巴山水電站導(dǎo)流隧洞的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 義 軍

(中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 浙江 杭州 310014)

1 概 述

巴山水電站系漢江支流任河干流梯級開發(fā)規(guī)劃中確定的控制性骨干梯級電站，壩址位于重慶市城口縣巴山鎮(zhèn)上游約1 km處，廠址位于巴山下游任河左岸雷打石。工程以發(fā)電為主，兼有旅游和改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用功能。電站由攔河壩、溢洪道、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等建筑物組成。

攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程685 m，最大壩高155 m，壩頂長477 m，壩頂寬10 m。溢洪道位于右壩頭，溢流堰堰頂高程為667.5 m。引水發(fā)電系統(tǒng)采用一洞二 機(jī) 布 置，全 長 約

2 455 m，廠房為地面廠房，裝設(shè)兩臺機(jī)組，總裝機(jī)容量為2×70 MW。

大壩施工采用圍堰斷流、隧洞導(dǎo)流方式。工程樞紐平面布置見圖1。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

巴山水電站導(dǎo)流隧洞工程于2005年12月1日開工建設(shè)，2006年4月25日隧洞上層貫通。按照招標(biāo)進(jìn)度安排，2006年10月18日導(dǎo)流隧洞必須具備過流條件。但是導(dǎo)流隧洞若按招標(biāo)設(shè)計(jì)的全斷面進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌施工，則很難保證截流目標(biāo)進(jìn)度的實(shí)現(xiàn)。考慮到導(dǎo)流隧洞上層貫通后揭露的實(shí)際地質(zhì)條件比招標(biāo)階段預(yù)計(jì)要好的情況，我們對導(dǎo)流隧洞的襯砌設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，確保了2006年10月18日截流的目標(biāo)進(jìn)度。

3 導(dǎo)流隧洞的設(shè)計(jì)

根據(jù)施工導(dǎo)流規(guī)劃，該工程導(dǎo)流共分為五個階段，各階段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。導(dǎo)流隧洞斷面為城門洞形，襯砌后尺寸為10 m×13 m(寬×高)。導(dǎo)流隧洞總長度為845 m，其中直線段長約799.4 m，轉(zhuǎn)彎段長45.6 m，平面轉(zhuǎn)彎半徑為60 m，轉(zhuǎn)角為43.5°，進(jìn)口底板高程為545 m，出口底板高程為541 m，底坡i=0.473 4%，對于隧洞進(jìn)口段、出口段及洞身局部地質(zhì)條件較差的Ⅲ～Ⅳ類及以上圍巖地段采用鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度為2.5～0.5 m，其余部分不作受力襯砌。但為了減小糙率，提高泄流能力，采用錨桿混凝土薄襯，襯砌厚度為0.35 m。

表1 招標(biāo)階段施工導(dǎo)流及度汛設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表

4 襯砌優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 地質(zhì)條件

導(dǎo)流隧洞施工階段實(shí)際的洞身圍巖分類比較情況見表2。

4.2 襯砌優(yōu)化情況

根據(jù)實(shí)際揭露的地質(zhì)情況，結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)度要求，我們對洞身中間段的Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞段的襯砌進(jìn)行了優(yōu)化，可優(yōu)化洞段總長度約550 m。各洞段優(yōu)化設(shè)計(jì)情況見表3，導(dǎo)流隧洞典型襯砌情況見圖2。

4.3 襯砌優(yōu)化對各導(dǎo)流階段上游水位的影響

在完成導(dǎo)流隧洞襯砌優(yōu)化設(shè)計(jì)后，因泄流能力減少，圍堰及大壩臨時斷面擋水上游水位有所抬高。各導(dǎo)流階段上游水位計(jì)算成果見表4，導(dǎo)流隧洞不同標(biāo)準(zhǔn)下泄流量及流速見表5。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化方案的上游圍堰擋水位及壩體度汛水位均超過招標(biāo)階段的設(shè)計(jì)度汛水位。

導(dǎo)流隧洞襯砌優(yōu)化方案的上游圍堰擋水水位為高程575.11 m，較招標(biāo)階段導(dǎo)流隧洞鋼筋混凝土襯砌方案的上游圍堰擋水水位高程570.7 m高出4.41 m，相應(yīng)襯砌優(yōu)化方案上游圍堰應(yīng)相應(yīng)加高4.4 m，上游圍堰填筑量增加約44 010 m3。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)流隧洞優(yōu)化方案對下游圍堰擋水水水位影響甚微，可保持原堰頂高程不變。

在2007年汛期大壩臨時 擋 水 階 段(P=2%)，導(dǎo)流隧洞優(yōu)化方案的 上 游 水 位 為 高 程608.32 m，比原鋼筋混凝土襯砌方案的上游水位高程603.24 m高出5.08 m。大壩度汛臨時擋水?dāng)嗝嫜辞靶杼钪?10 m高程以上，比原度汛高程增加約5 m。

表3 導(dǎo)流隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì)匯總表

圖2 洞身段典型襯砌示意圖

導(dǎo)流階段泄流建筑物擋水建筑物導(dǎo)流及度汛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流量/m3·s-1上游水位高程 /m下游水位高程 /m2006年10月至2007年5月導(dǎo)流隧洞上、下游圍堰10～次年5月時段P=10%1 570575.11547.22007年6月,大壩臨時斷面填筑至610 m高程導(dǎo)流隧洞大壩臨時斷面10～次年6月時段P=2%2 940603.99548.862007年7月至2007年9月導(dǎo)流隧洞大壩臨時斷面全年P(guān)=2%3 670608.32549.062007年10月至2008年5月,大壩填筑至681.6 m高程導(dǎo)流隧洞上、下游圍堰10～次年5月時段P=10%1 570575.11547.22008年5月至2008年8月導(dǎo)流隧洞大壩臨時斷面全年P(guān)=1%4 060614.08549.3

表5 不同標(biāo)準(zhǔn)下泄流量及流速表

4.4 優(yōu)化方案與招標(biāo)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

從巴山水電站導(dǎo)流隧洞結(jié)構(gòu)安全、對上游圍堰和大壩臨時擋水?dāng)嗝娴挠绊懸约巴顿Y等方面對原襯砌方案和優(yōu)化方案進(jìn)行分析比較如下：

(1) 導(dǎo)流隧洞結(jié)構(gòu)安全。

根據(jù)優(yōu)化方案水力學(xué)計(jì)算成果，導(dǎo)流隧洞在2007年、2008年汛期洞內(nèi)流速較大，已超過噴混凝土允許承受的安全流速【見《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB50086-2001)第4.4.17條：“采用錨噴支護(hù)的永久過水隧洞允許的水流流速不宜超過8 m/s；臨時過水隧洞允許的水流流速不宜超過12 m/s”】，存在一定的風(fēng)險。但考慮到圍巖完整性總體較好，在加強(qiáng)系統(tǒng)錨噴支護(hù)的前提下出現(xiàn)大規(guī)模洞室失穩(wěn)的可能性不大，且本工程洪峰歷時較短，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，若遇設(shè)計(jì)洪水，短期的有壓、較高流速水流對隧洞的影響可能是在隧洞周邊出現(xiàn)局部氣蝕、剝落、掉巖塊等現(xiàn)象，而不至于對隧洞的整體結(jié)構(gòu)造成災(zāi)難性破壞影響主體工程的施工安全和施工總體目標(biāo)進(jìn)度的實(shí)現(xiàn)。反之，采用減少全襯范圍代之以加強(qiáng)錨噴支護(hù)的優(yōu)化方案有利于減輕施工壓力，有利于工程按時截流，對于當(dāng)時的工程進(jìn)度有明顯的好處，也符合工程總體利益最大化的要求。

(2) 對上游圍堰高度及大壩擋水度汛斷面的影響。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算成果，在枯水期P=10%頻率情況下，上游圍堰擋水位較招標(biāo)階段水位抬高4.41 m，需加高上游圍堰4.4 m；在全年P(guān)=2%的頻率情況下，大壩2007年汛期臨時擋水階段上游水位較招標(biāo)階段水位抬高5.08 cm，大壩擋水高程亦相應(yīng)抬高，大壩臨時擋水度汛斷面汛前需填筑至610 m高程以上。

(3) 經(jīng)濟(jì)效益。

導(dǎo)流隧洞優(yōu)化后，減少了導(dǎo)流隧洞襯砌混凝土5 774 m3、鋼筋312 t；增加噴鋼 纖 維 混 凝 土

2 049 m3和上游圍堰填筑量約44 010 m3；合計(jì)減少投資158.73萬元。如計(jì)入洞內(nèi)增加的錨桿量，襯砌優(yōu)化后與招標(biāo)設(shè)計(jì)階段襯砌方案的可比投資相近。

5 結(jié) 語

施工階段對導(dǎo)流隧洞襯砌進(jìn)行優(yōu)化后，可比投資與招標(biāo)設(shè)計(jì)階段較接近。雖然抬高了上游圍堰擋水水位和壩體臨時度汛水位，但考慮到實(shí)際揭露的導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)條件相對較好，洪峰歷時較短，在加強(qiáng)系統(tǒng)錨噴支護(hù)的前提下，出現(xiàn)大規(guī)模洞室失穩(wěn)的可能性不大；導(dǎo)流隧洞襯砌優(yōu)化后既保證了隧洞運(yùn)行安全，又方便了施工，加快了導(dǎo)流隧洞的施工進(jìn)度，保證了2006年10月18日的按期截流，符合工程總體利益最大化的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范，DL/T 5195-2004[S].

[2] 錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范，GB50086-2001[S].

作者簡介:

陳義軍(1974-)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，高級工程師，學(xué)士，從事水電工程施工組織設(shè)計(jì)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)