嘉陵江巨亭水電站圍堰優(yōu)化設(shè)計(jì)

張曉君 李 帥

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

巨亭水電站位于陜西省寧強(qiáng)縣境內(nèi)嘉陵江干流，壩址位于寧強(qiáng)縣巨亭鎮(zhèn)上游5 km處，該電站上游為荷葉壩水電站，下游為陽(yáng)平水電站。正常蓄水位599.0m，總庫(kù)容3 265萬(wàn)m3，是一座以發(fā)電為主的Ⅲ等中型水利水電樞紐工程。

樞紐建筑物從右至左依次布置為：右岸副壩、泄洪閘壩段、電站廠房、安裝間和左岸副壩。泄洪閘、副壩、發(fā)電廠房及開關(guān)站等主要建筑物為3級(jí)建筑物，次要建筑物為4級(jí)建筑物。電站廠房布置2臺(tái)單機(jī)容量16MW和1臺(tái)單機(jī)容量8MW的貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)40MW，機(jī)組滿發(fā)引用流量257m3/s；泄洪閘布置在河床偏右側(cè)，共5孔，孔寬13.0m，堰頂高程 577.0m，閘頂高程 602m，1#～4#孔采用WES實(shí)用低堰，5#孔采用平底閘。該工程于2010年開工建設(shè)，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院2011年中途續(xù)接本項(xiàng)目的技施設(shè)計(jì)。

2 原導(dǎo)流設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)流方案。巨亭水電站采用一次攔斷河床隧洞導(dǎo)流方案，導(dǎo)流洪水重現(xiàn)期為5年，導(dǎo)流時(shí)段選用11月～次年4月，相應(yīng)導(dǎo)流流量為Q20%=417m3/s。導(dǎo)流隧洞位于河床左岸，進(jìn)口底板高程576.0m，出口底板高程575.0m，隧洞長(zhǎng)295.87m，斷面型式為城門洞型，凈斷面尺寸（寬×高）為6.5m×6.5m。

施工程序及進(jìn)度安排如下：

2011年11月進(jìn)行河床截流，截流后進(jìn)行圍堰加高培厚、基坑開挖、兩岸副壩、泄洪閘和電站廠房混凝土澆筑施工，枯水期河水由導(dǎo)流隧洞下泄。

2012年汛期基坑過(guò)水，汛前拆除上、下游枯期圍堰，汛期基坑內(nèi)不安排主體工程施工，汛后繼續(xù)進(jìn)行混凝土澆筑施工及金屬結(jié)構(gòu)安裝。

2013年汛前完成泄水閘土建工程及閘門安裝，廠房進(jìn)、尾水口完成下閘封堵。2013年汛期由廠房進(jìn)出口閘門擋水，進(jìn)行機(jī)組安裝，在2013年底首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

（2）圍堰設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介。原設(shè)計(jì)方案中圍堰采用枯期不過(guò)水土石圍堰，導(dǎo)流時(shí)段選用11月～次年4月，相應(yīng)導(dǎo)流流量為Q20%=417m3/s。上游圍堰堰頂高程592.0m，下游圍堰堰頂高程579.5m，河床底部高程575.0m。

上游圍堰堰基采用高壓旋噴灌漿防滲，堰體采用高壓旋噴灌漿加復(fù)合土工膜防滲，堰頂寬度8.0m，最大堰高17m。要求在2012年3月底上游圍堰填筑至592.0m頂高程，滿足4月?lián)跛?。下游圍堰僅4.5m高，設(shè)計(jì)頂寬6.0m，堰體及堰基均采用高噴灌漿防滲。

在2012年5～10月的汛期不安排樞紐施工，為防止汛期洪水淘刷上游庫(kù)區(qū)右岸寶成鐵路的路基，確保路基邊坡穩(wěn)定，設(shè)計(jì)在2012年5月洪水來(lái)臨前將本工程上、下游圍堰全部拆除至原河床高程，避免洪水沖擊基坑和抬高庫(kù)區(qū)洪水位，庫(kù)區(qū)寶成鐵路度汛標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇全年洪水考慮。設(shè)計(jì)在2012年汛后再進(jìn)行河床截流恢復(fù)上游圍堰。

3 圍堰優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于嘉陵江洪水特點(diǎn)是漲水快，退水慢，峰高量大，年最大流量在4～10月都有發(fā)生，大洪水多發(fā)生在6月下旬~9月，11月至次年4月為枯水期，5~10月為汛期。全年5年一遇洪水流量高達(dá)3 970m3/s，洪枯比大，汛期基坑內(nèi)組織施工所采用的導(dǎo)流措施費(fèi)用巨大，因此本工程汛期不安排基坑內(nèi)主體工程施工。附表為壩址分期設(shè)計(jì)洪水成果表。

附表 壩址分期設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s

技施階段我們對(duì)原圍堰設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析研究，對(duì)上游圍堰結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核，建議將上游圍堰優(yōu)化為過(guò)水圍堰，下游圍堰過(guò)水后恢復(fù)工程量較小，因此下游圍堰結(jié)構(gòu)形式維持原設(shè)計(jì)方案。

原導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案中圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為11月～次年4月5年一遇洪水，相應(yīng)流量為Q20%=417m3/s，圍堰設(shè)計(jì)頂高592.0m。若選擇11月～次年3月時(shí)段5年一遇洪水，流量?jī)H為Q20%=127m3/s，上游圍堰堰前水位為582.0m，圍堰只需修筑至583.0m高程。為擋4月份一個(gè)月的洪水，需將圍堰從583.0 m加高至592.0m，加高所需工程量及投資偏大，但由于工程為枯期施工，工期較為緊張，若完全放棄4月份的施工時(shí)間又會(huì)對(duì)工程進(jìn)度或施工強(qiáng)度帶來(lái)一定的不利影響，綜合考慮后設(shè)計(jì)建議在母堰上設(shè)置子堰，將圍堰堰頂高程設(shè)為589.0m，按導(dǎo)流隧洞泄流能力，上游過(guò)水圍堰可擋350m3/s的來(lái)流量。

將上游圍堰優(yōu)化為過(guò)水圍堰的主要依據(jù)如下：

（1）在《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》中，規(guī)定有采用過(guò)水圍堰的型式，在湖南、廣西、貴州、四川等地的中小型水電工程中均有采用土石過(guò)水圍堰的成功先例。

（2）按照SL 303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，本工程導(dǎo)流建筑物為5級(jí)，過(guò)水標(biāo)準(zhǔn)可按全年5年一遇洪水3 970m3/s設(shè)計(jì)，扣除導(dǎo)流隧洞泄流后，堰頂過(guò)流量約3 600m3/s，堰頂長(zhǎng)約105m，則其單寬流量約34m3/s/m，其過(guò)水流量和過(guò)堰流速，在對(duì)過(guò)水圍堰堰面采用混凝土護(hù)面防護(hù)后是可以控制的，因此本工程上游圍堰采用過(guò)水圍堰在技術(shù)上是可行的。

（3）改為過(guò)水圍堰后，母堰頂高583.5m，當(dāng)遭遇全年5年一遇洪水3 970m3/s流量時(shí)，上游圍堰堰前水位590.5m，下游水位585.0m；當(dāng)遭遇全年10年一遇洪水5 420m3/s流量時(shí)，上游圍堰堰前水位592.5m，下游水位586.8m；而本工程正常蓄水位599.0 m，施工期受影響的部分寶成鐵路路基可在2012年汛前完成防護(hù)施工，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)水標(biāo)準(zhǔn)下不會(huì)因?yàn)楦慕ㄟ^(guò)水圍堰而對(duì)上游庫(kù)區(qū)寶成鐵路造成大的破壞。原設(shè)計(jì)采用汛期拆除圍堰的方案，一個(gè)重要原因是考慮保證寶成鐵路100年一遇的度汛標(biāo)準(zhǔn)，湖南水電院認(rèn)為100年一遇的標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行而言的，對(duì)于本工程僅1~2年的短期施工時(shí)間內(nèi)度汛標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低。

（4）原方案中計(jì)劃在2012年汛前將圍堰全部拆除至原河床高程，采用過(guò)水圍堰可減少圍堰拆除工程量，更可減少2012年汛后圍堰恢復(fù)的工程量，2012年汛后不需要再進(jìn)行截流與高噴灌漿防滲等，減少工程投資。經(jīng)經(jīng)濟(jì)分析，雖然改為過(guò)水圍堰后增加了過(guò)水圍堰保護(hù)的投資費(fèi)用，但減少了圍堰拆除的費(fèi)用、圍堰二次截流恢復(fù)以及二次高噴灌漿及修筑的費(fèi)用，也可解決二次修筑圍堰時(shí)料源不足的問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

（5）本工程施工工期非常緊張，洪水期基本不安排基坑施工，第一個(gè)枯水期（即2012年汛前）主要進(jìn)行基坑開挖與廠房、泄水閘等底板混凝土澆筑；第二個(gè)枯水期（2012年11月至2013年4月）要求完成全部5孔泄水閘施工，廠房進(jìn)、尾水門下閘具備擋水條件。將上游圍堰改為過(guò)水圍堰后汛后可直接進(jìn)行基坑排水恢復(fù)生產(chǎn)，不需再進(jìn)行河床截流及圍堰高噴灌漿等，可最少節(jié)約直線工期2個(gè)月，確保2013年汛前完成5孔泄水閘施工，使泄水閘在2013年汛前具備擋水條件。

基于以上分析，對(duì)原圍堰方案和現(xiàn)過(guò)水圍堰方案綜合比較，顯示圍堰采用過(guò)水圍堰方案后對(duì)工程投資、施工難度、施工進(jìn)度等各方面都是有利的。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次巨亭水電站上游圍堰已按優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行施工，且已經(jīng)經(jīng)過(guò)了2012年汛期洪水的檢驗(yàn)。上游過(guò)水圍堰母堰防護(hù)采用0.7m厚混凝土護(hù)面，背水面邊坡1∶2.5，背水面579.0m處設(shè)5.0m寬平臺(tái)，經(jīng)過(guò)2012年汛期洪水后，上游圍堰母堰基本無(wú)破壞，過(guò)水效果較好，在節(jié)省工程投資的同時(shí)有效地節(jié)約了施工工期，為2012年汛后的生產(chǎn)恢復(fù)工作提供了有利的保障。

嘉陵江是長(zhǎng)江的一級(jí)支流，嘉陵江上游陜西境內(nèi)共規(guī)劃16個(gè)梯級(jí)，目前正在各方努力下積極開發(fā)建設(shè)，對(duì)于這種洪枯比大、河床相對(duì)狹窄的河流，采用枯水期導(dǎo)流是較好的選擇；同時(shí)在考慮過(guò)水圍堰對(duì)庫(kù)區(qū)重要設(shè)施的洪水雍高臨時(shí)性影響時(shí)，應(yīng)注意不宜采用其永久運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。