大渡河深溪溝水電站施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

張優(yōu)秀，王小波，彭 江

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都610072)

1 工程概況

深溪溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤處，工程的主要任務(wù)為發(fā)電，無其它綜合利用要求。水庫正常蓄水位660.00 m，相應(yīng)庫容3 227萬m3，調(diào)節(jié)庫容787萬m3，引用流量2 619 m3/s，電站裝機(jī)容量660 MW，工程等別為二等工程。永久性主要水工建筑物按2級設(shè)計(jì)，次要建筑物按3級設(shè)計(jì)。

1.1 地形地質(zhì)條件

壩址位于烏斯河～金口河間的金口河大峽谷中，區(qū)內(nèi)高山聳立，河谷深切，谷坡陡峭。壩址區(qū)河谷兩岸臨河坡高＞1 000 m，高程750 m以下平均坡度為45°～70°，其上平均坡度60°～85°。

壩址區(qū)及其兩岸出露的地層由震旦系上統(tǒng)～二疊系下統(tǒng)淺?！珵I海相碳酸鹽巖、碎屑巖組成。水工建筑物涉及的地層巖性為(Zbdn)燈影組中、下部的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，新鮮巖石較堅(jiān)硬完整。

壩址區(qū)河床覆蓋層深厚，一般厚度40～50 m，最深57.08 m，覆蓋層結(jié)構(gòu)較單一，以粗粒為主，未發(fā)現(xiàn)砂層或砂層透鏡體。

1.2 樞紐建筑物布置

樞紐建筑物沿壩軸線方向自左至右依次布置:1孔排污閘、3孔泄洪閘、河床式廠房及2條泄洪沖沙洞組成，壩頂高程662.50 m，壩頂全長226.0 m。

1孔排污閘位于左岸岸邊，建于基巖上，型式為開敞式溢流堰閘，閘頂高程662.50 m，最大閘高49.5 m。

泄洪閘建于左岸岸邊的基巖上，型式為胸墻式平底板閘，共3孔，閘段總長55.0 m，壩頂高程662.50 m，最大閘高49.5 m，孔口尺寸8.0 m×16.0 m(寬×高)

廠房壩段總長211 m，自左至右依次布置4個(gè)主機(jī)間、接頭壩段、窯洞式安裝間等組成。廠房壩段建筑物由上游進(jìn)水口、主廠房、副廠房、GIS開關(guān)站、下游防洪墻以及尾水平臺(tái)等組成。

1#、2#泄洪沖沙洞進(jìn)口位于閘壩上游約460 m，位于右岸岸坡的白云質(zhì)灰?guī)r體內(nèi)，平行布置，洞中心距56 m，兩進(jìn)口塔體前后布置，兩洞斷面尺寸均為16.0 m×18.5 m(寬×高)。

2 施工導(dǎo)流

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流時(shí)段

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180－2003)和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－94)，樞紐工程為二等大(2)型工程，其主要永久建筑物級別為2級，次要永久建筑物級別為3級。考慮導(dǎo)流建筑物使用期限3 a，堰高約45 m，庫容3 227萬m3，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SDJ338－89)其相應(yīng)級別為4級，結(jié)合地形地質(zhì)條件，堰型擬選擇土石類圍堰。對于土石類導(dǎo)流建筑物，相應(yīng)的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期10～20 a。壩址區(qū)分期洪水成果見表1。

表1 分期設(shè)計(jì)洪水成果表(天然狀態(tài)) m3/s

本工程河床式廠房總高度100 m以上，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑物工程量大，工期長，為控制發(fā)電工期的關(guān)鍵，一旦失事，將嚴(yán)重影響工期，造成較大經(jīng)濟(jì)損失;基礎(chǔ)防滲較深，施工期較長，圍堰擋水高度較高，采用標(biāo)準(zhǔn)上限及下限的水位相差約4.5 m，圍堰堆筑量相差約11.4萬m3，技術(shù)難度和投資無明顯區(qū)別，經(jīng)綜合分析比較，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選用20 a一遇。

由于基礎(chǔ)開挖深達(dá)55 m，處理工程量大，河床式廠房壩段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大及歷時(shí)長，施工期不宜過水，故導(dǎo)流時(shí)段采用全年導(dǎo)流。

2.2 導(dǎo)流方式及導(dǎo)流方案

2.2.1 導(dǎo)流方式

壩址河段徑流峰高量大、歷時(shí)長;壩區(qū)河谷狹窄，地形陡峻，廠房壩段基本布滿整個(gè)河床，不具備分期和明渠導(dǎo)流的布置條件。兩岸基巖出露，整體穩(wěn)定性較好，利于隧洞布置;河床基礎(chǔ)為深厚覆蓋層，基礎(chǔ)處理工程量大;特別是廠房壩段高大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基礎(chǔ)開挖至基巖，施工難度大，施工歷時(shí)長，施工期不宜過水，同時(shí)右岸有兩條水工泄洪洞可供結(jié)合利用，故綜合分析樞紐布置條件和施工進(jìn)度，采用一次斷流圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流、主體工程全年施工的導(dǎo)流方式。

2.2.2 導(dǎo)流方案

由于導(dǎo)流期間泄量較大，如何合理地確定圍堰及隧洞的規(guī)模，將直接影響工程的施工和投資。從施工方便和節(jié)省導(dǎo)流工程投資方面，應(yīng)充分發(fā)揮圍堰的擋水水平，降低隧洞規(guī)模。

2.2.2.1 圍堰高度的擬定

主要由兩方面原因決定:①考慮移民征地因素，導(dǎo)流期間上游水位不宜超過正常蓄水位660.0 m，即堰頂高程須結(jié)合正常蓄水位確定;②一個(gè)枯水期能夠完成圍堰堆筑。經(jīng)過水力計(jì)算，考慮波浪爬高及超高后確定上游圍堰頂高程為660.00 m，該圍堰最大高度約45.0 m。

2.2.2.2 導(dǎo)流隧洞方案布置

壩址區(qū)河段覆蓋層深厚，兩岸邊坡陡峻，河谷斷面呈不對稱“V”型，谷坡陡峻，枯水期河水面高程約621.00 m，水面寬90.0 m。山體巖性為中厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀平緩，成洞條件較好;壩址左岸壩肩高程有成昆鐵路通過，河床式廠房壩段占據(jù)了河床并延伸至右岸邊坡。為確保成昆鐵路的正常運(yùn)行，導(dǎo)流洞不宜布置于左岸;水工樞紐在右岸布置有兩條泄洪洞，其進(jìn)出口高程和斷面尺寸可結(jié)合泄洪洞運(yùn)行要求進(jìn)行布置，故為節(jié)省工程投資，方便工程布置，采用右岸布置2條導(dǎo)流洞(與水工2條泄洪洞完全結(jié)合)的施工導(dǎo)流布置方案。

2.3 施工導(dǎo)流規(guī)劃

結(jié)合施工總進(jìn)度計(jì)劃，導(dǎo)流規(guī)劃安排如下:

工程開工后的第二年10月底導(dǎo)流洞完建，11月中旬河道截流，11月～第三年5月進(jìn)行圍堰基礎(chǔ)防滲墻和圍堰堆筑施工。第三年6月～第六年2月，進(jìn)行主體工程的基礎(chǔ)開挖、基礎(chǔ)處理、混凝土澆筑和金屬結(jié)構(gòu)安裝，期間導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量7 890 m3/s由2條導(dǎo)流洞渲泄，上堰堰前水位658.35 m;第五年10月～第六年1月進(jìn)行上下游圍堰拆除。第六年1月中旬導(dǎo)流洞下閘改建，泄洪閘過水，5月底導(dǎo)流洞改建泄洪洞完成，同時(shí)第一機(jī)組安裝完畢，6月初，工程具備發(fā)電條件。6月～第七年6月底，后續(xù)3臺(tái)機(jī)組相繼安裝發(fā)電。

2.4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

2.4.1 擋水建筑物

2.4.1.1 上游圍堰設(shè)計(jì)

按20 a一遇流量Qp=5%=7 890 m3/s設(shè)計(jì)時(shí)，上游水位658.35 m，考慮波浪爬高和安全超高后，確定圍堰頂高程為660.0 m，最大堰高約45.0 m，頂寬10.0 m，迎水堰面坡度1∶2.5，背水堰面坡度1∶1.75。堰體防滲高度33.0 m左右，受工期及料源開采條件限制，上游圍堰堰體防滲選用復(fù)合土工膜斜墻。受緩傾角層間破碎帶及風(fēng)化卸荷的影響，堰肩巖體水平向滲透性較強(qiáng)，對堰肩須進(jìn)行灌漿處理，灌漿深度應(yīng)深入強(qiáng)卸荷線內(nèi)。根據(jù)基坑深度、圍堰擋水高度和堰基地質(zhì)條件，經(jīng)滲流計(jì)算分析，采用全封閉式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度約64 m，防滲墻施工平臺(tái)高程626.00 m。

2.4.1.2 下游圍堰設(shè)計(jì)

為方便下深基坑道路布置，方便施工，同時(shí)增加基坑下游側(cè)的滲徑，減小滲透坡降和滲流量，同時(shí)考慮導(dǎo)流洞出口水流對下游圍堰的沖刷影響，下游圍堰布置在深溪溝口上游側(cè)約350 m處，由于圍堰較低，堰體采用復(fù)合土工膜心墻土石圍堰，河床覆蓋層屬強(qiáng)透水層，經(jīng)計(jì)算分析下游圍堰仍按全封閉式混凝土防滲墻考慮，防滲墻最大深度約53m。設(shè)計(jì)流量7 890 m3/s時(shí)，下游圍堰堰前水位為631.8 m，考慮波浪爬高及超高后確定下游圍堰頂高程為633.50 m;最大堰高約19.5 m，堰頂寬10 m，迎水面坡度1∶2，背水面坡度 1∶1.75，堰基混凝土防滲墻施工平臺(tái)高程621.00 m。

2.4.2 泄水建筑物

根據(jù)過流要求和導(dǎo)流洞(泄洪洞)的布置條件，經(jīng)計(jì)算分析，斷面尺寸均為16 m×18.5 m(寬×高)，按有壓洞設(shè)計(jì)，導(dǎo)流洞為城門洞型，隧洞根據(jù)洞身段圍巖地質(zhì)條件、洞室規(guī)模及高速水流抗沖耐磨、抗蝕等永久運(yùn)行要求，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌。進(jìn)口高程616.0 m。由于兩條洞均改建成水工泄洪洞，其結(jié)構(gòu)要求高于導(dǎo)流洞運(yùn)行要求，按水工永久建筑物設(shè)計(jì)。兩條導(dǎo)流洞特性為:

1#導(dǎo)流洞(泄洪洞):進(jìn)口高程616.00 m，洞長1 379.07 m，出口高程614.00 m。

2#導(dǎo)流洞(泄洪洞):進(jìn)口高程616.00 m，洞長1 512.54 m，出口高程614.00m。

3 結(jié)語

深溪溝水電站的施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)充分考慮了同右岸兩條水工泄洪洞的結(jié)合利用，大大節(jié)省了工程投資，方便了工程布置，

考慮到上游防滲墻工期緊張，為給防滲墻施工爭取較多時(shí)間，減小堰體堆筑對其干擾，上游圍堰堰體采用了斜墻防滲型式;堰體防滲材料采用了復(fù)合土工膜，國外運(yùn)用復(fù)合土工膜防滲的水平較高，最高承受水頭已達(dá)到70.0 m以上，國內(nèi)已運(yùn)用到50.0 m左右的水平，本工程圍堰擋水水頭在43.0 m左右，且圍堰必須在一個(gè)枯水期建成，復(fù)合土工膜施工速度快，實(shí)踐證明其較好的滿足了設(shè)計(jì)要求。

本工程圍堰基礎(chǔ)河床覆蓋層最厚達(dá)50.5 m，以沖積含漂卵石層為主，屬強(qiáng)透水層，具有厚度大、層次多、含漂石粒徑大、有架空、滲透性強(qiáng)的特征，而大壩基礎(chǔ)座落在基巖上，覆蓋層全挖除，上游圍堰前設(shè)計(jì)水位與基坑底水頭差達(dá)97 m，水平滲徑僅260 m，為安全可靠，結(jié)合工期安排，堰基防滲采用全封閉式混凝土防滲墻，給基坑創(chuàng)造干地施工條件。

深溪溝水電站的導(dǎo)流設(shè)計(jì)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)證明是合適的，為其他類似工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

［1］中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院.深溪溝可研施工組織設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.成都:中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，2005.