雙溝水電站生態(tài)流量泄放工程進(jìn)水口施工導(dǎo)流方案研究

徐懷聚，解紅軍，姜殿成，李佩南，田偉峰

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 工程概述

雙溝水電站位于小山水電站下游，為松江河梯級(jí)電站第二級(jí)電站，樞紐工程由混凝土面板堆石壩、岸坡溢洪道、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等建筑物組成。水庫(kù)死水位567.00 m，正常蓄水位585.00 m，水庫(kù)總庫(kù)容3.88×108m3，電站總裝機(jī)140×2 MW。雙溝水電站已于2009年9月22日下閘蓄水，2010年4月25日兩臺(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。

雙溝水電站為混合式開(kāi)發(fā)，在大壩下游與廠房間形成2.5 km的脫水段，為滿(mǎn)足下游環(huán)境用水，根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局要求，需落實(shí)雙溝電站生態(tài)流量泄放設(shè)施。經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定在導(dǎo)流洞內(nèi)布置生態(tài)泄流管線。

2 生態(tài)流量泄放工程進(jìn)水口布置

生態(tài)流量泄放工程主要建筑物由進(jìn)水口引水段、豎井消能段及后部導(dǎo)流洞明流出水段三部分組成，進(jìn)水口引水段包括短壓力進(jìn)水口及閘門(mén)井后面的明流引水隧洞，豎井消能段包括渦室、豎井收縮段、豎井均勻段和下部淹沒(méi)消力池等，消力池也作為后部導(dǎo)流洞明流出水的壓力進(jìn)水口段。

進(jìn)水口布置于河道左岸，溢洪道堰前100 m處（溢洪道樁號(hào)：0-100.00 m），地面高程590 m，圍巖為安山巖，為微風(fēng)化巖石，屬弱透水巖體。閘門(mén)井周段圍巖均為Ⅳ類(lèi)巖體。根據(jù)溢洪道堰前的地形及地質(zhì)條件，堰前為一高程為564.10 m平臺(tái)，該高程為泄水隧洞進(jìn)水口開(kāi)挖底高程，進(jìn)水口中心高程為565.40 m。

3 泄水隧洞進(jìn)水口施工導(dǎo)流方案研究

泄水隧洞進(jìn)水口位于已蓄水的雙溝水庫(kù)內(nèi)、溢洪道進(jìn)水渠側(cè)壁，進(jìn)水口平臺(tái)高程為564.1 m，水庫(kù)死水位為567.0 m。泄水隧洞工程施工分兩階段進(jìn)行：第一階段，先在進(jìn)水口段預(yù)留8 m長(zhǎng)巖塞擋水，進(jìn)行閘門(mén)井及泄水洞開(kāi)挖、襯砌施工，施工期間水庫(kù)可正常運(yùn)行；第二階段，待洞身和進(jìn)水口結(jié)構(gòu)施工完畢后，在第二年汛前期進(jìn)行泄水洞進(jìn)水口預(yù)留段施工。

針對(duì)進(jìn)水口預(yù)留巖塞段施工方案進(jìn)行了比選：方案一為水庫(kù)降水至死水位567.0 m、設(shè)置施工圍堰方案；方案二為水下巖塞爆破方案；方案三為水庫(kù)降水至進(jìn)水口564.1 m平臺(tái)以下高程563.5 m、不設(shè)置施工圍堰方案。

1）方案一。導(dǎo)流方案為在進(jìn)水口平臺(tái)設(shè)置擋水圍堰，通過(guò)機(jī)組發(fā)電，使進(jìn)水口預(yù)留段施工期間庫(kù)水位控制在不超過(guò)死水位567.0 m運(yùn)行，進(jìn)水口預(yù)留段施工完成后泄水隧洞下閘，拆除圍堰。進(jìn)水口段施工期間，考慮經(jīng)常性排水措施，保證基坑內(nèi)干地施工。

泄水隧洞圍堰位于溢洪道上游泄水洞進(jìn)水口處，采用編織袋土圍堰，頂高程為567.5 m，高3.4 m，頂寬為4.0 m，迎、背水側(cè)邊坡均為1∶2.0。編織袋土由碼頭裝駁船運(yùn)至施工部位，人工水下拋填。

方案一降低庫(kù)水位運(yùn)行損失電量：雙溝水電站多年平均發(fā)電量為3.990億kW·h，電站額定水頭為97 m，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃安排，第二年4月15日至6月15日兩個(gè)月時(shí)間（進(jìn)行圍堰填筑、進(jìn)水口巖塞段施工、圍堰拆除）水庫(kù)不超過(guò)死水位567.0 m，考慮到提前降水和水庫(kù)回蓄時(shí)間，經(jīng)計(jì)算，方案一降低庫(kù)水位運(yùn)行損失電量約0.13億kW·h。

2）方案二。水下巖塞爆破方案選定為大孔徑排孔的爆破方式、集渣坑集渣方案。水下巖塞爆破設(shè)計(jì)起爆水位為正常蓄水位585.00 m，相應(yīng)起爆水深為20.90 m。設(shè)計(jì)巖塞體型選擇圓形，巖塞軸線按照基本與巖塞外地形線垂直進(jìn)行布置。根據(jù)本巖塞的實(shí)際情況和要求，巖塞軸線與水平線的夾角為30°，內(nèi)開(kāi)口直徑2.0 m，外開(kāi)口直徑3.96 m，上沿厚度3.05 m，下沿厚度2.93 m，平均厚度3.00 m。巖塞方量為21.68 m3，巖塞厚度與直徑比值為1.5。

集渣坑體積按松散體的2倍計(jì)算，相應(yīng)的集渣坑尺寸為寬×深×長(zhǎng)=3.0 m×2.5 m×10.0 m，保證集渣坑容積不小于70 m3。

大孔徑排孔爆破鉆孔布置方式：在直徑為0.5 m的圓周上布置4個(gè)掏槽孔，孔口間距為0.35 m；在直徑為1.3 m的圓周上布置12個(gè)主爆破孔，每30°布置1孔，孔口間距為0.34 m；第三圈為預(yù)裂爆破輪廓孔，共布置21孔，孔口間距為0.30 m。同時(shí)為了保證掏槽爆破的效果，在巖塞中心部位布置一個(gè)中心空孔?？椎拙嚯x迎水面的距離按0.5 m控制。巖塞爆破裝藥量計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 巖塞爆破裝藥量計(jì)算表

3）方案三。導(dǎo)流方案為通過(guò)機(jī)組發(fā)電，使預(yù)留巖塞段施工期間庫(kù)水位維持在563.5 m以下運(yùn)行，保證泄水洞進(jìn)水口預(yù)留段開(kāi)挖、襯砌的干地施工。

方案三降低庫(kù)水位運(yùn)行損失電量：雙溝水電站多年平均發(fā)電量為3.990億kW·h，電站額定水頭為97 m，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃安排，水庫(kù)第二年6月份一個(gè)月時(shí)間（進(jìn)行進(jìn)水口巖塞段施工）水位維持在不超過(guò)563.5 m，考慮到提前降水和水庫(kù)回蓄時(shí)間，經(jīng)計(jì)算，方案三降低庫(kù)水位運(yùn)行損失電量約0.125億kW·h。

泄水洞進(jìn)水口預(yù)留巖塞段施工方案比較見(jiàn)表2。

經(jīng)上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較知：方案二可在正常蓄水位下施工，不存在電量損失，但水下巖塞爆破施工難度較大，質(zhì)量不易控制，存在一定風(fēng)險(xiǎn)；方案一、方案三可保證進(jìn)水口巖塞段在干地施工，施工較為簡(jiǎn)便，能夠保證施工質(zhì)量，但兩個(gè)方案均需降低庫(kù)水位運(yùn)行，存在一定的電量損失；方案一、方案三通過(guò)機(jī)組降低庫(kù)水位技術(shù)可行，電量損失大致相當(dāng)，但方案三不需設(shè)置擋水圍堰，且要求降低庫(kù)水位運(yùn)行的時(shí)間也較短，經(jīng)綜合分析比較，選擇方案三為進(jìn)水口預(yù)留巖塞段施工導(dǎo)流方案。

表2 泄水洞進(jìn)水口預(yù)留巖塞段施工方案比較表

4 進(jìn)水口巖塞段施工期間水庫(kù)降水措施分析

根據(jù)施工進(jìn)度安排，進(jìn)水口預(yù)留巖塞段的施工時(shí)段在第二年汛前期的6月份。由于其施工歷時(shí)很短（不超過(guò)1個(gè)月），且在預(yù)留巖塞段施工期間，可提前將生態(tài)流量泄放工程的進(jìn)水口閘門(mén)下閘擋水度汛，即使預(yù)留巖塞段施工期間淹沒(méi)進(jìn)水口平臺(tái)，也可根據(jù)水情預(yù)報(bào)和梯級(jí)電站調(diào)度運(yùn)行情況，提前及時(shí)撤離預(yù)留巖塞段施工的人員和設(shè)備，淹沒(méi)進(jìn)水口平臺(tái)的后果很小，故從導(dǎo)流建筑物的保護(hù)對(duì)象、工作時(shí)間、失事后果、導(dǎo)流建筑物型式等因素綜合考慮，導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按汛前期重現(xiàn)期3年。

泄水隧洞進(jìn)水口施工方案為通過(guò)機(jī)組發(fā)電，使預(yù)留巖塞段施工期間庫(kù)水位維持在563.5 m以下運(yùn)行。

雙溝上游的小山電站是松江河梯級(jí)電站的龍頭，電站工程2001年樞紐工程通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)竣工驗(yàn)收。雙溝汛前期流量由小山—雙溝區(qū)間流量及小山機(jī)組發(fā)電流量組成。汛前期3年重現(xiàn)期小山—雙溝區(qū)間流量203 m3/s，小山機(jī)組發(fā)電設(shè)計(jì)引用流量210 m3/s，調(diào)度運(yùn)行方式主要為調(diào)峰。預(yù)留巖塞段施工期間，雙溝機(jī)組調(diào)度運(yùn)行方式主要為調(diào)峰。

雙溝水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，電站機(jī)組額定泄流量為325.7 m3/s。庫(kù)水位563.5 m機(jī)組額定引用流量286 m3/s。

根據(jù)小山水庫(kù)2003—2011年汛前期6月份實(shí)際運(yùn)行水位分析可知，水庫(kù)歷年水位均低于水庫(kù)的正常蓄水位，最高為2011年的679.14 m，距離水庫(kù)正常蓄水位683 m還有3.86 m，其間庫(kù)容為1487萬(wàn)m3，能夠蓄存小山水庫(kù)汛前期3年一遇洪水，使小山水庫(kù)在發(fā)生3年一遇頻率的洪水時(shí)不泄洪。

1）在預(yù)留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區(qū)間發(fā)生汛前期3年一遇頻率洪水時(shí)，根據(jù)上述小山電站汛前期實(shí)際運(yùn)行情況分析可知，小山電站的庫(kù)容能夠蓄存小山水庫(kù)汛前期3年一遇洪水，使小山水庫(kù)在發(fā)生3年一遇頻率的洪水時(shí)不泄洪。通過(guò)小山電站的調(diào)蓄作用，此時(shí)雙溝電站汛前流量為小山—雙溝區(qū)間流量203 m3/s，由于雙溝庫(kù)水位563.5 m機(jī)組額定引用流量為286 m3/s，大于汛前期重現(xiàn)期3年區(qū)間流量203 m3/s，通過(guò)雙溝機(jī)組發(fā)電，可使雙溝庫(kù)水位維持在563.5 m以下運(yùn)行。

2）在預(yù)留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區(qū)間發(fā)生小于汛前期3年一遇頻率洪水時(shí)，小山電站的運(yùn)行方式應(yīng)根據(jù)小山—雙溝區(qū)間的流量情況進(jìn)行調(diào)度調(diào)節(jié)，適時(shí)調(diào)整小山電站的發(fā)電時(shí)間及機(jī)組發(fā)電流量，以保證小山電站的發(fā)電流量與小山—雙溝區(qū)間流量之和小于雙溝電站機(jī)組額定引用流量286 m3/s，通過(guò)雙溝機(jī)組發(fā)電，使雙溝庫(kù)水位維持在563.5 m以下運(yùn)行。

3）在預(yù)留巖塞段施工期間，若小山—雙溝區(qū)間發(fā)生超過(guò)汛前期3年一遇頻率洪水，可能淹沒(méi)進(jìn)水口平臺(tái)（高程564.1 m）時(shí)，則應(yīng)根據(jù)水情預(yù)報(bào)，提前將生態(tài)流量泄放工程進(jìn)水口閘門(mén)下閘擋水度汛，并及時(shí)撤離預(yù)留巖塞段施工的人員和設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

雙溝水電站生態(tài)流量泄放工程進(jìn)水口預(yù)留巖塞段的施工歷時(shí)很短，施工方案采用水庫(kù)降水方式，可以保證進(jìn)水口干地施工及進(jìn)水口開(kāi)挖、襯砌的施工質(zhì)量；施工時(shí)段內(nèi)通過(guò)雙溝水電站機(jī)組發(fā)電及上游小山電站的調(diào)蓄作用，可以滿(mǎn)足水庫(kù)降水要求，保證進(jìn)水口預(yù)留巖塞段施工的進(jìn)度及質(zhì)量。