馬堵山水電站施工導流方案設計

宋書卿 曲艷聰

中水珠江規劃勘測設計有限公司 510610

摘要：馬堵山水電站位于云南南部地區河流，河流洪水具有暴漲暴落特點，給施工導流帶來了一定的難度。本文根據地質地質及大壩建筑物布置的特點，論述了導流建筑物的布置與設計、施工導流方案與標準的選擇、施工導流程序等。其施工導流設計對其他一些工程，特別是位于典型山區河流的工程具有一定的參考價值。

關鍵詞：馬堵山水電站；導流；過水圍堰；截流；導流洞

1工程概況

馬堵山水電站位于我國云南境內某國際河流下游段，壩址以上集水面積31356km2，占我國境內集水面積的41.1%。樞紐主要任務以發電為主，水庫總庫容5.51億m3。主體建筑物由碾壓混凝土重力壩、左岸引水隧洞、左岸岸邊廠房等組成。河床高程140.5m，正常蓄水位217m，壩頂高程222.5m，最大壩高107.5m。電站總裝機容量288MW。

2 施工導流設計條件

（1）地形。壩段區屬低山剝蝕構造地貌，山陡水急，河谷狹窄，為 “V”型峽谷。兩岸山體渾厚，地形坡角25°～45°，枯水期水面寬70～90m。

（2）地質。壩址區以中厚～厚層的白云質大理巖為主，巖層產狀相對穩定，風化卸荷淺。河床覆蓋層厚度15m～20m，主要為含泥砂礫卵石層。

（3）水文。壩區屬熱帶季風雨林區，年平均氣溫在21℃以上，該區年平均降水量為1500mm～2000mm，徑流年內分配極不均勻，每年6月～11月為汛期，徑流量占年徑流量的80%以上，12月～翌年5月為枯水期，徑流量不足年徑流量的20%。

3導流方式

經過對河流水文特性、壩址地形地質條件及水工樞紐布置特點等綜合分析后，河谷形狀系數為2.3，確定本工程導流方式為一次攔斷河床、隧洞導流方式。本導流方式根據圍堰是否過水又可分為全年圍堰方案及過水圍堰方案。

全年圍堰方案雖然可以縮短工期，但是由于需要采用兩條12×15的大斷面導流隧洞導流，上游圍堰高度40m。導流工程投資大，作為國際河流圍堰失事后果嚴重，因此施工導流方案選擇過水圍堰方案。

4 導流建筑物等級及標準

馬堵山水電站工程為二等大（2）型工程，樞紐主要建筑物如擋水及泄水建筑物、引水系統及發電廠房均為2級建筑物，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。導流建筑物導流標準根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SDJ338-89）確定。

（1）枯期。枯期圍堰導流標準選枯期10年一遇流量Q10%=1412m3/s（上游電站調蓄后）。

（2）一汛。一汛通過圍堰堰頂和導流隧洞聯合泄流度汛，采用全年10年一遇重現期洪水作為圍堰過水時的設計洪水標準，相應流量Q10%=4300m3/s。

（3）二汛。二汛采用大壩臨時擋水，導流隧洞、泄洪排沙底孔及溢流表孔（或缺口）聯合泄洪度汛，此時庫容大于1億m3，導流標準選擇全年50年一遇洪水標準，相應流量Q2%=7700m3/s。

（4）封堵期。三枯導流隧洞下閘封堵，按規范要求，可采用封堵期5～20年一遇封堵期洪水標準。導流標準采用封堵期12月～翌年4月、10年一遇洪峰流量，相應流量Q10%=807m3/s。

5 枯期導流時段比選

確定枯期導流方案后，針對不同導流時段進行了比選。主要結合進度及不同時段導流技術經濟指標，比選了枯期6個月、枯期7個月、枯期8個月三個導流方案。綜合經濟技術指標，選取7個月（11.15～翌年6.15）作為枯期時段。

6 導流及度汛程序

（1）第一年8月～第二年10月底，進行導流隧洞施工及兩岸壩肩開挖，原河床過流。

（2）一枯（第二年11月15日～第三年6月15日）導流隧洞導流，上下游圍堰擋水。汛前壩體上升至130m高程。

（3）一汛（第三年6月15日～第三年11月15日）導流隧洞及圍堰過流聯合泄流度汛。一汛期間，基坑內停止施工。

（4）二枯（第三年11月15日～第四年6月15日）繼續進行大壩及廠房施工，二汛前9#～11#壩段高程填筑至185m（作為二汛度汛缺口），其余壩段填筑至195m。

（5）二汛（第四年6月15日～第四年11月15日），大壩預留缺口、導流隧洞及沖沙孔聯合泄流度汛。為保障進度，利用汛中搶枯，晚間施工等措施，使缺口壩段與兩岸擋水壩段交錯上升。缺口壩段上升到溢流面高程200m后，溢流壩段閘墩隨兩岸壩段一起上升至215m。

（6）三枯（第四年11.15～第五年4月），大壩竣工，水庫蓄水，第五年1月初下導流隧洞進水口閘門，進行導流隧洞封堵，封堵期為第五年1月～同年4月。

7 主要導流建筑物設計

7.1 上、下游過水圍堰

上、下游圍堰相距約700m，上游圍堰最高擋水水位為164.0m，下游圍堰最高擋水位為148.1m，上下游圍堰水頭差15.9m。為降低上下游圍堰的高差、減小圍堰過水時的流速，在上游圍堰上設計自潰子堰，并且抬高下游圍堰高程來分擔總水位落差。經水力學計算比選，上游圍堰主堰高程161.0m，子堰高度設置為3.6m，挑流平臺高程150.0m；下游圍堰高程153.0m。

上游圍堰堰頂長度135m，最大高度為25m，堰頂寬17m。背水面在150m高程留10米寬挑流平臺，平臺以上坡度為1：6，以混凝土護面楔形塊護坡；平臺以下坡度為1：2，以鋼筋籠塊石護坡。為滿足度汛過水、抗沖穩定等要求，圍堰表面根據所處高程和受洪水沖刷程度不同采用多種防護型式，主要以混凝土頂蓋結合鋼筋籠護坡的型式防護，迎水面堰腳拋塊石護坡，背水面坡腳以下設20m長鋼筋石籠鋪蓋，以防堰腳沖刷。

下游圍堰軸線在廠房下游約50m處，堰頂高度153.0m，最大堰高13.0m，堰頂長度165m，堰頂寬10m。迎水面坡度1：3，采用混凝土護面楔形塊護坡，在144.0m高程設一護腳防沖平臺，以鋼筋石籠保護；背水面坡度1：2.5，以鋼筋石籠保護。

圖二 上游圍堰結構圖

7.2 導流洞設計

在左岸布置一條導流隧洞。導流隧洞洞長為773.0m，底坡為1.94‰。進、出口圍巖厚度均大于0.6倍內水壓力，洞身埋深大于2.5倍洞寬。導流隧洞為10m×14m（寬′高）城門洞型，過流面積130m2。考慮各運行工況內外水壓力及圍巖條件，導流洞全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度100cm～200cm。

8 結語

（1）對于采用一次攔斷河床，隧洞導流的導流方式，應結合水文特性、水工建筑物布置特點，從工期、技術、經濟上對全年圍堰與枯期圍堰導流方案進行綜合比較。

（2）對于采用枯水期圍堰擋水方案，應結合施工工期、施工強度、導流建筑物規模對施工期擋水時段進行比選。

（3）位于洪水暴漲暴落、年內分配極不均勻的峽谷型山區河流的中小型水電樞紐工程，為了減小導流建筑物規模，采用枯期圍堰擋水，汛期圍堰過水的導流方案具有一定的經濟性。但是需要結合水力模型試驗，確定好上、下游過水圍堰的高度差，優化上下游圍堰的水力條件，確保上、下游圍堰過水期間的安全穩定。同時過水圍堰的防護及施工質量也需要引起足夠的重視。

參考文獻：

[1]蘇啟鳳 紅河南沙電站施工導流方案優化.中國西部科技，2006.

[2]陳榮華 過水圍堰在巴江口水電站中的應用，廣西水利水電，2007（5）.