大崗山水電站施工導流洞方案選擇

王小波，張優(yōu)秀，顧洪炎

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，成都610072)

1 工程概況

大崗山水電站位于大渡河中游石棉縣挖角鄉(xiāng)境內，為大渡河干流水電規(guī)劃的第十四級電站，壩址控制流域面積62 727 km2，壩址處多年平均流量1 010 m3/s。工程主要任務為發(fā)電，總裝機2 600 MW，正常蓄水位為1 130.00 m，死水位1 120.00 m。工程樞紐由混凝土雙曲拱壩、水墊塘及二道壩、泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)和排沙孔等建筑物組成，主要建筑為Ⅰ級。根據(jù)壩址區(qū)地形地質條件和樞紐工程主要建筑物的布置，施工期導流設計擬采用隧洞導流方式。

2 導流建筑物級別和導流標準選擇

圍堰保護對象混凝土拱壩為Ⅰ級建筑物，根據(jù)規(guī)范，導流建筑物應定為Ⅲ級或Ⅳ級。從失事后果來看，攔河大壩為控制發(fā)電工期的關鍵施工項目，圍堰失事將推遲工程總工期和第一臺機組發(fā)電時間，損失巨大;從使用年限上看，圍堰擋水3年5個月，導流洞過流5 a，均>3 a;同時參照國內已建和在建的巨型工程經驗，選擇導流建筑物級別為Ⅲ級。

根據(jù)規(guī)范和從導流工程保護對象、投資以及參照二灘和小灣電站等類似工程的經驗，初期導流標準選擇30 a一遇。

3 導流方案

結合樞紐布置，對導流方案進行研究時考慮的主要布置原則有2條:①圍堰型式及高度應滿足在一個枯水期完建并擋水度汛的要求;②根據(jù)壩區(qū)地形、地質條件及水工建筑物布置，合理布置初期導流隧洞;后期導流應充分考慮利用水工永久建筑，以減少工程投資。下面主要從導流洞斷面、導流洞條數(shù)、導流洞平面布置等3方面對施工導流方案進行選擇。

3.1 導流洞斷面選擇

從經濟角度考慮，最合理的導流方案應該是圍堰費用與導流洞費用之和最小。在滿足汛前具備擋水度汛的條件下，擬定了5種導流洞斷面，上游圍堰對應有5種高度。由于圍堰高度差別不是很大，并結合導流洞進口布置的具體條件，圍堰高度的變化不會引起導流洞長度的變化。對應的工程投資見表1。

表1 導流工程規(guī)模比較表

從表1可以看出，導流洞洞徑越小，導流工程投資越省，這與一般山區(qū)河流的規(guī)律相同。

3.2 導流洞條數(shù)選擇

在圍堰高度確定為53.5 m的情況下，經計算，導流洞過流面積需要約350 m2。在地質、施工及運行條件允許的前提下，宜采用大型導流隧洞導流。上游圍堰規(guī)模已定的條件下，根據(jù)兩岸地形、地質條件及兩岸地下廠房布置情況，開展了1條和2條導流洞布置的研究。為充分發(fā)揮隧洞的過流能力，所有方案隧洞均按壓力洞設計。

1條導流洞方案:導流洞設于右岸，長度800.7 m，需要的洞徑18 m×20.5 m，斷面面積344.18 m2，單洞泄流量達7 040 m/s(壩體擋水時)流速20.45 m/s。雖然斷面面積略小于龍灘和二灘，但其泄流量比二灘大，比龍灘小。1條導流洞方案布置情況見表2。

表2 1條導流洞方案導流泄水建筑物特性表

2條導流洞方案:左右岸各1條導流洞，右洞長度800.7 m，左洞長915.4 m，需要的洞徑12.5 m×15.0 m，斷面面積175.52 m2，單洞泄流量3 520 m3/s(壩體擋水時)流速19.37 m/s。斷面面積其指標在巨型(大型)工程中屬中等。2條導流洞方案布置情況見表3。

表3 2條導流洞方案導流泄水建筑物特性表

1條導流洞方案和2條導流洞方案比，導流洞結構難度很大，尤其是出口卸荷深度10～40 m，洞身需要采取大量的一期支護和二期支護措施，技術難度高，施工風險大;對施工機械要求高;單洞泄流還存在進口水流條件不好，上游圍堰堰面流速相對較大;出口下游圍堰和導流洞出口附近左岸河岸沖刷嚴重，護岸工程量大;截流落差和難度較單洞大?；谝陨显颍艞売野?條導流洞布置方案，選擇2條導流洞方案。

3.3 導流洞平面布置選擇

攔河大壩位于Ω形河段的下游段，左右岸地質條件差別不大，都有布置導流洞的條件。按圍堰高度基本相同的原則確定導流洞規(guī)模，2條導流洞選擇相同的斷面。為此，擬定3種導流洞布置方案并進行比較。

方案1:右岸裁彎取直布置方案。右岸布置2條導流洞，1#洞長1 225 m，2#洞長1 208 m，導流洞軸線距離50 m。上游圍堰靠2#導流洞布置，上游圍堰頂高程1 006.5 m，最大堰高53.5 m，2條導流洞洞徑為12.5 m×15.5 m。進口高程957 m，出口高程952 m。

方案2:壩區(qū)右岸布置2條導流洞。上游圍堰頂高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，右岸 1#導流洞長800.7 m，2#導流洞長933.0 m。導流洞洞徑12.5 m×15.0 m，進口高程953 m，出口高程949 m。

方案3:壩區(qū)左右岸各布置一條導流洞。上游圍堰頂高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，左岸導流洞長915.4 m，右岸導流洞長800.7 m。導流洞洞徑和進出口高程同方案2。

方案1與2、3兩個方案相比，由于洞線長，工程量大，首先考慮1#導流洞與水工泄洪洞結合布置。泄洪洞龍?zhí)ь^結合段高程降低過多(約150 m)，泄洪洞下游設計水位和校核水位都遠高于導流洞出口高程，出口降到導流洞所需要的高程后，永久運行時存在明流、明滿流和滿流3種流態(tài)，水力學條件極差，運行條件復雜，導流洞與泄洪洞不具備結合布置的條件。由于導流洞無法與泄洪洞結合，導致工程量增加過多，投資增加。

方案2和方案3有1條導流洞布置完全一樣，僅需要對另外1條導流洞的布置進行比較，現(xiàn)比較如下:

1)布置條件:左岸導流洞洞線布置受壓力管道豎井段、壩基開挖邊線等制約，進出口受地形地質條件限制布置條件較差，開挖量較大;右岸導流洞進出口布置條件較好，洞線較左岸導流洞略長。

2)水力條件:左岸隧洞位于微彎河道的凹岸，隧洞出口水流條件較好，兩條隧洞左右岸對稱布置，可利用對沖水流改善消能條件。

3)施工條件:兩條導流洞設在同一岸，施工支洞布置復雜，導流洞施工與封堵條件稍差，施工工期約增加2個月。

4 結論

1)和一般山區(qū)河流的規(guī)律相同，導流洞洞徑越小，導流工程投資越省，建議下一步從過流能力方面對導流斷面進行選擇。

2)1條導流洞布置方案導流洞結構難度很大，進出口卸荷深度達10～40 m，洞身需要采取分期支護，技術難度高;單洞泄流還存在進口水流條件不好，進出口附近河岸沖刷嚴重，護岸工程量大;截流落差和難度較單洞大。選擇2條導流洞方案。

3)對于導流洞的布置，右岸截彎取直布置兩條導流洞時與泄流洞不具備結合布置的條件，導致工程量增加，從而工程投資增加;左右岸各布置一條導流洞和均設在右岸相比，雖然左岸導流洞布置條件較差，但布置難度不大，水力條件、施工條件和工期均優(yōu)于兩洞設于右岸方案。所以初期導流布置推薦左、右各布置1條導流洞。

[1]中國水電顧問集團成都勘測設計研究院.大崗山可研施工組織設計報告[R].成都:中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，2006.