對一種河床寬窄不明顯的壩式水電站新型導(dǎo)流方式的探索

涂小兵,胡賽華

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州311100)

對一種河床寬窄不明顯的壩式水電站新型導(dǎo)流方式的探索

涂小兵,胡賽華

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州311100)

某水電站屬高山峽谷地區(qū),由于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,江面寬窄特征不明顯,前期移民難度大,施工導(dǎo)流設(shè)計的難度較大,采用常規(guī)的施工導(dǎo)流方式不能取得滿意的效果。結(jié)合工程特點,通過采用一次攔斷與分期攔斷組合導(dǎo)流方式,達到了樞紐布置較優(yōu)、費用節(jié)省、工期短、前期移民難度降低等目的。

壩式水電站；施工導(dǎo)流；一次攔斷與分期攔斷組合導(dǎo)流方式

1 工程概況

2 自然條件

河道由近南北向流入壩區(qū),呈反“S”形。地形左緩右陡,河谷呈寬緩“U”形分布,主河道位于右岸,江水湍急。徑流主要來自降水,兼有融雪補給,豐沛且穩(wěn)定,年平均流量為1 720 m3/s。洪水主要由暴雨形成,最大洪水在5月～10月均有出現(xiàn),但多集中在7月和8月,具有漲水歷時短且增加快,退水歷時長且緩慢的特點。

河床高程約670.00 m,枯水期水深4～6 m,江面寬70～150 m。河床覆蓋層較淺,一般為2.4～8.5 m,江心分布兩個基巖小島。左岸山體較雄厚,720.00 m高程以上為山坡,坡度25°～40°,以下為沉積為主的Ⅰ級階地及河漫灘,沖積層厚5.7～30 m,沿江邊一帶無覆蓋層,有基巖露頭分布,枯水期露出江面,順河向有兩塊較大條帶狀基巖出露,順河向長度分別約90 m和270 m,寬25～50 m。右岸為山脊,坡度35°～50°,岸邊以侵蝕為主,覆蓋層淺薄,厚0～7.7 m,河邊有基巖出露。

右岸為石炭系塊狀致密玄武巖夾少量含杏仁玄武巖,強卸荷帶深度一般為11～50 m,壩肩以上深度為73～97 m；左岸為三疊系白云巖,強卸荷帶深度為5～29 m,白云巖具有隱節(jié)理發(fā)育的特點,但圍巖為鈣質(zhì)膠結(jié)且鑲嵌緊密,經(jīng)過現(xiàn)場試驗,具備一定洞徑導(dǎo)流隧洞的成洞條件。

主要地質(zhì)構(gòu)造為河床部位分布的玄武巖和白云巖不整合接觸帶及沿接觸帶發(fā)育的斷層破碎帶F86,該破碎帶寬度不一,總體寬10～30 m,以高傾角為主。F86附近發(fā)育F100和F107等較小規(guī)模斷層。另外,壩址下游右岸發(fā)育B1風化破碎巖體。

3 導(dǎo)流特點和存在問題

按照相關(guān)規(guī)范[1]和常規(guī)設(shè)計思路,壩式水電站一般以下采用兩種施工導(dǎo)流方式。

(1)如果河道較窄,且地質(zhì)條件較好,可以采用隧洞導(dǎo)流或岸邊明渠導(dǎo)流方式,即一次攔斷河道以后全段修建水工樞紐工程的施工導(dǎo)流方法,如龍開口水電站、天花板水電站[2-3]。其突出優(yōu)點是水工樞紐布置不受施工導(dǎo)流布置制約,缺點一方面是發(fā)電工期通常較長,工程費用也較大,另一方面初期導(dǎo)流水位相對較高,對前期移民難度及總工期造成不利影響[4]。從本工程具體來講,采用一次性攔斷河床的隧洞導(dǎo)流方案,具有導(dǎo)流程序簡單,全年圍堰大基坑施工條件優(yōu)越,工期保證性好的優(yōu)點,但由于洪水流量大,需開挖2條大斷面的導(dǎo)流隧洞(16 m×19 m),因左岸白云巖隱節(jié)理發(fā)育、右岸強卸荷發(fā)育和B1風化破碎巖體,均制約了布置大斷面導(dǎo)流隧洞的條件,存在潛在安全隱患。由于導(dǎo)流隧洞規(guī)模較大,導(dǎo)流費用較大。發(fā)電工期和總工期分別為5年6個月和6年6個月,工期較長,且還存在圍堰擋水位較高,前期移民人數(shù)較多(達到3 413人),前期移民實施可行差和項目推進難度大等突出的現(xiàn)實問題。

(2)如果河道較寬,可采用分期導(dǎo)流方式,即分期攔斷河道以后逐期逐段修建水工樞紐工程,如白沙水庫、三峽電站[5- 6]。其突出優(yōu)點是施工期度汛水位控制相對靈活,缺點是水工樞紐工程布置受制于施工導(dǎo)流方式,調(diào)整余地較小,且縱向圍堰對不明地質(zhì)條件的適應(yīng)性較差,有一定風險[4]。從本工程具體來講,在左岸灘地裸露基巖上修建一期上、下游縱向混凝土圍堰,利用原河床和溢流壩段設(shè)置導(dǎo)流底孔進行分期導(dǎo)流,避免了開挖導(dǎo)流隧洞,節(jié)省了導(dǎo)流費用。但受地形、地質(zhì)限制,溢流壩段前后引渠邊坡的開挖范圍大,且多為土質(zhì)邊坡,支護難度大,存在潛在安全隱患；一期上、下游縱向混凝土圍堰及導(dǎo)墻壩段十分靠近左岸F86斷層破碎帶區(qū)域,局部覆蓋層深厚,修建縱向混凝土圍堰的條件受到一定限制,更重要的是針對不可預(yù)見地質(zhì)處理的調(diào)整余度非常小,工期保證性較差。同時從水工樞紐布置的角度分析,為了配合分期導(dǎo)流布置,將溢流壩段調(diào)整布置在左岸,偏離了主河道而不利于泄洪消能；右岸的壩后廠房邊坡開挖范圍較大,針對強卸荷的地質(zhì)條件,其支護處理難度大,因此水工樞紐布置條件較差。本方案的發(fā)電工期和總工期分別為5年零2個月和6年零2個月,工期仍較長。

在選擇施工導(dǎo)流方案時應(yīng)綜合考慮對自然條件、樞紐布置的適應(yīng)性,有利于加快施工進度,有利于臨永結(jié)合和減少工程總費用等因素[7]。由于本工程河道的寬窄特征不明顯,兩岸及河床地質(zhì)條件不理想,通過以上施工導(dǎo)流方案比較,發(fā)現(xiàn)兩種常規(guī)導(dǎo)流方案均存在問題,無論采用哪種方案均不能取得令人滿意的效果,因此需要另辟蹊徑重新研究本工程的施工導(dǎo)流問題。

4 施工導(dǎo)流方案研究

首先從工程特點入手進行更深入的分析。本工程從水工樞紐布置分析,樞紐為典型的河床式布置,溢流壩位于右岸主河床,壩后式發(fā)電廠房位于左岸灘地,可結(jié)合壩體布置縱向圍堰；從地形、地質(zhì)分析,兩岸山體雄厚、坡度較陡,適合布置導(dǎo)流隧洞,但洞徑不宜過大；從水文條件分析,洪、枯水期流量懸殊,適合采用枯水期圍堰擋水、汛期基坑過流?；谝陨咸攸c,綜合考慮節(jié)省費用和縮短工期,探索了有別與常規(guī)的一次攔斷與分期攔斷組合的施工導(dǎo)流方式。

黃瓜霜霉病是一種毀滅性病害，俗稱“跑馬干”、“干葉子”，一旦發(fā)生發(fā)展迅猛。黃瓜霜霉病主要在苗期和成株期發(fā)生，主要危害葉片，感病葉片病斑多角形受葉脈限制，黃色周圍有水漬狀暈圈，后期病斑連片，造成葉片大面積干枯。濕度大時在葉背面形成灰色或深灰色絨毛狀霉層，抗病品種霉層稀疏或沒有。

根據(jù)以上分析,歸納出總體思路：充分利用左岸灘地的裸露基巖修建一期上、下游縱向混凝土圍堰,形成一期獨立、全年基坑進行左岸壩段及廠房基坑的全年施工,使處于關(guān)鍵線路上的壩后發(fā)電廠房提前施工,縮短了發(fā)電工期；二期基坑的枯水期來水由小斷面導(dǎo)流隧洞泄流,汛期洪水由導(dǎo)流隧洞和溢流壩基坑聯(lián)合宣泄,降低費用,減少初期移民人數(shù),并確保一期基坑內(nèi)的壩后發(fā)電廠房全年施工。

最后根據(jù)總體思路進行細化,具體的施工導(dǎo)流程序安排如下：

(1)一期導(dǎo)流。第1年12月～第2年11月。在一期上下游橫向土石圍堰及縱向混凝土圍堰、導(dǎo)墻壩段的圍護下,進行左岸廠房壩段及壩后發(fā)電廠房的全年施工；同時施工左岸的2條小斷面導(dǎo)流隧洞,洪水由束窄的原河床泄流。

(2)二期導(dǎo)流。第2年12月～第4年4月。在主河床截流后,由一期上下游橫向土石圍堰及縱向混凝土圍堰、導(dǎo)墻壩段擋水,繼續(xù)進行左岸廠房壩段及壩后發(fā)電廠房的全年施工；同時在一期上下游縱向混凝土圍堰、二期上下游過水圍堰的圍護下,枯水期施工溢流壩段；枯水期河水由左岸2條導(dǎo)流隧洞宣泄,汛期洪水由2條導(dǎo)流隧洞和二期基坑聯(lián)合宣泄。

(3)后期導(dǎo)流。第4年5月～第5年9月。由大壩臨時斷面擋水,繼續(xù)施工壩后發(fā)電廠房,枯水期繼續(xù)施工溢流壩段,枯水期河水由左岸2條導(dǎo)流隧洞宣泄,汛期洪水由2條導(dǎo)流隧洞、二期基坑或溢流表孔聯(lián)合宣泄,直至蓄水發(fā)電。

與常規(guī)導(dǎo)流方式相比,這種導(dǎo)流方式有以下優(yōu)點：

(1)利用河床部位的溢流壩段下部結(jié)構(gòu)相對較簡單、前期施工速度相對較快、允許壩體汛期過水的特點,二期導(dǎo)流階段汛期采用導(dǎo)流隧洞和二期基坑聯(lián)合泄流的導(dǎo)流方式,大大縮小了導(dǎo)流隧洞的斷面尺寸,僅需在左岸山體內(nèi)布置2條較小斷面的導(dǎo)流隧洞(尺寸為12 m×14 m),較適應(yīng)白云巖隱節(jié)理發(fā)育的地質(zhì)特點,成洞條件較好。

(2)一期和二期圍堰的規(guī)模均較小,不僅節(jié)省了導(dǎo)流費用,關(guān)鍵是各期圍堰擋水水位涉及前期移民人數(shù)分別僅為166人和427人,極大降低了前期移民實施難度,十分有利于降低前期項目推進過程中的政策風險及現(xiàn)實阻力。

(3)雖然一期縱向混凝土圍堰及導(dǎo)墻壩段靠近F86斷層破碎帶區(qū)域,但距離尚遠,基坑開挖邊坡也不高,隨著地勘工作地深入,在遇到不利的地質(zhì)問題時,有一定余地適應(yīng)調(diào)整縱向圍堰和大壩樞紐布置。

(4)大壩及廠房等水工樞紐布置受施工導(dǎo)流影響小,和一次性攔斷河床的隧洞導(dǎo)流方案的水工樞紐布置相近,樞紐布置順暢和均衡,不存在導(dǎo)流布置過度影響水工樞紐布置的本末倒置問題。

(5)由于提前施工關(guān)鍵線路上的壩后發(fā)電廠房,因此大大縮短了發(fā)電工期,發(fā)電工期和總工期分別為4年零6個月和5年零6個月,工期較短,經(jīng)濟效益顯著,符合選擇施工導(dǎo)流方案的初衷。

除了以上優(yōu)點,這種導(dǎo)流方式也存在導(dǎo)流建筑物較多、導(dǎo)流程序復(fù)雜、施工進度環(huán)節(jié)緊湊、對施工組織管理要求較高等問題。但總而言之,這種導(dǎo)流方式兼顧了常規(guī)兩種導(dǎo)流方式的長處,具有較好適應(yīng)自然條件及樞紐條件、節(jié)省費用、工期短、移民難度低等優(yōu)點,較好地解決該工程的施工導(dǎo)流問題。

5 結(jié) 語

從國內(nèi)已建在建水電工程來看,本工程的施工導(dǎo)流方式在自然條件相似、同等工程規(guī)模的水電站設(shè)計中具有一定的代表性。這一類工程往往具有洪枯流量相差懸殊、一側(cè)岸坡發(fā)育平緩灘地、但江面寬度又不具備進行完全分期導(dǎo)流的條件。由于裝機規(guī)模不大,一般要求盡量利用永久設(shè)施進行導(dǎo)流,或者采取基坑過流等措施降低導(dǎo)流費用,但又對發(fā)電工期要求迫切,而且需要較好工期保證性。導(dǎo)流期間水位不宜過高,以減少移民人數(shù)和工程推進阻力。因此,如何兼顧多種要求是導(dǎo)流方式設(shè)計中十分重要的問題。通過對本工程施工導(dǎo)流設(shè)計的歸納和總結(jié),為以后類似工程提供借鑒。

[1]DL/T 5397—2007水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S]．

[2]董寶順, 陳義軍, 呂國軒, 等. 龍開口水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃設(shè)計與實施[J]. 水力發(fā)電, 2013, 39(2)： 32- 35．

[3]陳浩, 顧偉, 盧軍民. 天花板水電站導(dǎo)流隧洞設(shè)計[J]. 水力發(fā)電, 2011, 37(6)： 69- 70．

[4]涂小兵, 任金明. 一次攔斷與分期攔斷河床組合的壩式水電站導(dǎo)流施工方法： 中國, 2001101[P]. 2016- 03- 30．

[5]桑興國. 白沙水庫壩體工程施工導(dǎo)流方案[J]. 安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院學報, 2005, 5(4)： 36- 38．

[6]翁永紅, 謝向榮, 范五一. 三峽工程施工設(shè)計與實踐[J]. 中國工程科學, 2011, 13(7)： 111- 116．

[7]周先練, 周威. 施工期導(dǎo)流方式選擇與適宜性分析[J]. 貴州水力發(fā)電, 2012, 26(2)： 55- 57．

(責任編輯焦雪梅)

ExplorationonaNewTypeDiversionMethodforDam-typeHydropowerStationinRiverwithUnobviousRiverbedWidthCharacteristic

TU Xiaobing, HU Saihua
(PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 311100, Zhejiang, China)

A hydropower station locates in mountain area. Because of complex topographical and geological conditions, unobvious width characteristic of riverbed at dam site, and difficult early resettlement, the design of construction diversion is more difficult and conventional construction diversion method cannot achieve satisfactory results. Based on the characteristics of project, a new diversion method of first stop and staged block combination diversion is used, which can optimize structure layout, save costs, shorten construction duration and reduce the difficulty of early resettlement．

dam-type hydropower station; construction diversion; first stop and staged block combination diversion

2016- 11- 25

涂小兵(1979—),男,湖北武漢人,高級工程師,研究方向為施工組織設(shè)計．

TV551.16

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：0559- 9342(2017)06- 0062- 03