地下暗河上大壩施工導(dǎo)流方案的優(yōu)化分析

蔣 燕

(廣西柳州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 545005)

1 前言

在大江大河上筑壩，進(jìn)行施工導(dǎo)流的案例較多，而在地下暗河上筑壩進(jìn)行施工導(dǎo)流的案例卻較少。廣西凌云縣浩坤水電站工程根據(jù)地下暗河的地形、地質(zhì)、水文等要素和樞紐布置等特點(diǎn)，合理選擇施工導(dǎo)流方案，從而為電站早日發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益作出了較大貢獻(xiàn)。

2 工程概況

浩坤水電站位于廣西凌云縣伶站鄉(xiāng)境內(nèi)的澄碧河地下暗河河段上，是規(guī)劃的澄碧河上游第三個(gè)梯級(jí)電站。工程區(qū)地處高峰叢洼地的灰?guī)r地區(qū)，山峰高聳，山坡陡峻，巖溶發(fā)育，為典型的喀斯特地形、地貌。古暗河、近代暗河分層分布。據(jù)統(tǒng)計(jì)，共發(fā)現(xiàn)各種溶洞28處，分4層分布，峰叢之間發(fā)育有較多規(guī)模宏大的天窗、天坑。

浩坤水電站于地下暗河上筑壩，采用隧洞及暗河泄洪，引水式壩后電站廠房發(fā)電，裝機(jī)容量25.5MW，總庫(kù)容3.24億m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)，工程等別應(yīng)為Ⅱ等，考慮到大壩設(shè)于地下暗河之上，大壩下游暗河的泄流能力較小，主要建筑物失事后不會(huì)對(duì)下游造成嚴(yán)重災(zāi)害，經(jīng)上級(jí)主管部門批準(zhǔn)，主要建筑物定為Ⅱ等3級(jí)，導(dǎo)流建筑物定為5級(jí)，施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為枯水期3年一遇洪水。

經(jīng)樞紐布置方案比較，壩線選擇于浩坤天窗下游約50m的暗河上，大壩為70m以上的封洞型薄壁高拱壩，電站廠房為引水式，采用左岸泄洪隧洞泄洪。

3 施工導(dǎo)流方案布置的地形地質(zhì)條件及水文要素

3.1 地形地質(zhì)條件

澄碧河浩坤暗河段暗河進(jìn)口位于浩坤村右側(cè)，途徑浩坤天窗、巖流天窗、弄林天窗，出口于坡貼水庫(kù)庫(kù)尾，自東向西，再拐向西南，全長(zhǎng)約5.00km。該暗河為底層近代暗河，上游為峽谷明流，入口枯水位為321.00m，至浩坤天窗出口處，枯水位為318.00m，該段長(zhǎng)約1.00km。浩坤天窗下游壩線處暗河枯水位為303.00m，河床地面高程 302.00m，洞寬 17.80～8.00m，河床內(nèi)淤積物為砂卵石、黏土等，厚約30m，洞底巖面高程279.00m，洞頂巖體厚300～500m。該段長(zhǎng)約1.2km，出口于巖流天窗。封洞型拱壩壩線設(shè)于浩坤天窗下游50m的暗河之上。

浩坤暗河及壩址岀露地層為泥盆系上統(tǒng)融縣組厚層至塊狀淺灰—深灰色灰?guī)r，巖石致密、質(zhì)硬、性脆。暗河河床中有約30m厚的淤積物，暗河的圍巖均為厚層或塊狀灰?guī)r?；?guī)r巖體物理力學(xué)指標(biāo)值見(jiàn)表1。

表1 灰?guī)r巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值

3.2 水文要素

浩坤水電站主要建筑物工程等別為Ⅱ等3級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)P=1%，水位388.13m，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)P=0.2%，水位 397.01m，正常水位 365.00m，死水位350.00m，施工導(dǎo)流建筑物為臨時(shí)建筑物，定為5級(jí)，采用枯水期3年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)段為11月至次年4月，相應(yīng)洪峰流量為58.20m3/s，浩坤天窗內(nèi)圍堰前水位為315.00m。

施工導(dǎo)流的洪水排入下游暗河，但浩坤暗河巖流天窗以下河段泄流能力較差，根據(jù)2000年和2001年汛期水位觀測(cè)，巖流天窗水位與下游暗河出口流量關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 巖流天窗水位與暗河出口流量關(guān)系曲線

從表2可以看出，導(dǎo)流明渠在巖流天窗的水位只有超過(guò)313.40m，才能排泄58.2 m3/s的施工洪水，因此，確定導(dǎo)流明渠的下游水位不得低于313.40m。

3.3 大壩工程特性

浩坤水電站需要施工導(dǎo)流的建筑物主要是暗河上大壩，根據(jù)樞紐總體布置方案比較，推薦壩線位于浩坤天窗下游約50m的浩坤暗河上，壩型為封洞型薄壁高拱壩，壩頂高程348.50m，頂部嵌入洞頂完整巖體內(nèi)2.00m，壩基高程271.00m，壩高77.50m，兩壩肩進(jìn)入巖面內(nèi) 4～6m，外弧長(zhǎng) 39.608～15.52m，壩頂厚5.00m，303.00m高程以下至壩底壩體厚12.50m。水庫(kù)正常水位365.00m，高于壩頂高程348.50m，因此稱之為封洞型薄壁高拱壩。大壩施工道路主要由浩坤暗河右側(cè)進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)隧洞至浩坤天窗。浩坤電站拱壩主要工程量見(jiàn)表3。

表3 浩坤水電站拱壩工程量

4 施工導(dǎo)流方案的布置

大壩深埋于地下暗河上，距浩坤天窗下游約50m，暗河河床斷面狹窄，但周邊的地質(zhì)條件較好，故大壩施工導(dǎo)流只能采用隧洞導(dǎo)流。考慮到上游暗河在浩坤天窗的左側(cè)岀露，故導(dǎo)流隧洞布置于壩址段的左側(cè)，稱為左岸導(dǎo)流隧洞方案。

導(dǎo)流隧洞出口于巖流天窗，洞線長(zhǎng)440.72m，末端巖流天窗內(nèi)有89.635m長(zhǎng)的梯形明渠，全長(zhǎng)530.359m，縱坡0.00957。導(dǎo)流隧洞為城門洞形，寬5.00m，高6.00m，進(jìn)口底板高程312.00m，出口高程308.00m。按3年一遇導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，11月至次年4月枯水期洪水下泄流量為58.20m3/s。經(jīng)水力計(jì)算，洞前水位為315.50m，導(dǎo)流洞下游出口水位為313.50m?？紤]到導(dǎo)流隧洞部位的巖石為泥盆系上統(tǒng)融縣組厚層至塊狀灰?guī)r，巖石的完整性較好，故不考慮襯砌。

施工導(dǎo)流方案的布置詳見(jiàn)第26頁(yè)圖。

導(dǎo)流隧洞布置圖

5 結(jié)語(yǔ)

該工程施工導(dǎo)流采用上述方案，2008年3月，大壩及其他主要建筑物均已建成發(fā)電，至2008年12月，由于凌云縣電網(wǎng)限制其發(fā)電量，已發(fā)電7523kW·h，實(shí)際可發(fā)電9500kW·h，發(fā)電效益完全達(dá)到甚至超過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程總投資2.122億元，施工導(dǎo)流建筑工程投資204.21萬(wàn)元，占總投資約0.96%，說(shuō)明在斷面狹窄、交通困難的暗河上，該施工導(dǎo)流方案技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>