蓋下壩水電站工程大壩施工導流設計

鄭希娟，遲浩宇

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春 130021；2.吉林省水利水電勘測設計研究院,吉林長春 130061）

1 工程概況

蓋下壩水電站位于長江一級支流長灘河中上游河段，距下游長江入口處的故陵鎮約45km，距云陽縣城約72km。工程規模為大（2）型，II等工程。水庫正常蓄水位392.00m，總庫容3.54億m3，調節庫容為2.03億m3，具有年調節性能，電站裝機容量132MW，保證出力31MW，多年平均發電量3.659億kW·h，裝機利用小時數2820h。建成的混凝土雙曲拱壩為“亞洲最薄高拱壩”，是一座以發電為主的綜合開發利用的水電樞紐工程。

樞紐布置由混凝土雙曲拱壩及左岸引水發電系統組成。混凝土雙曲拱壩包括溢流壩段、擋水壩段，壩頂高程394.00m，最大壩高160.00m（包括墊座），壩頂長153.20m。引水系統布置在左岸山體內，由進水口和引水隧洞組成，采用“一洞三機”的布置方式，引水隧洞總長約7.12km。發電廠房位于云陽縣堰坪鄉曲溪村付家灣長灘河左岸河灘地上，距壩軸線約7.00km，廠房型式為地面式廠房，廠區地面高程為218.00m，主廠房尺寸為56.90m×18.30m×41.00m（長×寬×高）。電站總裝機容量132MW，安裝3臺水輪發電機組，單機容量44MW。

工程于2008年10月開工，2009年2月17日導流洞貫通，導流洞于2009年5月過流，2009年5月8日，大江成功截流。2012年6月，主體工程基本完工；2012年8月10日，工程成功下閘蓄水，首臺機組于2012年12月30日并網發電。2013年5月1日，3臺機組全部投入商業運行，總工期55個月，總投資13.8億元。2015年1月9日，工程通過竣工安全鑒定，工程完工。

2 自然條件

2.1 水文氣象

長灘河流域屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，季風明顯。具有冬無嚴寒、夏無酷暑、暖濕多雨的特點。據氣象資料統計，多年平均氣溫18.5℃，極端最高氣溫42.9℃，極端最低氣溫-4.0℃；多年平均相對濕度74.00%，絕對濕度17.00mb；多年平均風速1.9m/s，最大風速20.0m/s，相應風向為NNE，最多風向ENE，平均雷電日數38.9d，平均霜日數12.4d，無霜期340.0～350.0d。工程壩址處分期設計洪水流量成果見表1，壩址各設計頻率月平均流量成果見表2。

表1 壩址施工分期設計洪水流量成果表m3/s

表2 各設計頻率月平均流量成果表m3/s

2.2 地形、地質

工程壩址處枯水期河水水位一般為268.20～269.70m，谷底呈狹窄的“V”型河谷，寬30.00～60.00m，水深0.50～3.00m，壩址處無階地。壩址兩岸的地形高聳、陡峻，山體高程為600.00～700.00m，相對高差為150.00～300.00m，兩岸谷坡坡度60°～80°，基巖裸露，巖層走向與河流流向間夾角為50°～80°，與壩軸線近于平行。

壩址區出露的基巖主要為石灰巖，巖質較為堅硬。兩岸山坡處坡積物厚度一般為0.10～0.30m，主要組成為腐殖土；局部地段稍厚，為0.50～1.20m，由高液限粘土、碎石混合土及塊石混合土組成。河谷沖洪積物厚度較大，河谷中部為25.00～33.00m，兩側稍薄，約為15.00m。

3 導流標準及導流方式

3.1 導流標準

蓋下壩水電站大壩為混凝土拱壩，壩高160.00m，為Ⅰ級建筑物，根據DL/T5397-2007《水電工程施工組織設計規范》規定，相應的施工導流臨時建筑物為Ⅳ級，大壩上下游圍堰采用土石圍堰，擋水標準在10～20年洪水重現期范圍內選定。結合工程水文特性和大壩工期安排，大壩圍堰設計擋水標準采用大汛期10年洪水重現期設計，設計洪峰流量為2170m3/s。經調洪計算，導流洞泄流量為667m3/s。大壩上游圍堰設計水位314.87m，計入安全超高，圍堰設計高程為316.40m，防滲體頂部高程為316.00m。大壩下游圍堰設計水位為274.72m，計入安全超高，圍堰設計高程為275.80m。

3.2 導流方式

根據地形、地質、水文條件和水工樞紐布置，大壩施工導流采用一次攔斷河床圍堰，隧洞導流的導流方式。

3.3 導流程序

第一年12月1日至第二年4月30日，導流洞施工，導流洞進出口預留巖埂及圍堰擋水，原河床過流；第二年5月1日至第二年9月30日，導流洞進口圍堰拆除和出口巖埂開挖，原河床及導流洞過流，工程截流，圍堰基礎處理、基坑抽水，上、下游圍堰繼續填筑；第二年10月1日至第二年10月15日，導流洞過流，基坑抽水，上、下游圍堰繼續填筑；第二年10月中旬至第三年4月末，上、下游圍堰繼續填筑到設計高程；第三年5月至第四年4月末，大壩上、下游圍堰擋水，導流洞過流；第四年5月初至第四年9月中旬，導流洞泄流，壩體擋水度汛；第四年9月20日，導流洞下閘，水庫蓄水，年底首臺機組發電，后2臺機組每隔3個月相繼投入運行。

4 導流建筑物設計

4.1 大壩上、下游圍堰布置與設計

根據水工建筑物的布置，大壩的上游圍堰軸線長為146.04m，布置在距壩軸線上游120.00m處；大壩的下游圍堰軸線長49.43m，布置在距壩軸線180.00m處。

大壩上游圍堰為土石圍堰，采用堆石填筑堰體，圍堰頂寬8.90m，堰頂高程316.40m，上游圍堰長119.56m，最大堰高為47.69m，迎水側邊坡1∶1.5，背水側邊坡1∶1.4。圍堰上下游各設一級馬道，寬2.00m，馬道高程293.90m。堰體迎水側護坡采用混凝土面板和鋼筋石籠防護，高程274.00 m以上采用30cm厚混凝土面板護坡，274.00m高程以下至河床采用尺寸為1.00m×1.50m×1.00m鋼筋石籠護坡。

大壩上游圍堰堰體采用復合土工膜防滲，堰基采用高噴灌漿防滲（旋噴雙排）。大壩上游圍堰的高噴灌漿防滲墻的軸線位于圍堰軸線上游側，距圍堰軸線40.06m處，與圍堰軸線平行，高程293.90m以上堰體防滲土工膜心墻軸線與圍堰軸線重合。高程293.90m以下堰體防滲土工膜與高噴灌漿防滲墻混凝土帽梁相接，混凝土帽梁頂高程273.50m。復合土工膜與左右岸坡的接頭部位采用混凝土齒墻連接。

大壩施工導流下游圍堰為土石圍堰，采用堆石填筑堰體，圍堰頂寬6.80m，堰頂高程275.80m，圍堰長48.42m，最大堰高7.15m，上、下游側邊坡為1∶1.5。大壩下游圍堰堰體采用粘土心墻防滲形式，粘土心墻防滲體頂寬2.00m，兩側填筑邊坡為1∶0.3。心墻防滲體兩側的反濾料頂寬均為0.50m，反濾料填筑邊坡為1∶0.5。大壩的下游圍堰迎水側防護采用1.00m厚鋼筋石籠，石籠尺寸3.00m×3.00m×1.00m。堰體坡腳防護長3.00m。圍堰基礎防滲采用高噴灌漿防滲墻防滲，高噴灌漿采用旋噴，雙排，孔距為1.00m，排距為0.75m。高噴灌漿防滲墻埋入粘土心墻2.00m深，入巖深度不小于0.50m。

4.2 導流洞布置與設計

4.2.1 布置

根據地形條件和水工樞紐布置，導流洞布置在右岸，導流洞全長306.70m，進口底板高程270.00m，出口底板高程269.00m，底坡0.321%。導流洞在樁號K0+249.66m處設一個轉彎段，轉彎半徑為50.00m，轉角為53.85°。導流洞的設計標準為大汛10年重現期洪水，設計流量為2170m3/s。經計算，導流洞泄流量Q=667m3/s。

4.2.2 洞型與洞徑設計

導流洞的斷面型式：圓形斷面受力條件較好，但施工相對復雜；方圓形斷面底部過水面積大，方便截流，施工程序簡單，因此，設計選用方圓形斷面。綜合考慮工期、經濟等因素，洞徑為8.00m×7.00m（寬×高，下同）。

4.2.3 洞身支護

根據導流洞地質圍巖類型及洞內水流條件分析，設計采用全斷面混凝土襯砌和裸洞兩種措施，其中進口鎖口段12.00m（導K0-004.50～導K0+007.50m）、出口段50.00m（導K0+256.70～導K0+306.70m）巖石溶蝕段采用全斷面混凝土襯砌，其它洞段采用裸洞型式。

4.2.4 進水口設計

導流洞進水口由于受地形條件限制，設13.00m明管段，管壁厚2.00m。為增強導流洞的泄流能力，導流洞進口的上緣采用X2/7.702+Y2/2.002=1的曲線型式。封堵閘門工作平臺高程為288.00m，啟閉機平臺高程為302.50m。封堵閘門采用單孔平板閘門，閘門尺寸8.00m×7.00m。

4.2.5 封堵設計

為了確保封堵效果良好，根據導流洞的布置情況，封堵段位置選擇在圍巖條件較好的Ⅱ類圍巖洞段上，即大壩帷幕灌漿線與導流洞交叉（導K0+113.88m）處。封堵段開挖斷面為楔型，最大斷面尺寸為10.00m×8.00m，封堵段長27.00m。導流洞的封堵設計按永久建筑物進行，設計洪水標準為重現期500年一遇，設計水位391.98m；校核洪水標準為重現期2000年一遇，設計水位393.78m。

5 結語

蓋下壩水電站施工導流設計擋水水頭較高，采用的圍堰防滲形式，以及圍堰防滲體與岸坡的連接部位設計較復雜。并且在高水頭條件下，堰體防滲形式采用了土工膜斜心墻防滲，具有一定的代表性。蓋下壩電站由于工程受自然條件及場內施工條件限制，其施工難度極大，導流工程的成功實施確保了主體工程建設的順利進行。