水電站導流洞布置優(yōu)化設計

孟育海（臨夏州水務水電局，甘肅 臨夏州 731100）

某水電站工程主要包括三部分，分別為泄洪隧洞、混凝土雙曲拱壩以及左右岸地下廠房等等。此水電站工程屬于一等大（1）型工程，建筑物也是按照I級建筑的規(guī)格進行實施。在可研階段，按照本工程所具有的地質(zhì)情況、工程施工情況以及工期方面的要求采取的是斷流圍堰擋水、隧洞導流的方式進行，導流的標準采用的是20年一遇的洪水標準，設計流量為5850m3/s。此水電站具有自身特征，可以采取多種導流洞布置方案，但是涉及到的因素比較多，具有較大的選擇難度。所以需要對導流洞布置方案進行比較分析，對導流洞布置方案進行優(yōu)化[1]。

1 初期設計水電站問題所在

初期設計階段水電站廠房的進水口采用的是岸塔式，這就造成了其明挖工程量比較大，平面位置和導流洞進口相接，從高程方面為上下布置，這就使得進口開口存在交叉的情況，并且兩方面的施工存在交叉的情況，無法有效避免相互干擾，會影響到導流洞的工期。這就需要在初期設計導流洞和廠房進水口布置的基礎上進行優(yōu)化設計，從而降低進口工程量以及所具有的施工難度，對于兩進水口的施工方式以及施工時間進行優(yōu)化調(diào)整，使其能夠錯峰進行，避免施工干擾。

2 導流洞布置優(yōu)化設計原則和具體內(nèi)容

2.1 導流洞布置優(yōu)化設計原則

要以初期設計的導流標準和導流洞布置方案作為基礎，充分將導流洞和尾水洞進行結合，確保洞線的走向、布置間距和尾水洞結合點的穩(wěn)定性。

2.2 優(yōu)化設計的具體內(nèi)容

第一，對于其中4條導流隧洞截流可行性進行充分的研究，從而能夠有效提升其余2條導流洞進口高程，進而降低進口工程量和施工難度；

第二，要以兩岸地質(zhì)地形作為基本研究條件，充分對比岸塔式和豎井閘室結構的異同，從而有效降低進口開挖以及混凝土的工程量，進而降低導流洞和廠房進水口兩方面的施工干擾[2]。

3 水電站導流洞布置優(yōu)化設計內(nèi)容

3.1 對于導流洞進口高程進行優(yōu)化

主要是利用其中4條導流隧洞進行截流，從而提升其余2條導流洞進口高程，并且將其投入使用的時間進行順延，從而降低截流前的隧洞工程量，保證截流的順利完成。本次研究主要對比了2#、5#導流洞和3#、4#導流洞高程提升、進口閘室為露天岸塔式兩種方案。

第一，方案一：進行2#、5#導流洞進口高程抬高布置。主要是將2#和5#導流洞進口高程進行提升，此方案是將其提升到380m的高度，其他各號導流洞保持原有設計。由于2#和5#導流洞的進口底板高程有所提升，所以在進行導流洞封堵施工過程中無需設置進口閘室以及閘門設備等等[3]。

第二，方案二：進行3#、4#導流洞進口高程抬高布置。主要是將3#和4#導流洞進口高程進行提升，此方案是將其提升到380m的高度，其他各號導流洞保持原有設計。以施工的具體規(guī)劃和廠房尾水洞發(fā)電過水要求作為依據(jù)，可以將導流洞分成兩期進行封堵，一期對2#和5#進行封堵，二期對剩余導流洞進行封堵，因此3#和4#導流洞還是要進行閘室以及閘門設備的設置。

表1 方案比較結果

第三，方案比較結果如表1所示。

從表1中能夠得知，相對于初期設計方案來說，優(yōu)化之后的方案一和方案二在多方面都具有明顯的優(yōu)勢，包括：工程投資、工程量、導流洞長度、施工復雜性等等。雖然在一定程度上4棟截流增加了難度，但是可以利用相應的技術措施進行解決，包括：提升拋投強度、增加特殊拋投材料等等?？偟膩碚f，從工程投資以及導流工程量等方面考慮，優(yōu)化方案一相對較優(yōu)。

3.2 對于導流洞進口形式進行優(yōu)化

將2#和5#導流洞的進口進行提升能夠有效降低進口土石方的明挖量，但是其他導流洞的閘室還處于廠房取水口下面，所以其施工還是會在一定程度上受到廠房進水口施工的影響。為了能夠有效降低導流洞和廠房進水口之間相互的影響，以導流洞進口地質(zhì)情況作為基礎對露天豎井和地下豎井閘室方案進行對比。

第一，方案一：露天豎井式閘室。通過將2#和5#導流洞進口高程有效提升，需要將進洞點向前移動以便確保洞徑厚度的巖體層。因為進口底板高程相對較高，所以無需設置進口閘室和閘門等設備。將其他導流洞閘室從露天岸塔式結構改為露天豎井閘室結構，其他設計保持不變。

第二，方案二：地下豎井式閘室。此方案是在方案一的基礎上進行優(yōu)化，主要是確保導流洞進出口高程不變，將3#和4#導流洞豎井閘室布置在取水口和壩肩之間的山體之間，就是指將3#和4#導流洞閘室設置成為地下豎井閘室結構。

第三，方案對比結果。

1）對于導流洞的工程量來說（特別是導流洞進口明挖和混凝土工程量方面），相對于初期設計方案，豎井閘室方案能夠有效降低工程量。其中方案一比方案二能夠降低工程投資費用1124萬元；

2）在進行豎井閘室布置過程中，方案一的1#、3#、4#以及6#導流洞露天豎井閘室和施工通道都處在廠房進水口的下面，所以在進行施工時還是會受到廠房進水口施工方面的影響。但是地下豎井閘室處在取水口和大壩間的山體內(nèi)，所以從空間布置方面來說是比較協(xié)調(diào)有序的，因此施工以及交通情況不會受到廠房進水口施工的影響，因此方案二相對較好；

3）從泄流能力方面來說，豎井閘室方案在洞線和豎井閘室結構方面都有了較大的改變，這就造成了導流洞的流量系數(shù)有所下降。初始階段導流上游水位相對于初期設計來說上漲了1.2m，而隨著導流的進行上游水位增加為0.53m[4]。

4）從地質(zhì)情況方面來看，露天豎井閘室方案進口區(qū)前部地形相對比較平淡，但后部的基巖邊坡相對較陡峭，閘門井400m高程以上邊坡開挖高度相對較大，這就很大程度上影響了邊坡的穩(wěn)定性；而地下豎井閘室位置的巖體具有比較好的完整性，具有比較好的成井條件，并且能夠有效降低開挖范圍，能夠有效降低開挖邊坡高度，對于提升邊坡穩(wěn)定性是非常有利的，所以導流洞進水口采取豎井閘室的布置方案具有非常好的工程地質(zhì)條件。

總的來說，從導流洞地質(zhì)條件、所需要的投資費用、整體的工程量以及導流洞施工情況考慮，導流洞進口采取地下豎井閘室的方式是比較良好的，能夠起到優(yōu)化布置的作用。

3.3 總體結論

第一，對于提升2#和5#導流洞進口、4洞截流方案技術和經(jīng)濟方面的比較，在結合初期設計導流洞截流研究成果來看，此種方案在技術方面是可行的；

第二，從投資費用方面來看，相對于初期設計方案來說，地下豎井方案在工程投資方面能夠降低1.153億元；

第三，通過4條短洞進行截流，一定程度上延長2條長洞的施工周期，不但能夠有效降低導流洞施工工期方面的壓力、降低導流工程方面的投資，同時也能夠有效避免導流洞進口和廠房取水口之間的施工影響。

4 結 語

本文主要分析了水電站導流洞布置優(yōu)化設計方面的內(nèi)容，通過此內(nèi)容能夠從工程投資、施工復雜性等多方面對導流洞布置進行優(yōu)化，從而進一步推動我國水電站的發(fā)展，有效促進水電行業(yè)的發(fā)展。

[1]馮菊.溪洛渡水電站導流洞布置優(yōu)化設計[J].中國西部科技,2014(07):15-17

[2]黎昀;唐朝陽.溪洛渡水電站導流洞布置設計[J].水電站設計,2006(02):18-19

[3]張超;雷運華;張有山;孔科;周順文.葉巴灘水電站導流洞布置方案優(yōu)選研究[J].水利水電技術,2016(10):88-91

[4]翁永紅;饒志文;李勤軍;郭鴻俊;漆祖芳.烏東德水電站導流規(guī)劃與設計[J].人民長江,2014(20):22-25