月潭水庫工程施工導流設計

何文君

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，合肥 230088）

1 工程概況

月潭水庫工程位于安徽省休寧縣境內的率水河上，大壩壩址在下琳溪村下游約500 m處，距休寧縣城約18.5 km。壩址控制流域面積908 km2，總庫容1.57億m3，為大（2）型水庫。水庫以黃山市屯溪區(qū)的城市防洪為主，兼具城鎮(zhèn)供水、生態(tài)環(huán)境保護、旅游、發(fā)電和灌溉供水等多項功能。水庫建成后，黃山市屯溪主城區(qū)防洪能力由25年一遇洪水提高到100年一遇，電站裝機容量2×10 MW，多年平均發(fā)電量為4 326萬kW·h。水庫供水規(guī)模為18.3萬m3/d，年均供水量為6 846萬m3。水庫設計灌溉面積為1.45萬畝。樞紐工程由攔河壩、泄洪表孔、泄洪底孔、生態(tài)放水管、發(fā)電引水管道、發(fā)電廠房及升壓開關站、魚道等建筑物組成。樞紐工程平面布置見圖1。

圖1 樞紐工程平面布置圖

攔河壩為混凝土重力壩，壩頂高程為173.6 m（1985黃海高程系，下同），最大壩高36.6 m，壩頂長度為214 m，壩頂寬7.0 m，共分11個壩塊。其中，初步設計確定的泄洪建筑物布置為：泄洪建筑物布置在河床壩段2#～7#壩塊（右岸向左岸依次編號，下同），由5個表孔與4個底孔間隔布置。表孔單孔凈寬9.0 m，堰頂高程平正常蓄水位165.0 m，堰頂設置弧形閘門控制；進口底板高程144.8 m，標準段尺寸6.0 m×6.0 m（寬×高），出口底板高程141.5 m，尺寸6.0 m×5.0 m（寬×高），進口設事故檢修閘門，出口設弧形工作閘門。本工程采用底流消能，下游消力池底高程134.5 m，凈寬89.0 m，池長115.0 m，兩側邊墻頂高程150.5 m，消力池內底孔邊緣增設長35.0 m導流墩，尾坎與下游河床平。

發(fā)電引水系統(tǒng)布置于左壩段的7#和8#壩塊，進口高程147.0 m，正向進水的深式進水口。埋管引水型式，進水道尺寸為2孔6.8 m×7.0 m（寬×高）矩形斷面，漸變?yōu)橹睆?.5 m的引水發(fā)電鋼管。地面式發(fā)電廠房布置在左壩段后河床，副廠房布置在主廠房與壩體之間。

2 水文、地質條件

2.1 水文

月潭水庫流域多年平均降水量為2022 mm，汛期4～7月為1116 mm，占年總量的55.2%，降水的年內分配極不均勻，最大年降水量3068 mm（1999年），最小年降雨量1284 mm（1978年）。汛期4～8月份徑流量占全年69.6%，其中6月份最大，占全年的20.8%；非汛期9月～次年3月僅占全年30.4%，其中12月份最小，只占全年的2%。

壩址處各施工時段設計洪水成果見表1。

表1 水庫壩址處各施工時段設計洪水成果表（m3/s）

2.2 地形、地質條件

壩址附近河道寬約130.0～140.0 m，河道左側為寬20.0～25.0 m左右的一級階地，階面高程約149.0 m。順階地外側為首村至回溪的村村通公路。其下為高水河漫灘，寬約7.0 m，地面高程143.0～145.0 m。河床寬約110.0 m，河底高程141.0～142.5 m。

壩址出露的基巖為前震旦系木坑組千枚巖系，按巖性可細分為千枚狀粉砂巖及粉砂質絹云母千枚巖，部分層間擠壓帶夾少量薄層絹云母綠泥千枚巖。壩址第四系覆蓋層可分為山坡坡積層以及第四系沖洪積層。

3 導流標準與導流方式

3.1 導流標準

本工程屬大（2）型水庫，樞紐工程級別Ⅱ等，大壩為2級建筑物，根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2017）的規(guī)定，導流建筑物級別為4級，導流建筑物設計洪水標準：土石結構為重現期20～10年的洪水，混凝土結構為10～5年的洪水。壩體施工期臨時度汛的洪水標準為重現期50～20年的洪水，導流泄水建筑物封堵后壩體度汛洪水標準為重現期100～50年的洪水。根據本工程情況，導流建筑物設計洪水標準選用10年一遇。

3.2 導流方式

針對本工程特點，對隧洞導流和底孔分期導流3種方案做了詳細比較，具體導流方案簡述如下：

（1）方案一：隧洞導流方案。右岸河床新開導流明渠+右岸（凸岸）新開隧洞導流。具體的導流程序及分期施工內容為：一期（第一年9月至第二年3月）主要進行左岸發(fā)電廠房及7#～8#壩塊施工以及7#壩塊上下游的砼縱向圍堰施工，同期進行右岸新開導流隧洞（7.5 m寬×7.0 m高）的施工，利用右岸河床新開導流明渠進行導流；二期（第二年9月至第三年3月）主要進行1#～6#壩塊、9#～11#及一期未完（不受導流水位影響）主體工程施工，利用右岸導流隧洞導流；第三個枯水期，大壩及發(fā)電廠房主體土建工程基本結束，無須導流，導流隧洞下閘蓄水，為機組發(fā)電做準備。

（2）方案二：2個底孔導流方案。右岸岸坡新開導流明渠+5#、6#壩塊2個泄洪底孔導流。具體的導流程序及分期施工內容為：一期（第一年9月至第三年3月）主要進行左岸發(fā)電廠房及4#～11#壩塊主體施工，利用右岸岸坡新開明渠導流；二期（第三年11月至第四年2月）進行1#～3#壩塊以及一期未完（不受導流水位影響）主體工程施工，利用5#、6#壩塊2個泄洪底孔導流。

（3）方案三：4個底孔導流方案。左岸岸坡新開導流明渠+3#～6#壩塊4個泄洪底孔導流。具體的導流程序及分期施工內容為：一期（第一年9月至第三年3月）主要進行砼縱向圍堰及1#～7#壩塊（含下游消力池左側墻）主體施工，利用左岸岸坡新開明渠導流；二期（第三年11月至第四年2月）進行8#～11#壩塊、電站廠房以及一期未完（不受導流水位影響）主體工程施工，利用3#～6#壩塊4個泄洪底孔導流。

各方案優(yōu)缺點、工程量及投資比較見表2。

經綜合分析比較，壩址區(qū)基巖主要為千枚巖，修建隧洞條件不好，存在進洞困難、襯砌工程量大等問題，且壩區(qū)洪水峰高量大、歷時短，洪枯季節(jié)差別大，不建議采用；方案二在二期導流期間僅能利用2個泄洪底孔導流，相較于方案三的4個泄洪底孔導流泄洪能力低且上游水位更高；方案三技術上可行、經濟上合理、工期也能滿足設計要求，最終推薦采用方案三，即利用消力池左側擋墻及7#壩塊、上下游延伸縱向混凝土圍堰的分期導流方案。

表2 各方案優(yōu)缺點、主要導流工程量及投資比較表

4 導流程序

根據選定的導流標準和導流方式，導流程序劃分為兩期3個階段。具體如下：

（1）一期導流。分前后兩個階段，前階段采用土石圍堰束窄河道，右岸老河床導流，進行發(fā)電廠房基坑及導流明渠的開挖和縱向混凝土圍堰澆筑。后階段利用左岸明渠導流，右岸老河床上下游橫向土石圍堰及縱向混凝土圍堰形成一期基坑，進行溢流壩段主體結構工程施工，為后期泄洪底孔導流做準備。

（2）二期導流。利用溢流壩段泄洪底孔導流，在導流明渠上下游填筑橫向土石圍堰，與縱向混凝土圍堰形成二期基坑，進行發(fā)電廠房壩段及發(fā)電廠房主體結構工程施工。

分期導流總體規(guī)劃見表3。

5 導流建筑物的設計

根據調洪演算成果，綜合確定各分期圍堰設計擋水位。一期前階段土石圍堰上游設計擋水位145.5 m，下游144.4 m，堰頂高程取146.5 m到146.0 m，從上游至下游漸低；一期后階段上游橫向圍堰設計擋水位為149.0 m，堰頂高程150.0 m，下游橫向圍堰根據導流明渠水深及底高程，設計擋水位為147.5 m，堰頂高程148.5 m；二期上游橫向圍堰設計擋水位150.5 m，堰頂高程151.5 m，下游橫向圍堰設計擋水位144.8 m，消力池內水位147.0 m，但考慮與縱向混凝土堰頂銜接問題及2.0 m消力坎的壅水等因素，堰頂高程取148.5 m。

表3 分期導流規(guī)劃表

縱向混凝土圍堰布置在消力池左側墻位置，共分4段，上游段54.0 m、大壩段41.2 m、消力池段119.05 m以及下游段37.5 m，總長251.75 m，縱向混凝土圍堰一期和二期在不同方向擋水，上游側擋水位二期底孔導流時最高，為150.5 m，考慮波浪高度和安全加高因素，堰頂高程取151.5 m；下游側擋水位一期后階段時最高，為147.5 m，堰頂高程取148.5 m。消力池段利用消力池側墻段取150.5 m，大壩段取生態(tài)放水管頂面高程150.8 m。考慮到縱向混凝土圍堰堰基與河床基巖間有收縮裂縫，對其采用接觸灌漿處理。

導流明渠布置在發(fā)電廠房位置，底寬20.0 m，兩側邊坡1∶1.5，設計過流583 m3/s，根據布置，導流明渠總長405.2 m，進口高程142.0 m，出口高程141.0 m，縱底坡i=0.247%，要求對渠底進行修整，無凸出部分，糙率取0.028，最大流速達4.35 m/s。

一期前階段土石圍堰軸線長390.0 m，兩側邊坡1∶2.0，堰頂高程從146.5 m到146.0 m，堰高5.0～5.5 m，堰頂寬3.0 m。縱向混凝土圍堰分上游段、7#壩塊段、消力池側墻段、下游段4段，其中上游段54.0 m，下游段37.5 m為新增段，中間兩段118.2 m利用永久結構。堰頂寬度均為2.0 m，底板寬9.7～12.0 m。

一期后階段上下游橫向土石圍堰堰頂高分別為150.0 m和148.5 m，圍堰軸線長分別為93.0 m和95.0 m，兩側邊坡均為1∶2.5，堰頂寬5.0 m和8.0 m（下游考慮施工道路）。

二期上下游橫向土石圍堰堰頂高分別為151.5 m和148.0 m，圍堰軸線長分別為75.0 m和70.0 m，兩側邊坡均為1∶2.5，堰頂寬上游5.0 m，下游結合交通為8.0 m，考慮上游圍堰最大高度達11.0 m，在高程148.0 m位置留二級平臺，平臺寬2.0 m。

一期前階段圍堰及后階段上下游橫向圍堰、二期上下游橫向圍堰結構均采用土石堰體，堰體及堰基均采用土工膜防滲。土工膜采用斜鋪法，在迎水側堰腳位置水下開挖截水槽，將土工膜壓入槽中，填水泥粘土，隨堰體上升在斜坡上采用砂袋壓土工膜。堰體填筑前，對堰基進行清基、整平，工程量包括在大壩壩基開挖中。一、二期上下游橫向圍堰與混凝土縱向圍堰相接處采用錐坡包裹刺墻，適當延長堰體長度，堰體出水面后加強壓實，確保土石堰體與混凝土堰體接觸處的防滲安全，對水流直沖位置采用干砌塊石或拋石護腳。

6 施工度汛

本工程第二年、第三年的6～7月均存在安全度汛問題。根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2017）要求，汛期壩體擋水標準為50～20年重現期標準，本工程選擇20年擋水標準，汛期洪峰流量為2388 m3/s。

在第二年汛期，除左岸導明渠過流外，壩體導流底孔也參與過流，根據水力計算，此時根據天然河道水位～流量曲線推算，下游水位將達到150.0 m，根據導流明渠、底孔聯(lián)合過流調洪計算，上游水位將達到155.0 m。第二年3月底右岸壩段混凝土澆筑至154.0 m高程以上，4月份壩體開始擋水，汛前澆筑至155.0 m以上，拆除土石圍堰，對壩體及消力池表面進行保護，汛期考慮壩面及消力池基坑過水。

在第三年汛期，汛前發(fā)電引水洞事故門、檢修門、攔污柵均安裝完畢，溢洪道澆筑至溢流面頂165.0 m高程，汛期來水通過底孔泄流及溢流面溢流。4月份以前通過導流（泄洪）底孔導流，4月后上游水位逐漸抬高，當超過溢流堰頂，溢流堰開始分洪，汛前要做好新澆溢流面的保護及消力池的防沖工作。發(fā)電廠房關閉檢修門，不參與泄洪。

據此對兩個汛期作如下度汛安排及要求：第二年汛前要做好已澆壩段表面保護，消力池表面的保護，做好所有施工機械和人員的撤退方案。第三年汛期整個壩段擋水，做好溢流壩段新澆溢流面及泄洪底孔的過洪準備，以防特大洪水。同時要在3月底以前完成發(fā)電洞進水口、生態(tài)放水管的閘門安裝調試，具備下閘擋水條件。

7 結語

月潭水庫工程于2016年5月開工建設，根據設計的導流和度汛方案，經歷了2017-2019年3個汛期，目前大壩及下游消力池工程已基本完工，發(fā)電廠房土建工程已完成約60%。

本工程充分利用壩址處地形條件和壩體平面布置，泄洪底孔與導流底孔永臨結合，消力池左側擋墻與縱向圍堰相結合，節(jié)省了導流工程的投資，提高了壩體安全度汛的保證率，有利于工程順利實施，取得了較好的實際效果，對同類水庫樞紐工程施工導流方案具有一定的借鑒意義。