老撾色拉龍一級導流方案設計比較分析研究

周德彥, 龍軍飛

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

老撾色拉龍一級導流方案設計比較分析研究

周德彥, 龍軍飛

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

本文針對老撾地區(qū)洪枯流量差別大的水電工程，提出了控制導流工程規(guī)模及其造價、縮短主體工程施工工期的施工方案及對項目成敗的影響，并以色拉龍一級水電站為例進行導流設計配合工期調整的多方案比較，最終提出采用廠房小基坑全年施工、主河床壩段枯期施工時段方案，有效地節(jié)約了臨建工程的規(guī)模和造價，優(yōu)化整個工程項目工期，促進整個工程效益發(fā)展，為其他類似工程提供借鑒。

色拉龍一級水電站; 導流方案; 設計; 比較分析

0 前 言

2013年12月，我公司接到色拉龍一級水電站項目的咨詢設計任務，通過進行該項目可研復核、EPC報價、設計投標及可研深化等多項工作深入研究，尤其是對施工組織設計中的導流設計方案與主體工程工期優(yōu)化進行了較為詳細深入的研究，為老撾地區(qū)洪枯流量差別大的寬廣河床中高重力壩壩式開發(fā)方式提供參考。

色拉龍一級水電站位于老撾中部的沙灣拿吉省色邦亨河的支流色拉龍河下游河段、色拉龍河與色邦亨河匯合處上游約10 km處，距離沙灣拿吉省孟平縣約42.8 km，距離省會城市沙灣拿吉市約140 km，距離老撾首都萬象約568 km。色拉龍一級水電站以發(fā)電為主要開發(fā)任務，采用壩式開發(fā)。壩址控制流域面積2 879 km2，壩址多年平均流量90.6 m3/s。

1 工程概況

1.1 樞紐布置

色拉龍一級水電站樞紐工程由混凝土擋水壩、溢流壩、引水發(fā)電系統(tǒng)組成，最大壩高64.50 m；電站最大引用流量171 m3/s，電站裝機容量70 MW，安裝2臺混流式機組，年平均發(fā)電量為2.699億kW·h。水庫正常蓄水位215.00 m，相應庫容8.81億m3；死水位206.00 m，調節(jié)庫容2.84億m3，具有年調節(jié)能力。

根據樞紐建筑物布置型式，色拉龍一級水電站設計下泄洪水流量為8 086 m3/s，校核下泄洪水流量9 556 m3/s。洪水宣泄全部由溢流表孔承擔，布置于主河床中部偏左10～12號壩段范圍內的4個溢流表孔，表孔孔口尺寸14.00 m×17.00 m(寬×高)。溢流表孔為開敞式，堰頂高程為198.00 m，堰頂設平面檢修閘門和弧形工作門各一扇。

發(fā)電廠房為壩后式地面廠房，位于河床右岸14、15號壩段下游，廠房軸線與壩軸線平行布置。主廠房與上游壩體之間設置結構分縫。色拉龍一級樞紐布置見圖1。

1.2 水文氣象洪水

色拉龍河流域地處低緯度地區(qū)，屬熱帶季風氣候，流域氣候終年溫和，降水年內分配極為不均，形成明顯的旱季和雨季。雨季一般從5月開始至10月底結束。

根據距色拉龍一級電站工程區(qū)直線距離約150 km的沙灣拿吉(Savannakhet)雨量站1971～2011年降雨資料統(tǒng)計，5～10月降雨量達全年降雨量的91.3%。流域多年平均氣溫為22～26℃，年內1月氣溫最低，月平均氣溫為14～21℃；4月氣溫最高，月平均氣溫為24～30℃，流域多年平均相對濕度一般在70%以上，多年平均日照2 490 h。色拉龍一級水電站壩址分期洪水成果見表1。

表1 色拉龍一級水電站壩址施工分期設計洪水成果

1.3 工程地質

工程區(qū)屬丘陵河谷地貌，壩址區(qū)河段流向N80°W，以下折向S86°W，枯水期河面寬10～80 m，水面高程160.9～162.5 m，河底高程147.3～158.2 m，水深0.4～14 m。兩岸岸坡平緩，岸坡坡度一般8°～30°，局部較陡。

圖1 色拉龍一級水工樞紐布置示意

壩區(qū)覆蓋層、強風化層、局部裂隙密集帶、泥質粉砂巖以及泥巖的強度不高；以弱風化砂巖為主的巖體，強度較高，但其中分布的泥巖、泥質粉砂巖軟弱夾層對壩基變形也有一定影響。大壩基礎下部巖性為砂巖、泥質粉砂巖及泥巖互層，硬軟相間。各巖層之間接觸膠結良好，層間錯動不發(fā)育，但泥質粉砂巖及泥巖強度很低，為軟巖。壩區(qū)分布的泥質粉砂巖、泥巖抗風化能力弱，具強～極強風化崩解性。壩基及兩岸山體主要為砂巖、泥質粉砂巖及泥巖，巖體具弱～中等透水性。

2 導流方案比較

根據水工建筑物規(guī)模，導流建筑物級別為4級，土石類導流建筑物設計洪水重現期標準為20～10年。結合分期洪水資料可知，根據水文資料，枯水期12月～翌年5月和12月～翌年4月10年一遇分期洪水分別為149 m3/s和80.7 m3/s?？菟跉v時短，結合主河床壩段工程施工進度分析，采用枯水期12月～翌年5月施工時段導流工程量增加不多，但工程進度保證性較高，本階段所涉及枯水期即指12月～翌年5月的導流時段。相應全年10年一遇設計流量為3 700 m3/s，枯期10年一遇的導流設計流量為149 m3/s。一期圍堰使用年限僅有1個枯期，最大堰高13.50 m，基坑失事后損失不大。

結合水工樞紐建筑物布置及施工總進度安排，對導流建筑物布置方案進行比選，主要的設計原則如下：

(1)河道截流、圍堰擋水、壩體度汛、下閘封堵、蓄水和供水等各期導流在施工期各個環(huán)節(jié)能合理銜接;

(2)施工導流建筑物的布置應與樞紐永久建筑物布置及施工總布置相協(xié)調，優(yōu)選導流建筑物軸線，減少導流建筑物長度、進出口邊坡開挖高度，減少導流工程量和施工工期，減少施工干擾；

(3)導流方案適應河流水文特性和地形、地質條件;

(4)導流方案適應水工樞紐布置要求，圍堰布置適應大壩基礎處理要求;

(5)結合利用永久建筑物，減少導流工程量和投資;

(6)圍堰型式及高度應滿足在一個枯水期完建并不影響工程擋水度汛的要求;

(7)導流工程布置和施工應盡量減少對地方過境交通的影響。

按照上述原則，擬定如下三種導流方案：

(1)方案一：全年明渠導流方案;

(2)方案二：分期導流全工程枯期施工方案;

(3)方案三：分期導流，主河床壩段枯期、廠房全年施工方案。

2.1 方案一:全年明渠導流方案

2.1.1 導流方案及程序

束窄河床修建一期圍堰，在一期圍堰保護下施工左岸導流明渠。在左岸臺地布置導流明渠，為二期施工期間的泄水建筑物。第一年12月河床截流，修建主河床全年上下游圍堰。待壩體完建后，枯期利用導流底孔改建導流明渠壩段。導流程序見表2。

2.1.2 導流建筑物設計

導流建筑物主要有一期土石圍堰、導流明渠、二期土石圍堰、導流底孔及三期枯期土石圍堰。

導流明渠：布置在左岸臺地，為二期施工期間的泄水建筑物。明渠進口高程163.00 m，出口高程162.5 m。上游段為梯形斷面型式，底寬52 m，頂高程178 m；左側坡比1∶0.75，噴錨支護；右側為混凝土重力式邊墻，頂寬1 m，坡比1∶0.6。壩身部分占壓3個擋水壩段，為矩形斷面型式，底寬52 m，邊墻厚度4 m，頂高程178 m。下游段為梯形斷面型式，底寬52 m，頂高程從178 m漸變到173 m；左側坡比1∶0.75，噴錨支護；右側為鋼筋石籠重力式邊墻，頂寬1.5 m，左右側坡比1∶0.5，中部用石渣回填。

導流底孔布置于沖沙壩段內，底高程158.50 m，孔口尺寸為4 m×4.5 m(寬×高)，長42.0 m。底孔進口段設有閘墩和門槽，以便后期下閘封堵。

2.1.3 施工進度

該方案主體工程開工時間(即導流明渠開始開挖)為第一年的4月1日至第四年8月底，首臺機組發(fā)電工期為41個月，至工程完建共計43個月(不含工程籌建及準備工程工期)。

2.2 方案二:分期導流全工程枯期施工方案

2.2.1 導流方案及程序

在一期土石圍堰保護下，兩個枯期完成右岸擋水壩、導流底孔和廠房、二期枯期導墻等項目，廠房全年施工。二期枯期施工溢流壩段和左岸擋水壩段，汛前形成壩體度汛缺口，汛期廠房及左岸擋水壩段繼續(xù)施工，汛后完成缺口壩段。洪水期后恢復枯水期圍堰。導流程序見表3。

表2 方案一導流程序

表3 方案二導流程序

2.2.2 導流建筑物設計

導流建筑物主要有一、二期土石圍堰，二期混凝土縱向導墻及導流底孔等。導流底孔及縱向導墻的布置與水工廠房、大壩的布置相結合。

一期圍堰圍右岸，堰體和堰基防滲采用高壓旋噴灌漿防滲墻的土石圍堰結構型式。上、下游設計洪水位163.70 m和162.76 m，圍堰頂高程上游段165.00 m，下游段165.00～163.80 m。一期土石圍堰軸線全長215.0 m，圍堰頂寬6.0 m，迎水面坡比為1∶1.75，背水面坡比為1∶1.5，最大高度13.5 m。圍堰迎水面用0.5 m厚的塊石護坡，以保證圍堰堰腳及坡面的穩(wěn)定。

二期混凝土縱向導墻的結構型式為混凝土重力式，導墻長102 m，頂寬3 m，建基面高程為155.0 m，堰頂高程168.0 m，最大堰高12 m，迎水側坡面垂直，背水側坡比1∶0.3。

二期上、下游土石圍堰的堰體和堰基防滲均采用高壓旋噴灌漿防滲墻。上游圍堰設計洪水位166.62 m，堰頂高程168.00 m，軸線長99.5 m，最大堰高9.6 m；下游圍堰設計洪水位162.76 m，堰頂高程163.80 m，軸線長80.1 m，頂寬和堰坡同一期圍堰，最大堰高13.6 m。

導流底孔布置與方案一相同。

2.2.3 施工進度

該方案主體工程開工時間(即壩肩開始開挖)為第一年的9月1日，至第五年8月底首臺機組發(fā)電,工期為48個月，至工程完建共計50個月(不含工程籌建及準備工程工期)。

該方案采用枯期圍堰擋水施工，主體工程雨季考慮停工(若具備條件也可施工)。

2.3 方案三:分期導流，主河床壩段枯期、廠房全年施工方案

2.3.1 導流方案及程序

在一期土石圍堰保護下，完成廠房小基坑全年圍堰和導流底孔等項目，廠房全年施工；導流底孔布置在進水口壩段和溢流壩段之間，下游與廠房尾水導墻結合布置。二期枯期施工溢流壩段和左岸擋水壩段，汛前形成壩體度汛缺口，汛期廠房及左岸擋水壩段繼續(xù)施工，汛后完成缺口壩段。導流程序見表4。

表4 方案三導流程序

2.3.2 導流建筑物設計

導流建筑物主要有一、二期土石圍堰，二期混凝土縱向導墻及導流底孔等。導流底孔及縱向導墻的布置與水工廠房、大壩的布置相結合。

導流底孔，二期導墻，一、二期圍堰結構型式及斷面與方案二相同。

廠房全年圍堰包括上游圍堰、縱向導墻和下游圍堰。堰體和堰基防滲采用高壓旋噴灌漿防滲墻的土石圍堰結構型式。上、下游設計洪水位176.00 m和173.00 m，上、下游圍堰頂高程分別為178.00 m和175.00 m。廠房上、下游圍堰軸線全長分別為105.0 m和75.00 m，圍堰頂寬均為6.0 m，迎水面坡比為1∶1.75，背水面坡比為1∶1.5，上、下游圍堰最大高度分別為13.0 m和17.0 m。圍堰迎水面用0.5 m厚的塊石護坡，以保證圍堰堰腳及坡面的穩(wěn)定。廠房混凝土縱向導墻的結構型式為混凝土重力式，上、下游段導墻分別長78 m和70.00 m，頂寬3 m，建基面高程分別為161.0 m和155 m，堰頂高程分別為178.0 m和175 m，最大堰高分別為17 m和20 m，迎水側坡面垂直，背水側坡比1∶0.3。

2.3.3 施工進度

該方案主體工程開工時間(即壩肩開始開挖)為第一年的9月1日至第四年8月底，首臺機組發(fā)電工期為36個月，至工程完建共計38個月(不含工程籌建及準備工程工期)。

該方案采用枯期圍堰擋水施工，主體工程雨季考慮停工(若具備條件也可施工)。

3 方案比選結果

三個導流方案主要特性對比如表5所示。

根據表5可知，明渠導流方式在三個導流方案中，導流工程直接投資最大，工期介于分期導流方案一、二之間，因此,本階段結合工程投資、財務評價和工程風險分析，為達到盡可能短的施工工期和盡可能小的導流費用的目的，本工程推薦河床溢流壩段采用枯期施工、廠房小基坑全年施工的分期導流方案，即:在一期枯期圍堰保護下，完成廠房小基坑全年圍堰和導流底孔等項目；廠房全年施工；二期枯期施工溢流壩段和左岸擋水壩段，形成壩體度汛缺口，汛期溢流壩段繼續(xù)施工，汛后缺口壩段上升到頂。

4 結 論

施工導流設計是水利水電樞紐總體設計的重要組成部分，貫穿工程施工的全過程。色拉龍一級水電站采用廠房小基坑全年施工的分期導流方式，綜合工程技術經濟比較，推薦采用廠房小基坑全年施工、主河床壩段枯期施工的分期導流方式。

結合主體建筑物進行設計，根據主體建筑物的特性，充分利用第二年汛期施工廠房項目，并利用擴

表5 三方案主要特性對比

挖河床和導流底孔聯合過流，第三年汛期則利用溢流壩段度汛缺口過流，其他壩段繼續(xù)施工。該方案減小了導流泄水建筑物及擋水建筑物的規(guī)模，有效地節(jié)約了臨建工程的造價，降低了工程的總投資。通過對不同導流方案擬定并進行定量與定性分析相結合的方法，通過對導流建筑物的施工強度、施工難度、工程造價和施工進度等因素進行綜合考慮，最后確定最優(yōu)方案。

色拉龍一級水電站工程即將開工，可以進一步實踐驗證導流方案具有可行性，為主體工程的順利施工創(chuàng)造良好的條件。

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2017-01-12

周德彥(1982-)，女，河南南陽人，碩士，高級工程師,從事水利水電工程的施工組織設計工作。

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