吉沙水電站首部樞紐施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

盧軍民，馬治國(guó)，吳朝月，薛寶臣

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，北京 100024）

1 工程概況

吉沙水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣 （中甸縣）小中甸鎮(zhèn)下游，金沙江支流碩多崗河上，為引水式電站，共安裝2臺(tái)60 MW立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量120 MW。主要建筑物由混凝土閘壩、水道系統(tǒng)和地面廠房等組成。

碩多崗河徑流汛期主要由降雨補(bǔ)給，枯水期由冰雪、融水及深層地下水補(bǔ)給。該河流域呈狹長(zhǎng)形，森林植被良好，水系呈羽狀分布，暴雨強(qiáng)度不大，屬于少暴雨雨區(qū)，汛期洪水過(guò)程一般為單峰形，歷時(shí)5～7 d。年最大洪峰流量多發(fā)生在7、8月份。

壩址河谷為侵蝕深切型溝谷，兩岸山體雄厚，呈北西向，西側(cè)壩址下游有一支溝——上吉沙溝，長(zhǎng)約3 km；東側(cè)無(wú)河谷，岸線平直。河谷右岸主要為陡壁，坡度一般大于50°；左岸較緩，坡度約35°。河床高程為3114～3110 m，寬約20 m。壩址處地層傾向北東，走向與河谷一致，屬于縱谷。壩址區(qū)出露地層以石炭系中下統(tǒng)灰色結(jié)晶灰?guī)r夾 （粉）砂質(zhì)板巖和第四系松散堆積物為主。河床覆蓋層為沖積的砂礫石，不含泥，結(jié)構(gòu)較松散，厚3～7 m，滲透系數(shù)為30～100 m/d，為強(qiáng)透水地層。

2 施工標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流方式

吉沙水電站工程為三等工程，主要永久建筑物等級(jí)為3級(jí)。根據(jù)DL/T 5397—2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，確定首部樞紐工程 （攔河壩和引水隧洞進(jìn)水口）的施工導(dǎo)流建筑物等級(jí)為5級(jí)。

首部樞紐施工導(dǎo)流是該工程施工導(dǎo)流的重點(diǎn)。壩址區(qū)河道狹窄，兩岸山勢(shì)陡峻，原始森林茂密，施工導(dǎo)流只能采用一次攔斷河流、導(dǎo)流隧洞泄流的方式。由于壩體規(guī)模不大，可研階段比較了全年基坑導(dǎo)流方案和枯水期基坑導(dǎo)流方案?？菟诨訉?dǎo)流方案重點(diǎn)比較了11月1日～次年5月31日、11月1日～次年6月30日2個(gè)枯水時(shí)段。經(jīng)綜合比較，11月1日～次年6月30日枯水時(shí)段導(dǎo)流不僅能滿足施工進(jìn)度要求，且相應(yīng)的導(dǎo)流工程量也適中。因此，首部樞紐工程施工導(dǎo)流采用枯水期基坑導(dǎo)流方案，枯水時(shí)段為11月1日～次年6月30日。即一次攔斷河流，枯水期采用圍堰擋水，左岸導(dǎo)流隧洞泄流，導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為枯水期 （11月1日～次年6月30日）10年一遇洪水，相應(yīng)的洪峰流量為71.3 m3/s；汛期采用已建壩體擋水度汛，導(dǎo)流隧洞和沖沙底孔聯(lián)合泄流，汛期壩體擋水度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10年一遇洪水，相應(yīng)的洪峰流量為197 m3/s。

3 導(dǎo)流程序

可研階段確定吉沙水電站工程施工總工期為39個(gè)月，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為36個(gè)月，即2004年1月進(jìn)入準(zhǔn)備期，2004年7月進(jìn)入主體工程施工期，2005年11月上旬河床截流，2006年12月底首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2007年3月工程竣工。相應(yīng)首部樞紐的施工導(dǎo)流程序?yàn)?2005年10月底前導(dǎo)流隧洞具備通水條件，2005年11月上旬河床截流，此后利用導(dǎo)流隧洞泄流，進(jìn)行攔河壩工程施工，2006年汛前攔河壩澆至3125 m高程以上，同時(shí)完成引水隧洞進(jìn)水口工程 （包括引水隧洞進(jìn)口段）；2006年7月進(jìn)入汛期后，利用導(dǎo)流隧洞和沖沙底孔聯(lián)合泄流，完成攔河壩剩余工程，2006年11月下旬導(dǎo)流隧洞下閘封堵，水庫(kù)開(kāi)始蓄水。

招標(biāo)階段業(yè)主要求2006年6月底首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，并且由于導(dǎo)流隧洞工程進(jìn)展較慢，河床截流調(diào)整到2005年1月上旬進(jìn)行，2005年汛前攔河壩澆至3125 m高程以上，9月底澆至壩頂高程3137 m，2006年4月底前完成導(dǎo)流隧洞封堵，6月初沖沙底孔下閘，水庫(kù)開(kāi)始蓄水。

實(shí)際施工情況為:導(dǎo)流隧洞于2004年10月27日開(kāi)工，2005年1月15日貫通，2005年1月31日河床截流。此后利用導(dǎo)流隧洞泄流，進(jìn)行攔河壩和引水隧洞進(jìn)水口施工。由于種種原因，2005年汛前壩體和引水隧洞進(jìn)水口未澆筑至3125 m高程。因此，汛期基坑過(guò)水，汛后恢復(fù)圍堰，導(dǎo)流洞泄流，繼續(xù)壩體及進(jìn)水口施工。到2006年汛期壩體澆筑還未完成，并且下游右岸岸坡開(kāi)挖支護(hù)處理尚未完成，因此在溢流表孔壩段預(yù)留缺口，利用缺口作為下游右岸岸坡開(kāi)挖支護(hù)處理施工通道。2006年7月進(jìn)入汛期后，溢流表孔壩段預(yù)留缺口與導(dǎo)流隧洞聯(lián)合泄流，其余壩段進(jìn)行施工；2006年11月汛期結(jié)束后，恢復(fù)上下游圍堰，利用導(dǎo)流隧洞泄流，進(jìn)行剩余攔河壩工程施工。2007年6月底完成導(dǎo)流隧洞封堵，2007年9月1日攔河壩壩體最后一倉(cāng)混凝土收倉(cāng)。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)與施工

4.1 導(dǎo)流隧洞

壩址區(qū)河道順直，左岸為主要施工場(chǎng)地，交通方便，但由于左岸布置有引水隧洞進(jìn)水口，為避免施工干擾，將導(dǎo)流隧洞布置在右岸。導(dǎo)流隧洞斷面形式為城門(mén)洞形，尺寸為4.0 m×4.5 m （寬×高），過(guò)流面積16.97 m2。洞身全長(zhǎng)267.32 m，進(jìn)水口底板高程3111.00 m，出水口底板高程3110.00 m，進(jìn)水口10m段為平坡，其后為順坡，順坡坡度i=0.389%。導(dǎo)流隧洞洞身分為襯砌段和非襯砌段，襯砌段先噴錨支護(hù)，再襯混凝土，噴混凝土厚10～15 cm，襯砌混凝土厚40～60 cm；非襯砌段為降低洞壁糙率（隧洞計(jì)算糙率為0.03），噴10 cm厚混凝土，并設(shè)系統(tǒng)錨桿。導(dǎo)流隧洞鋼筋混凝土襯砌段頂部進(jìn)行回填灌漿，孔、排距均為3 m，灌漿壓力0.15 MPa。導(dǎo)流隧洞在圍巖較差洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，排距3 m，灌漿深度3 m，每排6孔，灌漿壓力0.3 MPa。導(dǎo)流隧洞洞身邊墻和頂拱根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中地下水的出露情況，設(shè)隨機(jī)排水孔，間排距3 m×3 m，梅花形布置，排水孔孔徑50 mm，深入巖石3 m；排水孔孔口插入φ50 mmPVC管引水，PVC管入巖0.3 m。

為了后期導(dǎo)流隧洞封堵需要，在進(jìn)水口設(shè)置進(jìn)水塔，考慮下閘及啟閉機(jī)拆除的要求，塔頂啟閉機(jī)平臺(tái)高程可研階段確定為3134.0 m，塔身高23 m。在招標(biāo)階段業(yè)主要求降低塔頂高程，經(jīng)分析，由于發(fā)電目標(biāo)調(diào)整為2006年6月，而壩體可在2005年完成，導(dǎo)流隧洞封堵可在2006年4月底前完成，導(dǎo)流隧洞封堵期擋水標(biāo)準(zhǔn)可采用枯水時(shí)段洪水標(biāo)準(zhǔn)，因此進(jìn)水塔塔頂啟閉機(jī)平臺(tái)高程調(diào)整為3125.0 m，塔身高14 m，塔寬7.6 m，塔長(zhǎng)7.85 m，相應(yīng)要求導(dǎo)流隧洞封堵于2006年4月底前完成，并具備擋水條件。

實(shí)際施工時(shí)，導(dǎo)流隧洞于2004年10月27日開(kāi)工，2005年1月15日貫通。導(dǎo)流隧洞接近貫通時(shí)，進(jìn)水塔尚未施工，由于當(dāng)時(shí)業(yè)主要求2005年1月31日河床截流，要求設(shè)計(jì)研究取消進(jìn)水塔的可能性。為保證按要求截流，經(jīng)仔細(xì)分析研究認(rèn)為，取消進(jìn)水塔是可行的，但由于進(jìn)水口處河床較窄，導(dǎo)流隧洞封堵期洞口臨時(shí)圍堰布置條件較差，需要在導(dǎo)流隧洞過(guò)流前提前形成臨時(shí)圍堰布置條件。在施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭露的實(shí)際地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)出口及洞身的開(kāi)挖支護(hù)方案進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，部分襯砌洞段采用鋼支撐噴鋼纖維混凝土。導(dǎo)流隧洞于2005年1月底通水，至2007年6月永久堵頭封堵，導(dǎo)流隧洞運(yùn)行良好。

4.2 上、下游圍堰

攔河壩上、下游圍堰采用黏土斜墻土石圍堰，堰前設(shè)置黏土鋪蓋防滲，黏土斜墻及鋪蓋上鋪防護(hù)石渣。上游圍堰堰頂高程3119.0 m，最大堰高10 m，堰頂寬6.0 m，擋水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5，堰頂軸線長(zhǎng)約28 m，黏土鋪蓋長(zhǎng)25 m；下游圍堰堰頂高程3114.0 m，最大堰高5.0 m，堰頂寬 5.0 m，擋水面邊坡 1∶2.0，背水面邊坡 1∶1.5，堰頂軸線長(zhǎng)約21 m，黏土鋪蓋長(zhǎng)12 m。上下游圍堰由承包商自行設(shè)計(jì)和施工，2005年1月～2月完成施工。

5 導(dǎo)流隧洞永久堵頭設(shè)計(jì)與施工

導(dǎo)流隧洞永久堵頭位于壩體防滲帷幕線上，壩體防滲帷幕延長(zhǎng)后從其穿過(guò)。其建筑物等級(jí)為3級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與攔河壩相同。斷面形式為楔型，總長(zhǎng)12 m，楔型段長(zhǎng)6 m。在堵頭混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行回填灌漿；在混凝土溫度冷卻至庫(kù)水位溫度后一次完成固結(jié)灌漿和接觸灌漿。堵頭混凝土內(nèi)預(yù)埋冷卻水管和灌漿管道。設(shè)計(jì)時(shí)假定堵頭周邊的剪應(yīng)力是均勻分布的，按柱狀封堵體抗滑穩(wěn)定模式計(jì)算。施工時(shí)需在導(dǎo)流隧洞進(jìn)、出口部位設(shè)置臨時(shí)圍堰擋水，進(jìn)、出口部位河道較窄，圍堰布置難度較大，為減少圍堰布置難度，保證施工安全，堵頭施工避開(kāi)汛期，要求在2007年4月底完成混凝土澆筑，6月底前完成固結(jié)灌漿和接觸灌漿，并具備擋水條件。

導(dǎo)流隧洞永久堵頭實(shí)際施工于2007年6月19日開(kāi)始，6月20日～24日完成導(dǎo)流洞上下游圍堰的閉氣和洞內(nèi)抽排水工作，6月25日開(kāi)始混凝土澆筑，6月29日完成。在施工中應(yīng)業(yè)主要求取消了冷卻水管的埋設(shè)，且由于汛前無(wú)法進(jìn)行接觸灌漿，為保證汛期堵頭運(yùn)行安全，長(zhǎng)度由原來(lái)的12 m調(diào)整為15 m，要求接觸灌漿于汛后完成。

6 結(jié)語(yǔ)

吉沙水電站首部樞紐施工導(dǎo)流采用一次攔斷河流，枯水期圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞泄流，汛期已建壩體擋水度汛、導(dǎo)流隧洞和沖沙底孔聯(lián)合泄流的導(dǎo)流方式。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，導(dǎo)流隧洞運(yùn)行安全，洞身結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了考驗(yàn)。