牡丹江流域某水電站的導(dǎo)截流方案設(shè)計(jì)

王宇軒 張正波 宗志聰 王碩

摘 要:根據(jù)該水電站的樞紐布置及地形、地質(zhì)條件,其施工導(dǎo)、截流設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的導(dǎo)流方案為:在距大壩110m處峽谷右岸開挖一條內(nèi)徑8.0m圓洞型隧洞,導(dǎo)流洞長度為252.56m,隧洞進(jìn)出口落差達(dá)到8m,水流條件好。隧洞進(jìn)口高程為1153.00m,出口高程為1145.00m,底坡為3％。

關(guān)鍵詞:導(dǎo)流圍堰截留施工

中圖分類號(hào):TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0042-02

1項(xiàng)目背景

A電站位于吉林省牡丹江流域上。電站主要建筑物由攔河壩、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞、調(diào)壓井、壓力鋼管及發(fā)電廠房等六部分組成,總裝機(jī)100Mw,裝機(jī)臺(tái)數(shù)兩臺(tái),單機(jī)容量50Mw。其中攔河壩為常態(tài)混凝土拱壩,壩軸線長157.713m,最大壩高67.0m。

2項(xiàng)目施工水文條件

牡丹江流域內(nèi)的初冰期一般發(fā)生在10月下旬,通常在11月上旬出現(xiàn)流凌,11月下旬封江,翌年3月下旬至4月初開江。封凍期最大冰厚1.28m。開江期的春汛及流冰一般不甚嚴(yán)重,很少形成冰塞現(xiàn)象。由此可見,蓮花水電站的水文分期明顯,洪枯流量比較大,一年內(nèi)有5個(gè)月的冰凍封江期,流凌現(xiàn)象不嚴(yán)重,這些特性對(duì)施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)有較大影響。

牡丹江流域控制集水面積8270km2,A電站壩址以上控制集水面積7090km2,占全流域的85.7%。

本工程施工水文資料分別見表1、表2、表3。

3方案比選程序研究

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流時(shí)段選擇

本電站為Ⅲ等工程,主要建筑物攔河壩為3級(jí)建筑物,根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SD338～89)的規(guī)定,相應(yīng)的臨時(shí)建筑物為5級(jí),相應(yīng)的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為P=20%。

根據(jù)對(duì)《壩址不同頻率分期洪水成果表》進(jìn)行比較分析,可以看出選擇11月至次年4月的導(dǎo)流時(shí)段較為合理,其在P＝20％的導(dǎo)流流量為299m3/s。

3.2 度汛標(biāo)準(zhǔn)及壩體臨時(shí)度汛

本工程度汛標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%的全年洪水,相應(yīng)流量為2800m3/s?？紤]到常態(tài)混凝土重力拱壩的施工特點(diǎn),為了能夠連續(xù)施工,本工程大壩施工度汛采用預(yù)留缺口聯(lián)合導(dǎo)流洞泄洪度汛。

4導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

壩址處河道狹窄,河道寬度在20m～30m之間,呈“Ω”形,采用隧洞導(dǎo)流條件較為優(yōu)越。所以,本工程采用隧洞導(dǎo)流方式。

4.1 導(dǎo)流方案的比選

根據(jù)樞紐布置形式,結(jié)合水文、地形、地質(zhì)條件等因素,提出如下方案進(jìn)行比較。

方案一:在距大壩250m處峽谷右岸開挖一條6.5m×8.0m城門洞型隧洞,導(dǎo)流洞長度為470m,隧洞進(jìn)出口落差達(dá)到19m,水流條件好。隧洞進(jìn)口高程為1159.00m,出口高程為1140.00m,底坡為4.04％。方案二(與泄洪洞結(jié)合方案):在距大壩110m處峽谷右岸開挖一條內(nèi)徑8.0m圓洞型隧洞,導(dǎo)流洞長度為252.56m,隧洞進(jìn)出口落差達(dá)到8m,水流條件好。隧洞進(jìn)口高程為1153.00m,出口高程為1145.00m,底坡為3％。上述兩個(gè)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如以下幾點(diǎn)。

(1)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

方案一造價(jià)約為884萬元,方案二造價(jià)約為869萬元,從單一的導(dǎo)流工程來看兩個(gè)方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上兩個(gè)方案差不多,但是方案二是結(jié)合永久泄洪洞來設(shè)計(jì),對(duì)整個(gè)工程來說方案二在導(dǎo)流工程方面幾乎是零投資(投資計(jì)入永久泄洪洞)。因此,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上方案二優(yōu)于方案一。

(2)技術(shù)可行性。

本工程上游河床寬度較狹窄,覆蓋層較厚,主要為大塊石崩踏堆積體。其中,左岸有不穩(wěn)定崩踏堆積體,堆積體順河向長約100m,距壩址約80m,垂直河向長50m,體積約8萬m3。經(jīng)過與中國地質(zhì)大學(xué)進(jìn)行的專題分析,專題設(shè)計(jì)提出將該部分需進(jìn)行清除處理。

采用方案一,圍堰布置在峽谷中上部,施工技術(shù)上難度不大,可行性強(qiáng)。導(dǎo)流洞施工受到崩踏堆積體處理的施工干擾小,可獨(dú)立施工,而且,導(dǎo)流洞的封堵簡單;缺點(diǎn)是隧洞較長,施工時(shí)間長。采用方案二,圍堰布置在峽谷中部,施工技術(shù)上難度不大,可行性強(qiáng)。缺點(diǎn)是導(dǎo)流洞施工受到崩踏堆積體處理的施工干擾;優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)流洞可與泄洪洞結(jié)合,減少工程投資,同時(shí)有利于大壩的安全運(yùn)行。

因此,選擇方案二為本工程的推薦方案。

4.2 導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)

(1)洞線布置。

由于導(dǎo)流洞和永久泄洪洞結(jié)合,導(dǎo)流洞布置在滿足導(dǎo)流要求的前提下還應(yīng)盡可能滿足泄洪洞要求。所以,導(dǎo)流隧洞布置于大壩右岸,全長252.56m,隧洞進(jìn)口直線段長42.90m,洞線方向?yàn)镹2.59°E,轉(zhuǎn)彎段長78.39m,轉(zhuǎn)彎半徑為100m,轉(zhuǎn)角44.92°,出口直線段長131.27m,洞線方向?yàn)镹47.68°E。隧洞進(jìn)口底板高程為1153.00m,出口底板高程為1145.00m,底坡為3.2%。

(2)隧洞斷面型式選擇。

考慮到導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)與泄洪洞相結(jié)合,導(dǎo)流洞斷面采用圓型斷面設(shè)計(jì),經(jīng)過水力計(jì)算,確定隧洞斷面尺寸襯砌后內(nèi)徑為8m圓洞。

4.3 圍堰設(shè)計(jì)

由于本工程粘土料場儲(chǔ)量豐富,對(duì)土石圍堰施工用料有保證,故本工程圍堰設(shè)計(jì)為土石圍堰。

(1)上游圍堰設(shè)計(jì)。

圍堰設(shè)計(jì)為土石混合圍堰,圍堰頂寬為6.5m,軸線長度為48m,最大堰高為16.3m,堰頂高程為1160.30m。上游側(cè)為堆石體截流戧堤,邊坡為1︰1.5,下游側(cè)堆石體邊坡為1︰2.0,采用防滲土工布結(jié)合控制水泥灌漿進(jìn)行防滲處理。

(2)下游圍堰設(shè)計(jì)。

根據(jù)導(dǎo)流洞出口水位至流量關(guān)系曲線,選定導(dǎo)流流量對(duì)應(yīng)的水位為1144.50m,圍堰軸線處河底高程為1137.9m。堰型為土石圍堰,設(shè)計(jì)堰頂高程為1145.0m,堰頂寬為3m,背水面坡度為1︰1.5,迎水面坡度為1︰2。

4.4 導(dǎo)流程序

根據(jù)本工程的特點(diǎn),攔河壩施工導(dǎo)流分為前期、中期和后期三個(gè)階段。

前期導(dǎo)流:第一年2～10月,河道過流,進(jìn)行導(dǎo)流洞施工;第一年11月至第二年4月,河床截留,通過導(dǎo)流洞過流,攔河壩進(jìn)行河床基礎(chǔ)開挖和壩基混凝土澆筑。中期導(dǎo)流:第二年汛期(5～10月),根據(jù)施工總進(jìn)度安排,大壩澆筑到1167.50m高程,并在1157.00m高程大壩溢流堰右側(cè)預(yù)留寬50m的缺口,導(dǎo)流洞、沖砂底孔和大壩缺口聯(lián)合泄流,攔河壩進(jìn)行預(yù)留缺口兩側(cè)的混凝土澆筑。后期導(dǎo)流:第二年11月至第三年4月,通過導(dǎo)流洞過流,攔河壩進(jìn)行缺口部分混凝土澆筑、壩體灌漿和金屬結(jié)構(gòu)部分施工,直至攔河壩竣工。

5截流施工方法研究

5.1 截流時(shí)段選擇

導(dǎo)流時(shí)段為11月至次年4月,根據(jù)施工進(jìn)度安排,結(jié)合黃泥河水文條件,確定在10月截流。因?yàn)?1月份P=20%月平均流量為108m3/s,截流難度不大。為能盡早進(jìn)行圍堰填筑,以便于為大壩基坑施工創(chuàng)造條件,因此截流安排工程開工第一年11上旬進(jìn)行。

5.2 截流施工

截流方式采用單戧立堵截流,單向進(jìn)占。截流前先進(jìn)行備料,對(duì)壩前蹦踏堆積體處理和壩肩看挖碴料進(jìn)行篩選大粒徑料單獨(dú)儲(chǔ)備。截流時(shí)先采用大粒徑料進(jìn)行填筑,然后再用開挖碴料進(jìn)行填筑。

截流戧堤料采用1.5m3挖掘機(jī)裝15t自卸汽車運(yùn)輸,推土機(jī)推平進(jìn)占。

6結(jié)語

對(duì)修建在高山峽谷地帶徑流量大的高水頭水電站,施工導(dǎo)流是工程能否實(shí)施的關(guān)鍵,同時(shí)也關(guān)系到項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在進(jìn)行施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)緊密結(jié)合工程的總體設(shè)計(jì)考慮,盡可能臨時(shí)和永久工程結(jié)合,節(jié)約工程投資,從而使工程順利進(jìn)行。

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