰擋水位及壩體度汛水位均超過招標階段的設計度汛水位。

導流隧洞襯砌優化方案的上游圍堰擋水水位為高程575.11 m，較招標階段導流隧洞鋼筋混凝土襯砌方案的上游圍堰擋水水位高程570.7 m高出4.41 m，相應襯砌優化方案上游圍堰應相應加高4.4 m，上游圍堰填筑量增加約44 010 m3。

根據水力學計算結果，導流隧洞優化方案對下游圍堰擋水水水位影響甚微，可保持原堰頂高程不變。

在2007年汛期大壩臨時 擋 水 階 段(P=2%)，導流隧洞優化方案的 上 游 水 位 為 高 程608.32 m，比原鋼筋混凝土襯砌方案的上游水位高程603.24 m高出5.08 m。大壩度汛臨時擋水斷面汛前需填筑至610 m高程以上，比原度汛高程增加約5 m。

表3 導流隧洞優化設計匯總表

圖2 洞身段典型襯砌示意圖

導流階段泄流建筑物擋水建筑物導流及度汛標準設計流量/m3·s-1上游水位高程 /m下游水位高程 /m2006年10月至2007年5月導流隧洞上、下游圍堰10～次年5月時段P=10%1 570575.11547.22007年6月,大壩臨時斷面填筑至610 m高程導流隧洞大壩臨時斷面10～次年6月時段P=2%2 940603.99548.862007年7月至2007年9月導流隧洞大壩臨時斷面全年P=2%3 670608.32549.062007年10月至2008年5月,大壩填筑至681.6 m高程導流隧洞上、下游圍堰10～次年5月時段P=10%1 570575.11547.22008年5月至2008年8月導流隧洞大壩臨時斷面全年P=1%4 060614.08549.3

表5 不同標準下泄流量及流速表

4.4 優化方案與招標方案的技術經濟比較

從巴山水電站導流隧洞結構安全、對上游圍堰和大壩臨時擋水斷面的影響以及投資等方面對原襯砌方案和優化方案進行分析比較如下：

(1) 導流隧洞結構安全。

根據優化方案水力學計算成果，導流隧洞在2007年、2008年汛期洞內流速較大，已超過噴混凝土允許承受的安全流速【見《錨桿噴射混凝土支護技術規范》(GB50086-2001)第4.4.17條：“采用錨噴支護的永久過水隧洞允許的水流流速不宜超過8 m/s；臨時過水隧洞允許的水流流速不宜超過12 m/s”】，存在一定的風險。但考慮到圍巖完整性總體較好，在加強系統錨噴支護的前提下出現大規模洞室失穩的可能性不大，且本工程洪峰歷時較短，根據類似工程經驗，若遇設計洪水，短期的有壓、較高流速水流對隧洞的影響可能是在隧洞周邊出現局部氣蝕、剝落、掉巖塊等現象，而不至于對隧洞的整體結構造成災難性破壞影響主體工程的施工安全和施工總體目標進度的實現。反之，采用減少全襯范圍代之以加強錨噴支護的優化方案有利于減輕施工壓力，有利于工程按時截流，對于當時的工程進度有明顯的好處，也符合工程總體利益最大化的要求。

(2) 對上游圍堰高度及大壩擋水度汛斷面的影響。

根據水力學計算成果，在枯水期P=10%頻率情況下，上游圍堰擋水位較招標階段水位抬高4.41 m，需加高上游圍堰4.4 m；在全年P=2%的頻率情況下，大壩2007年汛期臨時擋水階段上游水位較招標階段水位抬高5.08 cm，大壩擋水高程亦相應抬高，大壩臨時擋水度汛斷面汛前需填筑至610 m高程以上。

(3) 經濟效益。

導流隧洞優化后，減少了導流隧洞襯砌混凝土5 774 m3、鋼筋312 t；增加噴鋼 纖 維 混 凝 土

2 049 m3和上游圍堰填筑量約44 010 m3；合計減少投資158.73萬元。如計入洞內增加的錨桿量，襯砌優化后與招標設計階段襯砌方案的可比投資相近。

5 結 語

施工階段對導流隧洞襯砌進行優化后，可比投資與招標設計階段較接近。雖然抬高了上游圍堰擋水水位和壩體臨時度汛水位，但考慮到實際揭露的導流隧洞工程地質條件相對較好，洪峰歷時較短，在加強系統錨噴支護的前提下，出現大規模洞室失穩的可能性不大；導流隧洞襯砌優化后既保證了隧洞運行安全，又方便了施工，加快了導流隧洞的施工進度，保證了2006年10月18日的按期截流，符合工程總體利益最大化的要求。

參考文獻：

[1] 水工隧洞設計規范，DL/T 5195-2004[S].

[2] 錨桿噴射混凝土支護技術規范，GB50086-2001[S].

作者簡介:

陳義軍(1974-)，男，內蒙古烏蘭察布人，高級工程師，學士，從事水電工程施工組織設計工作.

(責任編輯：李燕輝)