老江底水电站拦河大坝施工导流设计

2022-09-10

1 工程概述

老江底电站位于贵州省兴义市雄武镇补柞村的黄泥河上, 距兴义市约58km。老江底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 导流条件

2.1 水文、气象条件

2.1.1 水文条件

黄泥河全流域控制集水面积8270km2, 老江底电站坝址位于兴义县雄武乡补柞村, 在喜旧溪河与小黄河汇口 (岔江镇) 下游11km处, 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。

2.1.2 气象条件

黄泥河流域位于贵州省与云南省交界处, 属东、西部型季风气候的过渡区。流域大部分地区气候温和适人, 但是由于地形起伏很大, 山区河谷高差悬殊, 气候随高度的变化很大, 立体气候明显但无严寒酷暑。

该流域降水丰富, 多年平均年降水量为1506.8mm, 多年平均蒸发量1502.7mm。

多年平均气温16.1℃, 最热月七月平均气温22.4℃, 最冷月一月平均气温7.3℃。极端最高气温35.2℃ (1987年5月12日) , 极端最低气温-4.7℃ (1983年12月29日) 。

2.2 导流洞工程地形地质条件

工程区河谷断面呈“U”字型峡谷, 谷底两岸堆积有崩塌巨块石, 左岸山脊高程为1220m~1441m左右, 岸坡为陡崖, 局部倒悬, 上部植被较发育, 下部基岩裸露。右岸山体雄厚, 山顶高程为1585m左右, 河面至1150m高程坡度很陡, 基岩裸露, 以上坡度变为40~500, 植被发育。在坝区内出露的基岩地层主要有二叠系上统龙潭组第二段 (P2l2) 和三叠系中统个旧组第四段 (T2g4) 。

单位:m3/s

导流隧洞拟布置于大坝右岸, 隧洞为圆形断面, 内径为8m。隧洞进出口地形均较陡, 为斜~逆向坡, 自然边坡及开挖边坡均属稳定, 挂洞条件较好。隧洞围岩为T2g4-1白云岩、泥质白云岩、白云质灰岩, 强风化深5m~8m, 岩层产状受构造影响, 变化大。除洞脸部分位于强风化岩体中外, 其余洞段均位于弱风化~新鲜岩体中, 成洞条件好, 导流洞以Ⅲ类围岩为主, Ⅳ~Ⅴ类围岩主要分布于进出口段 (约占10%) 。

3 施工导流方案及导流程序

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《老江底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~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“Ω”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。

4.1.1 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。

4.1.2 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

4.2.1 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42.90m, 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%。