長河壩水電站導截流建筑物的布置與設計

郭 長 江，　賀　溪

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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長河壩水電站導截流建筑物的布置與設計

郭 長 江，賀溪

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：根據(jù)長河壩水電站壩址區(qū)地形、地質條件、水文條件及水工建筑物布置特性，闡述了導流建筑物的布置與設計。

關鍵詞：導流；圍堰；導流洞；導流建筑物布置；長河壩水電站

1工程概述

長河壩水電站為一等大(1)型工程，擋水、泄洪、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為1級建筑物，永久性次要建筑物為3級建筑物，臨時建筑物為3級建筑物。

2施工導流規(guī)劃

2.1導流方式

壩址區(qū)呈“V”型河谷，兩岸自然邊坡陡峻，河床覆蓋層厚度大，透水性較強。

兩岸山體雄厚，基巖出露，具有良好的隧洞布置條件，長河壩水電站采用一次斷流圍堰擋水、隧洞導流、大壩基坑全年施工的導流方式。

2.2導流標準

初期導流，圍堰擋水，采用50 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量5 790 m3/s；

中期導流，大壩擋水，采用200 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量1 370 m3/s；

后期導流，大壩擋水，采用500 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量7 230 m3/s；

河床截流，采用11月上旬旬平均10 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量838 m3/s；

初期導流洞下閘，采用11月上旬旬平均10 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量838 m3/s；

中期導流洞下閘，采用5月上旬旬平均10 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量827 m3/s；

初期導流洞封堵，采用封堵時段20 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量1 080 m3/s；中期導流洞封堵，采用封堵時段20 a一遇重現(xiàn)期洪水，相應流量5 180 m3/s。

2.3導流程序

導流時段為2010年11月至2017年8月，計劃于2010年11月截流，2016年11月初期導流洞下閘封堵，2017年5月中期導流洞下閘初期蓄水，2017年7月首批機組發(fā)電。

3導流建筑物的布置與設計

長河壩水電站包括上下游圍堰、兩條初期導流洞及一條中期導流洞。初期導流洞、中期導流洞與三條泄洪洞、一條放空洞等永久泄洪建筑物共同布置于右岸。鑒于工程樞紐區(qū)地處峽谷條帶地段，泄水建筑物布置集中，故施工導流建筑物布置比較困難。導流建筑物布置情況見圖1。

3.1圍堰布置與設計

根據(jù)導流洞布置、基坑施工開挖范圍及上游圍堰運行期要求，設計單位將上、下游圍堰分別布置于大壩軸線上、下游約550 m、500 m處。上游圍堰頂高程為1 530.5 m，最大堰高56.5 m，下游圍堰頂高程為1 486 m，最大堰高13.5 m。

圍堰結構為土石類圍堰。圍堰基礎防滲采用塑性混凝土防滲墻型式，堰體均采用復合土工膜作防滲材料。

上游圍堰頂寬10 m，上、下游邊坡分別為1∶2和1∶1.8，基礎防滲采用懸掛混凝土防滲墻型式，深度為50 m；下游圍堰頂寬12 m，上、下游邊坡均為1∶1.75，基礎懸掛混凝土防滲墻深度為30 m。堰體均采用復合土工膜防滲型式。

圖1　導流建筑物布置圖

在工程招標設計階段，經(jīng)對圍堰方案進行比選研究，確定圍堰堰體防滲型式不變，堰基防滲由懸掛型式調整為嵌入基巖的全封閉型式，其相應的上、下游圍堰基礎防滲墻最大深度分別為82 m和78 m，墻體厚度為1 m。調整后的上游圍堰防滲墻面積為8 620 m2，下游圍堰防滲墻面積為9 680 m2。

3.2初期導流洞的布置與設計

工程施工采用斷流圍堰、隧洞泄流的導流方式。在其右岸布置兩條初期導流洞，進出口高程均相同，兩條洞初期導流期間共同參與施工導截流任務。

兩條初期導流洞進、出口底板高程分別為1 482 m和1 475 m，均按有壓洞設計，城門洞型斷面，尺寸為12 m×14.5 m，隧洞采用全斷面鋼筋混凝土襯砌。1#導流洞長度為1 061.076 m； 2#導流洞長度為1 235.409 m。每條導流洞在進口處通過中墩分設兩孔封堵閘門。

根據(jù)導流洞沿程圍巖條件和運行工況，特別是封堵期高外水的作用，經(jīng)計算和工程類比分析后最終確定導流洞洞身結構采用噴錨支護與鋼筋混凝土襯砌相結合的復合型支護型式。

導流洞進口漸變段與出口段采用1～1.2 m厚混凝土襯砌，洞身段依圍堰類別采用0.6～1 m厚混凝土全斷面襯砌。洞室在開挖后，立即噴射5～10 cm厚的鋼纖維混凝土或掛網(wǎng)鋼纖維混凝土，頂拱與邊墻視塑性區(qū)的范圍布置錨桿，并在頂拱及邊墻局部設置排水孔。錨桿系統(tǒng)一般由按2 m間、排距布設φ25、長度為4.5 m的錨桿，或者φ32、長度為9 m的錨桿相間布置組成。

為提高圍巖的承載力，在導流洞進出口段和封堵堵頭部位對圍巖實施圍巖固結灌漿處理。

初期導流洞單洞最大設計泄流流量為2 903 m3/s，平均流速17.86 m/s；壩體擋水度汛期間，單洞最大設計泄流流量為3 343 m3/s，平均流速為20.58 m/s。

1#、2#初期導流洞進、出口邊坡巖體以塊裂結構為主，淺表部卸荷拉裂明顯，巖體穩(wěn)定性較差。隧洞進口段巖體大部分處于弱風化弱卸荷帶內，巖性以花崗巖為主，裂隙較發(fā)育，巖體以塊裂～鑲嵌結構為主，次為次塊狀結構，以IV類圍巖為主，圍巖穩(wěn)定性較差。

考慮到河道岸坡陡峻且進出口段出露的巖石類別多為Ⅳ類，為減小支護難度，減少導流洞進出口邊坡的開挖對上部山體的穩(wěn)定影響，需要控制進、出口的開挖坡高。進口邊坡最大垂直開挖高度約為145 m；出口邊坡最大垂直開挖高度約為52 m。

導流洞進出口邊坡級別為2級。進口、出口邊坡受陡傾卸荷裂隙及順層裂隙控制，雖然在天然狀態(tài)下自然岸坡穩(wěn)定，但其安全裕度較小，開挖后需進行加固處理。

為減少導流洞進出口的開挖影響上部山體的穩(wěn)定，對初期導流洞布置采取“早進洞、晚出洞、垂直開挖、強支護”的方式進行削坡處理，每20 m高差設置一級3 m寬馬道，該措施一方面便于后期預應力錨索的補償張拉與邊坡加固補強施工，另一方面可以攔截上部的飛石，保障其下部的施工與運行安全。

考慮到在Ⅳ和Ⅲ類巖體中垂直開挖50 m以上級別的高邊坡垂直開挖，且其坡內陡傾卸荷裂隙發(fā)育，為保障施工期和運行期的安全，必須對導流洞進出口開挖邊坡實施加強支護措施。最終采用噴射1 cm厚鋼纖維混凝土或掛網(wǎng)噴鋼纖維混凝土、φ25、長度為4.5 m的錨桿或φ32、長度為9 m的錨桿單獨或相間布置，并與間距5 m、排距7 m的3 000 kN、2 000 kN或1 000 kN預應力錨索相結合的方式隨開挖的進行加固進、出口邊坡。采用噴混凝土以封閉表面裂隙，與排水孔、截排水溝等措施相結合降低地下水位，以增加邊坡的穩(wěn)定性。

根據(jù)導流洞進出口邊坡的地質條件和布置條件，在邊坡開挖線以下按間距5 m、排距7 m、布設長度為20～50 m，設計噸位為1 000～3 000 kN的壓力分散型預應力錨索。

導流洞進出口邊坡開挖加固方案支護參數(shù)見表1。

表1　進出口邊坡開挖支護參數(shù)表

3.3中期導流洞的布置與設計

中期導流洞布置于壩區(qū)右岸，進口段位于1#泄洪洞與2#泄洪洞之間，洞身段與1#泄洪洞立面交叉，出口位于1#泄洪洞出口上游60 m左右。由進水塔、有壓洞段、弧形閘門工作室、無壓洞段和出口挑流坎段組成。

進口底板高程1 545 m，岸塔式進水口，塔頂高程取1 605 m，塔體尺寸為15 m×15 m×64 m。進口設置平板封堵閘門，閘門孔口尺寸為7 m×9.5 m。塔體后接有壓洞段，總長315 m，縱坡為1.45%，有壓洞洞身斷面形式為圓拱直墻型，斷面尺寸為7 m×9.5 m，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，頂拱回填灌漿，進口段周邊固結灌漿。有壓洞段后接中期導流洞弧形工作閘門室，底板高程為1 541 m，閘門室最大跨度為20 m左右，高度42 m左右，閘門室內設置弧形工作閘門，閘門孔口尺寸為7 m×8.5 m。 弧形閘門啟 閉 設備安裝高程為1 570.5 m處設閘室交通洞與之相連?；⌒伍l門室后接無壓洞段，總長度為1 086.56 m，洞身斷面形式為圓拱直墻型，斷面尺寸為7 m×12 m，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，頂拱回填灌漿，部分洞段周邊固結灌漿。出口挑流鼻坎起挑底高程為1 490 m。

4結語

在采用設計方案適當加固后，預應力錨索穿過層間較大節(jié)理裂隙后既可以防止淺表部位的順層滑動，又可以限制開挖邊坡部位塑性區(qū)的發(fā)展，從而進一步提高了邊坡的穩(wěn)定性。

在對長河壩水電站導流洞內外觀測成果進行分析后得知，施工期導流洞進口邊坡巖體變形基本趨于收斂，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，至今未見異常情況出現(xiàn)。

郭長江(1965-)，男，遼寧撫順人，高級工程師，學士，從事水電工程施工導流設計工作；

賀溪(1968-)，女，貴州貴陽人，高級工程師，學士，從事水電工程施工組織設計工作.

(責任編輯：李燕輝)

由中水五局公司承建的加查水電站主體工程開工

2015年12月30日，由中水五局公司承建的加查水電站主體工程舉行了開工儀式。自2014年初由中水五局承建的加查水電站“三通一平”等工程開工建設以來，經(jīng)過項目部廣大員工700多個日日夜夜的奮戰(zhàn)，高強度、高質量地完成了導流明渠建設，實現(xiàn)了混凝土澆筑日產(chǎn)量5 100立方米、月產(chǎn)量85 000立方米紀錄，創(chuàng)造了青藏高原水電建設的奇跡，為電站主體工程的開工奠定了基礎。加查水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規(guī)劃5個梯級開發(fā)工程中的第5級水電站工程，位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內，位于加查縣城上游約5公里，距上游梯級藏木水電站約8.5公里，距下游梯級冷達水電站約26公里。該電站由華能西藏公司投資建設。中水五局公司主要承建該電站大壩土建及金屬結構安裝工程，2015年10月25日開工，2019年12月31日完工。

作者簡介:

收稿日期:2015-11-05

文章編號:1001-2184(2016)01-0022-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TV222