淺議轉(zhuǎn)心湖水電站施工導(dǎo)流方案設(shè)計

雷振云

(黑龍江江玥建設(shè)工程有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150090)

1 工程概況

轉(zhuǎn)心湖水電站位于石金河干流中游，壩址位于黑河市愛輝區(qū)山神府村南3 km處，距黑河市區(qū)25 km。轉(zhuǎn)心湖水電站是一座以發(fā)電、工業(yè)供水為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的中型工程[1]。

轉(zhuǎn)心湖水電站工程由攔河壩、溢洪道、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠組成。攔河壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，壩軸線呈折線型。開敞式溢洪道布置在攔河壩左岸。引水系統(tǒng)進水口布置在右壩頭上游。引水隧洞洞線走向由西到東，有三個折點，調(diào)壓井后接壓力管道及電站廠房。

本工程導(dǎo)流建筑物的洪水標準采用5 a一遇洪水標準。壩體臨時度汛標準采用20 a一遇洪水標準。選定的導(dǎo)流方案為分期導(dǎo)流，截流時間選在9月中、下旬的枯水時段。下閘蓄水選在第三年下半年第一臺機組完成安裝后，可以借助圍堰進行蓄水和發(fā)電。

2 施工導(dǎo)流

2.1 導(dǎo)流標準

工程為Ⅲ等工程，其主要建筑物為3級。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》[2]第3.2.1條規(guī)定，保護對象為4級永久建筑物，使用年限1.5～3.0 a，導(dǎo)流建筑物級別為5級。本工程失事后對最近的黑河市城區(qū)和周邊的村屯無淹沒，電站不在樞紐基坑內(nèi)，圍堰失事后對第一臺機組發(fā)電的影響也不大，經(jīng)濟損失小。因此根據(jù)規(guī)范第3.2.6條規(guī)定，導(dǎo)流建筑物的洪水標準采用土石結(jié)構(gòu)標準的下限，為5 a一遇洪水標準。壩體臨時度汛采用20 a一遇洪水標準如表1所示。

表1 各施工期洪水標準

2.2 導(dǎo)流方案比選

壩址處河谷呈不對稱的“U”字型，左岸地勢低平，右岸較陡，河道緊貼右岸通過壩址，工程施工期間無通航、無過木和供水要求。工程方案為長洞方案，發(fā)電隧洞在壩體導(dǎo)流施工前期尚未貫通，因此施工導(dǎo)流前期和中期，均無法借助于發(fā)電隧洞進行導(dǎo)流[3]。

壩址處河谷系數(shù)為16.7，導(dǎo)流方案比選[4-5]：

(1)排除了一次斷流的導(dǎo)流方式。一次斷流導(dǎo)流方式需要修建貫穿施工期間的泄水建筑物，溢洪道和發(fā)電隧洞在導(dǎo)流初期不能發(fā)揮作用。若修建獨立的導(dǎo)流隧洞，在工程進度上，導(dǎo)流隧洞貫通需要半年時間，將大壩正式開工推遲到第二年。在工程投資上，導(dǎo)流隧洞投資較大，同時需要較高的施工圍堰，臨時工程投資較大。

(2)對分期導(dǎo)流方案進行了比選。分期導(dǎo)流方案有底孔導(dǎo)流、壩體缺口+發(fā)電隧洞導(dǎo)流和溢洪道砍平頭+底孔導(dǎo)流。

對于分期導(dǎo)流，首先進行了水文分析，經(jīng)調(diào)洪后，水文分析結(jié)果如表2所示。

表2 各泄水條件下洪水標準及水位

從表2可以看出，由于臨時工程攔擋的水頭較低，造成隧洞泄量較小，在調(diào)洪中對洪水水位影響較小；采用斷流圍堰或壩體擋水時，隧洞導(dǎo)流的調(diào)洪水位和溢洪道砍平頭的調(diào)洪水位相差不到0.5 m。其次，明渠因泄流能力大，其寬度對調(diào)洪水位影響較小。

(3)若采用一次斷流圍堰隧洞導(dǎo)流，需要先修建導(dǎo)流隧洞，導(dǎo)流隧洞完建前，不能截流，需要采取措施保護灘地壩段進行壩體填筑。考慮到地層組成結(jié)構(gòu)，一期圍堰較難省略。另壩址區(qū)地形不利于單獨開挖導(dǎo)流隧洞，壩址右側(cè)為峭壁且緊貼河道，不但隧洞進口開挖困難，且施工平臺需要占據(jù)一定的河道寬度，為一期度汛造成影響。壩址左側(cè)為緩坡，考慮到隧洞的上覆層要求，需要布置在溢洪道到壩肩附近，隧洞的進水條件和洞線形式均不理想。若采用底孔代替隧洞，也可以達到相同的作用，施工也較隧洞容易。

綜上所述，采用底孔導(dǎo)流的分期方案。

根據(jù)以上分析，分期導(dǎo)流方案的初期應(yīng)盡可能的完成大部分壩體填筑工程量，以降低后期導(dǎo)流的風(fēng)險。分期導(dǎo)流采用二期導(dǎo)流，一期導(dǎo)流采用明渠導(dǎo)流，根據(jù)本工程的特點采用原河道清理整形作為明渠使用，使得壩體一期填筑量達到總工程量的70%以上。二期導(dǎo)流可以選擇的方式有底孔和隧洞導(dǎo)流，壩體預(yù)留缺口導(dǎo)流只是其中的組合方案之一。

二期導(dǎo)流方案共比較了底孔2 m×2 m×1孔、2 m×2 m×3孔和發(fā)電隧洞導(dǎo)流壩體預(yù)留缺口(20 m寬，高程266 m)以及隧洞導(dǎo)流缺口度汛等四個方案，工程投資見表3。

表3 各導(dǎo)流方案工程投資

選定的導(dǎo)流方案為分期導(dǎo)流分為二期，一期采用原河道清理整形作為明渠，填筑一期圍堰修建左側(cè)壩體和溢洪道以及導(dǎo)流底孔。當壩體填筑到溢洪道度大汛的高程后，封堵導(dǎo)流明渠，以底孔導(dǎo)流，填筑二期圍堰和壩體，圍堰度第三年春汛，以壩體擋第三年大汛，洪水通過溢洪道和底孔下泄[6]。

本工程引水隧洞進口高程較高，一期施工期間(明渠導(dǎo)流)洪水水位不能影響其施工。二期施工時，引水隧洞的進口已經(jīng)完成，通過關(guān)閉閘門可以防止洪水的侵襲。隧洞出渣可通過施工支洞完成，因此引水隧洞進口不設(shè)置圍堰。

2.3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

導(dǎo)流建筑物設(shè)計考慮到當?shù)氐慕ㄖ牧虾凸こ烫攸c，選擇砂石料為圍堰填筑材料。土石造價低廉，材料充足，但斷面稍大，抗沖蝕能力差。考慮到土石圍堰的特點[7]和主體為堆石壩的特點[8]，將圍堰斷面和壩體斷面結(jié)合，降低圍堰的造價。

一期圍堰修建時，距離河道較近，基礎(chǔ)處理等較難達到壩體填筑的質(zhì)量，因此不和壩體結(jié)合。二期圍堰的戧堤填筑質(zhì)量較壩體差，作為圍堰的前趾不與壩體結(jié)合，但也不拆除作為圍堰的馬道，其余圍堰堰體全部作為壩體的一部分，與壩體結(jié)合在一起。考慮到施工交通的要求，在圍堰堰頂設(shè)有交通道路，圍堰頂寬為6.0 m，圍堰邊坡采用永久建筑物的邊坡坡比1∶1.5。圍堰截滲采用土工膜截滲，圍堰防沖體采用0.5 m厚的拋石。一期圍堰堰頂高程為260.16 m，二期圍堰堰頂高程為270.89 m。導(dǎo)流明渠底寬30 m，邊坡坡比1∶2。導(dǎo)流工程工程量詳見表4。

表4 導(dǎo)流方案工程量匯總表

2.4 截流

截流時間選在9月中、下旬的枯水時段，設(shè)計流量為相應(yīng)時段5 a一遇的平均流量(24.3 m3/s)。

截流方法采用平、立結(jié)合。首先采用浮橋在截流斷面上進行平拋，調(diào)整上下戧堤的落差分擔比例，在龍口處拋投石籠、混凝土四面體和混凝土預(yù)制架形成攔石坎，然后進行立堵截流，合龍后采用開挖土料進行閉氣，閉氣后進行截滲墻施工。

2.5 下閘蓄水

下閘蓄水選在第三年下半年第一臺機組完成安裝后，可以借助圍堰進行蓄水和發(fā)電。

2.6 施工臨時建筑物

施工支洞共布設(shè)4條，支洞特性如表5所示，分別布置在隧洞沿線的山溝內(nèi)，支洞的出渣就近堆棄。施工支洞斷面采用和主洞相同的斷面，除進口附近外，盡量不襯砌，襯砌厚度40 cm。支洞的封堵采用鋼板封堵和混凝土塞配合的封堵方式。鋼板襯砌在主洞內(nèi)，鋼板后澆筑C20混凝土塞封堵支洞。

表5 施工支洞特性表

3 結(jié) 論

轉(zhuǎn)心湖水電站施工導(dǎo)流通過方案比較，選定分期導(dǎo)流方案：為二期導(dǎo)流，一期采用原河道清理整形作為明渠，填筑一期圍堰修建左側(cè)壩體和溢洪道以及導(dǎo)流底孔。當壩體填筑到溢洪道度大汛的高程后，封堵導(dǎo)流明渠，以底孔導(dǎo)流，填筑二期圍堰和壩體，圍堰度第三年春汛，以壩體擋第三年大汛，洪水通過溢洪道和底孔下泄，此方案不但技術(shù)可行而且經(jīng)濟合理。