江西某水电站拦河大坝施工导流方案设计及截流施工方法研究

2022-09-11

1 项目背景

A电站位于江西省B河上, 距某地籍市市约58km。电站主要建筑物由拦河坝、导流兼泄洪洞、发电引水洞、调压井、压力钢管及发电厂房等六部分组成, 总装机100MW, 装机台数两台, 单机容量50MW。其中拦河坝为常态混凝土拱坝, 坝轴线长157.713m, 最大坝高67.0m。

2 项目施工水文条件

B流域控制集水面积8270km2, A电站坝址以上控制集水面积7090km2, 占全流域的85.7%。

本工程施工水文资料分别见表1、表2、表3。

3 方案比选程序研究

3.1 导流标准及导流时段选择

本电站为Ⅲ等工程, 主要建筑物拦河坝为3级建筑物, 根据《水利水电工程施工组织设计规范》 (SD338～89) 的规定, 相应的临时建筑物为5级, 相应的导流标准为P=20%。

根据对《坝址不同频率分期洪水成果表》进行比较分析, 可以看出选择11月至次年4月的导流时段较为合理, 其在P=20%的导流流量为299m3/s。

3.2 度汛标准及坝体临时度汛

本工程度汛标准采用P=10%的全年洪水, 相应流量为2800m3/s。考虑到常态混凝土重力拱坝的施工特点, 为了能够连续施工, 本工程大坝施工度汛采用预留缺口联合导流洞泄洪度汛。

4 导流建筑物设计

坝址处河道狭窄, 河道宽度在20m～30m之间, 呈“?”形, 采用隧洞导流条件较为优越。所以, 本工程采用隧洞导流方式。

4.1 导流方案的比选

根据枢纽布置形式, 结合水文、地形、地质条件等因素, 提出如下方案进行比较。

方案一:在距大坝250m处峡谷右岸开挖一条6.5m×8.0m城门洞型隧洞, 导流洞长度为470m, 隧洞进出口落差达到19m, 水流条件好。隧洞进口高程为1159.00m, 出口高程为1140.00m, 底坡为4.04%。方案二 (与泄洪洞结合方案) :在距大坝110m处峡谷右岸开挖一条内径8.0m圆洞型隧洞, 导流洞长度为252.56m, 隧洞进出口落差达到8m, 水流条件好。隧洞进口高程为1153.00m, 出口高程为1145.00m, 底坡为3%。上述两个方案技术经济比较如下。

单位:m 3/s

(1) 经济指标。

方案一造价约为884万元, 方案二造价约为869万元, 从单一的导流工程来看两个方案经济指标上两个方案差不多, 但是方案二是结合永久泄洪洞来设计, 对整个工程来说方案二在导流工程方面几乎是零投资 (投资计入永久泄洪洞) 。因此, 经济指标上方案二优于方案一。

(2) 技术可行性。

本工程上游河床宽度较狭窄, 覆盖层较厚, 主要为大块石崩踏堆积体。其中, 左岸有不稳定崩踏堆积体, 堆积体顺河向长约100m, 距坝址约80m, 垂直河向长50m, 体积约8万m3。经过与中国地质大学进行的专题分析, 专题设计提出将该部分需进行清除处理。

采用方案一, 围堰布置在峡谷中上部, 施工技术上难度不大, 可行性强。导流洞施工受到崩踏堆积体处理的施工干扰小, 可独立施工, 而且, 导流洞的封堵简单;缺点是隧洞较长, 施工时间长。采用方案二, 围堰布置在峡谷中部, 施工技术上难度不大, 可行性强。缺点是导流洞施工受到崩踏堆积体处理的施工干扰;优点是导流洞可与泄洪洞结合, 减少工程投资, 同时有利于大坝的安全运行。

因此, 选择方案二为本工程的推荐方案。

4.2 导流洞设计

(1) 洞线布置:由于导流洞和永久泄洪洞结合, 导流洞布置在满足导流要求的前提下还应尽可能满足泄洪洞要求。所以, 导流隧洞布置于大坝右岸, 全长252.56m, 隧洞进口直线段长4 2.9 0 m, 洞线方向为N2.59°E, 转弯段长78.39m, 转弯半径为100m, 转角44.92°, 出口直线段长131.27m, 洞线方向为N47.68°E。隧洞进口底板高程为1153.00m, 出口底板高程为1145.00m, 底坡为3.2%。

(2) 隧洞断面型式选择:考虑到导流洞设计与泄洪洞相结合, 导流洞断面采用圆型断面设计, 经过水力计算, 确定隧洞断面尺寸衬砌后内径为8m圆洞。

4.3 围堰设计

由于本工程粘土料场储量丰富, 对土石围堰施工用料有保证, 故本工程围堰设计为土石围堰。

(1) 上游围堰设计。

围堰设计为土石混合围堰, 围堰顶宽为6.5m, 轴线长度为48m, 最大堰高为16.3m, 堰顶高程为1160.30m。上游侧为堆石体截流戗堤, 边坡为1∶1.5, 下游侧堆石体边坡为1∶2.0, 采用防渗土工布结合控制水泥灌浆进行防渗处理。

(2) 下游围堰设计。

根据导流洞出口水位-流量关系曲线, 选定导流流量对应的水位为1144.50m, 围堰轴线处河底高程为1137.9m。堰型为土石围堰, 设计堰顶高程为1145.0m, 堰顶宽为3m, 背水面坡度为1∶1.5, 迎水面坡度为1∶2。

4.4 导流程序

根据本工程的特点, 拦河坝施工导流分为前期、中期和后期三个阶段。

前期导流:第一年2月至10月, 河道过流, 进行导流洞施工;第一年11月至第二年4月, 河床截留, 通过导流洞过流, 拦河坝进行河床基础开挖和坝基混凝土浇筑。中期导流:第二年汛期 (5月～10月) , 根据施工总进度安排, 大坝浇筑到1167.50m高程, 并在1157.00m高程大坝溢流堰右侧预留宽50m的缺口, 导流洞、冲砂底孔和大坝缺口联合泄流, 拦河坝进行预留缺口两侧的混凝土浇筑。后期导流:第二年11月至第三年4月, 通过导流洞过流, 拦河坝进行缺口部分混凝土浇筑、坝体灌浆和金属结构部分施工, 直至拦河坝竣工。