蘇洼龍水電站導(dǎo)流隧洞設(shè)計

薛 寶 臣， 王 劍 濤， 史 曉 陽， 趙 萬 青

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概況

蘇洼龍水電站位于金沙江上游河段四川巴塘縣和西藏芒康縣的界河上，為金沙江上游水電規(guī)劃13個梯級電站的第10級。樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻壩、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系統(tǒng)、左岸地面廠房等建筑組成。瀝青混凝土心墻壩最大壩高112 m，總庫容6.38億m3，總裝機容量1 200 MW，為一等大(1)型工程。

攔河壩施工導(dǎo)流采用斷流圍堰一次攔斷河流、隧洞泄流(枯水期導(dǎo)流隧洞泄流，汛期導(dǎo)流隧洞與泄洪放空洞聯(lián)合泄流)的全年施工導(dǎo)流方式。

2 導(dǎo)流隧洞地質(zhì)條件

導(dǎo)流隧洞位于蘇洼龍壩址右岸，地形陡峭，大部分基巖裸露，地面高程一般2 425～2 680 m，為高原-高山峽谷地貌。地震基本烈度為Ⅷ度，屬于強震不發(fā)育和小震分布較為稀疏地帶?；鶐r巖性主要為花崗巖、石英片巖、及少量大理巖。其中花崗巖約占總長度81.9%，以微新巖體為主，巖體強度較高。石英片巖多與大理巖互層狀出露，片理發(fā)育，弱風(fēng)化。進(jìn)口明渠位于中等密實狀砂卵礫石層，厚度一般6～25 m。

導(dǎo)流隧洞洞室處于花崗巖深部，構(gòu)造不發(fā)育，以Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面為主，圍巖整體以Ⅱ～Ⅲ1類為主。洞室埋深一般100～300 m，弱風(fēng)化巖體厚度一般25～30 m，洞室大部分位于微新狀花崗巖中，卸荷不發(fā)育，僅進(jìn)口邊坡存在少量弱卸荷巖體，厚度一般小于10 m。

地下水類型有孔隙性潛水和基巖裂隙水，孔隙性潛水分布于進(jìn)口明渠河床覆蓋層中，其補給來源主要來自大氣降水及地表水的補給；導(dǎo)流隧洞位于地下水位以下，開挖過程中以滲滴水及少量線狀滴水為主，為基巖裂隙水。地表水及地下水類型均為重碳酸鈣型。根據(jù)水化學(xué)分析成果分析，江水、地表水及時下水水樣對混凝土均無腐蝕性。

3 導(dǎo)流隧洞斷面設(shè)計

3.1 導(dǎo)流隧洞平面布置

蘇洼龍水電站導(dǎo)流隧洞布置于壩址右岸，導(dǎo)流隧洞洞身長度896.53 m，其中明洞段長10.68 m。平面上布置一轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑100 m，轉(zhuǎn)彎角度60°。導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程2 379.0 m，并在進(jìn)口前端設(shè)置2 385.0 m高程到2 379.0 m高程的反坎，出口底板高程為2 376.0 m，后接消力池，消力池后明渠底板高程為2 380 m，導(dǎo)流隧洞縱坡為3.53‰。

3.2 導(dǎo)流隧洞洞身斷面

可研階段對導(dǎo)流隧洞洞徑進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，以優(yōu)選合適的斷面尺寸。洞徑比選時根據(jù)泄流能力擬定了14 m×18 m，15 m×19 m，16 m×20 m三個不同洞徑方案，從截流條件、水力學(xué)特性及導(dǎo)流工程量等方面進(jìn)行綜合分析比較，導(dǎo)流隧洞斷面尺寸推薦采用15 m×19 m(寬×高)的城門洞型，頂拱中心角為120°。導(dǎo)流隧洞按有壓流設(shè)計，洞身采用鋼筋混凝土襯砌。

3.3 導(dǎo)流隧洞洞身支護(hù)

蘇洼龍水電站導(dǎo)流隧洞為4級建筑物，導(dǎo)流隧洞洞身采用初期支護(hù)與鋼筋混凝土襯砌結(jié)合的支護(hù)方案。

導(dǎo)流隧洞上導(dǎo)洞貫通后，根據(jù)現(xiàn)場實際揭露的地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、施工需要等原因，對導(dǎo)流隧洞洞身的開挖支護(hù)型式以及導(dǎo)流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化調(diào)整。

初期支護(hù)型式根據(jù)不同的圍巖類型及斷面尺寸確定。導(dǎo)流隧洞進(jìn)口洞段開挖斷面尺寸較大且圍巖條件較差，采用了錨噴支護(hù)、鋼支撐及懸吊錨筋樁的初期支護(hù)方案；洞室Ⅲ、Ⅳ類圍巖洞段分別采用了掛網(wǎng)噴混凝土及系統(tǒng)錨桿的支護(hù)方案；洞室Ⅱ類圍巖堵頭段采用噴混凝土及系統(tǒng)錨桿的支護(hù)方案；堵頭前洞室Ⅱ類圍巖段采用噴混凝土、頂拱系統(tǒng)錨桿和邊墻隨機錨桿的支護(hù)方案；堵頭后洞室Ⅱ類、Ⅲ類圍巖段由于實際施工過程中優(yōu)化取消了該部位的頂拱襯砌，因此頂拱部位初期支護(hù)均相應(yīng)進(jìn)行了加強處理。

根據(jù)蘇洼龍水電站導(dǎo)流隧洞穿越地層的地質(zhì)條件及實際施工情況，洞身堵頭段前采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，堵頭段及堵頭段后Ⅱ類、Ⅲ1類圍巖洞段頂拱不襯砌。導(dǎo)流隧洞洞身各洞段的鋼筋混凝土襯砌厚度為洞身穩(wěn)定分析與結(jié)構(gòu)計算，并參考同類工程經(jīng)驗確定。

4 導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口

4.1 導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口邊坡

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口為整體開挖，最大開挖邊坡高度為104 m，右側(cè)明渠設(shè)3級馬道，馬道設(shè)置高程為2 415.0 m、2 435.0 m和2 460.0 m，巖質(zhì)邊坡開挖坡比1∶0.5，覆蓋層邊坡開挖坡比1∶1.1～1∶1.5；導(dǎo)流隧洞出口邊坡最大開挖高度約為108 m，設(shè)4級馬道，馬道設(shè)置 高 程 為 2 398.0 m、2 420.0 m、2 440.0 m和2 460.0 m，巖質(zhì)邊坡開挖坡比1∶0.3，覆蓋層邊坡開挖坡比1∶1.1～1∶1.5。

進(jìn)出口邊坡支護(hù)型式為系統(tǒng)錨桿、噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)格梁和錨索支護(hù)等支護(hù)。邊坡開挖后并采取及時支護(hù)措施，邊坡穩(wěn)定，未出現(xiàn)大范圍塌方等現(xiàn)象，且進(jìn)出口邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)成果分析表明，進(jìn)、出口邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口明渠

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口明渠長約476.2 m，渠底寬25.0～100.5 m。左側(cè)邊墻擴(kuò)散角為25°，右側(cè)邊墻擴(kuò)散角為8°。進(jìn)口明渠導(dǎo)0-362.3 m～導(dǎo)0-498.2 m，底高程為2 386.5 m，進(jìn)口明渠導(dǎo)0-230.0 m～導(dǎo)0-362.3 m，縱坡為1.98%，進(jìn)口明渠導(dǎo)0-080.9 m～導(dǎo)0-230.0 m，底高程為2 384.0 m。進(jìn)口明渠導(dǎo)0-032.0 m～導(dǎo)0-080.9 m設(shè)置2 385.0 m高程到2 379.0 m高程的反坎，進(jìn)口明渠導(dǎo)0-022.0 m～導(dǎo)0-032.0 m底板高程為2 379.0 m。進(jìn)口明渠導(dǎo)0-022.0 m～導(dǎo)0-080.9 m底板、左側(cè)邊墻導(dǎo)0-022.0 m～導(dǎo)0-096.2 m及右側(cè)邊墻導(dǎo)0-022.0 m～導(dǎo)0-104.0 m高程2 435.0 m以下采用1 m厚C20鋼筋混凝土防護(hù)。

導(dǎo)流隧洞出口明渠長約336.5 m，出口明渠導(dǎo)0+896.53 m～導(dǎo)0+954.57 m為明渠內(nèi)異形反臺階消力池，底板高程為2 367.0 m，共設(shè)置5級臺階，臺階高程分別為2 370.0 m、2 374.0 m、2 378.0 m、2 382.0 m和2 386.0 m。消力池分三塊澆筑，塊與塊之間為結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫設(shè)鍵槽并填充閉孔泡沫板。出 口 明 渠 導(dǎo) 0+954.57 m～導(dǎo)0+985.85 m為消力池后護(hù)坦，護(hù)坦厚1 m，頂高程2 377.0 m。護(hù)坦分塊澆筑，塊與塊之間為結(jié)構(gòu)縫，護(hù)坦鋼筋過結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫設(shè)鍵槽并填充閉孔泡沫板。消力池及護(hù)坦為C30鋼筋混凝土。護(hù)坦后明渠底高程為2 380.0 m。明渠右側(cè)高程2 398.0 m以下岸坡采用1m厚C20鋼筋混凝土防護(hù)。

4.3 導(dǎo)流隧洞進(jìn)水塔

為后期導(dǎo)流隧洞封堵需要，導(dǎo)流隧洞進(jìn)口設(shè)置了進(jìn)水塔，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。綜合考慮施工導(dǎo)流期間度汛水位及導(dǎo)流隧洞汛后下閘封堵條件，同時兼顧進(jìn)水塔頂與右岸公路的銜接，進(jìn)水塔頂部高程確定為2 435.0 m。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)水塔長22 m，寬30 m，高61 m，進(jìn)水塔設(shè)置一道中墩，兩道封堵閘門孔口尺寸為矩形7.5×19 m(寬×高)，分別設(shè)置一扇平板閘門。進(jìn)口喇叭口采用三面收縮(底板不收縮)型式，體型曲線按1/4橢圓曲線，進(jìn)口上緣曲線方程為，兩側(cè)及中墩曲線方程。

5 導(dǎo)流隧洞封堵堵頭

導(dǎo)流隧洞堵頭為1級永久擋水建筑物，與大壩具有同等的重要性。堵頭按1000年一遇洪水設(shè)計，設(shè)計洪水位2 475.0 m，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為PMF，校核洪水位2 476.89 m。堵頭最大設(shè)計水頭約96 m。

通過抗滑穩(wěn)定計算導(dǎo)流隧洞堵頭長度為30 m，布置在洞身樁號導(dǎo)0+402.0 m～導(dǎo)0+432.0 m，位于壩體帷幕灌漿線上，混凝土堵頭采用楔形體型式。堵頭內(nèi)部設(shè)置縱向灌漿廊道，廊道長度17 m，廊道為城門洞型，洞徑尺寸3 m×3.5 m(寬×高)。

6 結(jié) 語

蘇洼龍水電站導(dǎo)流隧洞已于2017年11月21日成功分流。根據(jù)監(jiān)測成果分析，導(dǎo)流隧洞及相關(guān)建筑物安全、穩(wěn)定，導(dǎo)流隧洞的設(shè)計是合理的，可作為其它大中型導(dǎo)流隧洞設(shè)計參考及借鑒。