龍頭山水電站導(dǎo)流與施工期通航研究

劉迎兵（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南長(zhǎng)沙410007）

龍頭山水電站導(dǎo)流與施工期通航研究

劉迎兵（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南長(zhǎng)沙410007）

在高等級(jí)通航河道修建樞紐工程，施工期臨時(shí)通航往往是樞紐總布置和施工導(dǎo)流的制約因素之一。贛江為國(guó)家內(nèi)河航運(yùn)主通道，是江西省黃金水道，龍頭山水電站為贛江最下游一個(gè)梯級(jí)，為滿足施工導(dǎo)流和施工期通航要求，經(jīng)綜合分析比較和水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，推薦先圍電站廠房、后圍船閘的三期導(dǎo)流方案，通航效果好。本工程研究思路和成果可以為類似工程提供借鑒。

施工導(dǎo)流；施工期通航；龍頭山水電站

1 工程概況

龍頭山水電站位于江西省贛江下游豐城市杜家洲處，上距樟樹(shù)市28km，下距南昌市60km，是贛江最下游一個(gè)梯級(jí)。壩址控制流域面積72810km2，占贛江流域面積的89.2%，壩址處多年平均流量1890m3/s。該工程正常蓄水位24.2m，相應(yīng)庫(kù)容2.44億m3，是一座以發(fā)電、航運(yùn)為主的大（二）型水利樞紐工程。主要建筑物從左至右依次為魚(yú)道、電站廠房、閘壩、船閘和土壩等，兩岸分別與贛西大堤、贛東大堤相接，壩軸線長(zhǎng)947m。電站廠房位于左側(cè)，安裝8臺(tái)共240MW貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均發(fā)電量8.85億kW·h；閘壩位于河床中部，共24孔，單孔凈寬17m，堰頂高程13.2m，最大壩高26m；1000t級(jí)船閘位于河床右側(cè)，上閘首底檻高程17.0m，設(shè)計(jì)年貨運(yùn)量100萬(wàn)t。

2 施工導(dǎo)流及施工期通航特點(diǎn)

2.1 壩址處河床寬闊，洪峰流量大，適于分期導(dǎo)流方式

壩址處為基本對(duì)稱的寬淺式“U”型河谷，水位20m時(shí)，河面寬750m，河道較順直，主河道位于河道中部，河床最低處高程6.0m。兩岸均修建有堤防，堤頂有道路。10年一遇、20年一遇的全年洪水流量分別為17600m3/s和19900m3/s，流量大，施工導(dǎo)流適宜采用分期導(dǎo)流方式。

2.2 河段為高等級(jí)航道，施工期通航要求高

贛江是長(zhǎng)江一級(jí)支流，是江西省最大的河流，也是江西省的黃金水道。龍頭山水電站位于樟樹(shù)～南昌之間，河段現(xiàn)已達(dá)到Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，可常年通行1000t級(jí)船隊(duì)。主航道在河道中部，最小通航流量為358m3/s，通航保證率大于95%。壩址左岸下游約2km的曲江碼頭是豐城市最大港口，也是贛江主要港口之一，設(shè)計(jì)年吞吐能力為1000萬(wàn)t。隨著上游石虎塘航電樞紐、峽江水利樞紐1000t船閘的相繼投入運(yùn)行，壩址河段通航量將逐年提高。龍頭山水電站施工期間必須妥善解決壩區(qū)河段通航問(wèn)題。

2.3 閘壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具備一個(gè)枯期內(nèi)完成土建工程的條件

贛江枯水時(shí)段一般有7～8個(gè)月，本工程閘壩最大壩高不到30m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，地基處理工作量亦不大，閘壩具備一個(gè)枯期內(nèi)基本完成土建工程的條件，閘壩施工導(dǎo)流時(shí)段可采用枯水期時(shí)段。

2.4 庫(kù)區(qū)臨時(shí)淹沒(méi)問(wèn)題較敏感

庫(kù)區(qū)內(nèi)洲、灘地帶有耕地、草地和林地以及專項(xiàng)設(shè)施，施工期庫(kù)區(qū)臨時(shí)淹沒(méi)問(wèn)題較敏感。

2.5 業(yè)主對(duì)電站投入運(yùn)行工期要求高

龍頭山水電站裝機(jī)規(guī)模為240MW，多年平均發(fā)電量8.85億kW·h，為民營(yíng)投資項(xiàng)目，業(yè)主要求盡可能提前發(fā)電。

3 施工導(dǎo)流及施工期通航方案比選

龍頭山水電站導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)，圍堰主要采用土石類圍堰，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇10年一遇。

針對(duì)樞紐布置特點(diǎn)、自然條件和發(fā)電工期等，本工程重點(diǎn)比選了以下三個(gè)導(dǎo)流方案。

3.1 方案一：一期圍左岸廠房

本方案分三期導(dǎo)流，導(dǎo)流程序見(jiàn)圖1。

圖1 方案一施工導(dǎo)流程序示意圖

一期圍左岸廠房和12.5孔閘壩，分兩個(gè)階段，一階段即一枯（第一年8月～第二年3月），在廠壩枯期圍堰保護(hù)下完成廠房全年圍堰和10m高程以下閘壩，并進(jìn)行廠房施工，由右岸河床過(guò)流和通航；二階段即一汛（第二年4～7月）在廠房全年圍堰保護(hù)下繼續(xù)施工廠房，由右岸河床和一期未完建閘壩過(guò)流和通航。

二期圍右岸船閘和11.5孔閘壩，分兩個(gè)階段，一階段即二枯（第二年8月～第三年3月）在閘壩、船閘枯期圍堰保護(hù)下進(jìn)行閘壩和船閘施工，廠房繼續(xù)施工，由一期未完建閘壩過(guò)流和通航；二階段（第三年4月～第四年1月），船閘、廠房繼續(xù)施工，由二期已建9孔閘壩和一期未完建閘壩過(guò)流，一期未完建閘壩通航。

三期（第四年 2～11月）圍一期未完建閘壩，由右側(cè)已建11孔閘壩和過(guò)水圍堰過(guò)流，船閘通航，電站利用圍堰擋水發(fā)電。

3.2 方案二：一期圍右岸船閘

本方案分三期導(dǎo)流，導(dǎo)流程序見(jiàn)圖2。

一期圍右岸船閘和10.5孔閘壩，分兩個(gè)階段，一階段即一枯（第一年8月～第二年3月）在船閘和閘壩枯期圍堰保護(hù)下進(jìn)行船閘和10.5孔閘壩施工，由左岸河床過(guò)流和通航；二階段即一汛（第二年4～7月）在船閘全年圍堰保護(hù)下繼續(xù)施工船閘，由左岸河床和一期已建5孔閘壩過(guò)流，左岸河床通航。

二期圍廠房，在全年圍堰保護(hù)下施工廠房，并繼續(xù)施工船閘，分兩個(gè)階段，一階段即二枯（第二年8月～第三年3月）由中部河床和一期已建5孔閘壩過(guò)流，二階段即二汛 （第三年4～7月）由中部河床和右側(cè)已建10孔閘壩過(guò)流；二枯、二汛均由中部河床通航。

三期（第三年8月～第四年7月）圍左側(cè)剩余的13.5孔閘壩，由已建10孔閘壩和過(guò)水圍堰過(guò)流，船閘通航。電站首臺(tái)機(jī)組在閘壩全部建成后發(fā)電。

3.3 方案三、一期同時(shí)圍船閘和廠房

本方案分三期導(dǎo)流，導(dǎo)流程序見(jiàn)圖3。

圖3 方案三施工導(dǎo)流程序示意圖

一期同時(shí)圍左岸廠房和右岸船閘，在一期全年圍堰保護(hù)下進(jìn)行廠房和船閘施工，由中部主河床過(guò)流和通航；汛末在一期廠房基坑中形成廠房二期全年圍堰后，拆除廠房一期土石縱向圍堰。

二期圍右側(cè)10.5孔閘壩，分兩個(gè)階段，一階段即二枯（第二年8月～第三年3月）在閘壩枯期圍堰保護(hù)下進(jìn)行閘壩施工，并繼續(xù)施工廠房和船閘，由中部河床過(guò)流和通航；二階段即二汛由主河床和右側(cè)已建10孔閘壩過(guò)流，由中部河床通航。

三期（第三年8月～第四年7月）圍左側(cè)剩余的13.5孔閘壩，由10孔閘壩和過(guò)水圍堰過(guò)流，船閘通航，電站利用過(guò)水圍堰擋水發(fā)電。

3.4 方案分析與比較

本工程從施工期上游水位、施工條件、工期、施工期通航和導(dǎo)流工程投資等方面對(duì)三個(gè)導(dǎo)流方案進(jìn)行了綜合分析和比較，主要成果見(jiàn)表1。

表1 施工導(dǎo)流方案綜合比較表

據(jù)表1可得知，三個(gè)方案都能解決施工期通航問(wèn)題，其中方案二的二期一階段、方案三的一期和二期一階段通航保證率較低。方案二不存在孤島施工問(wèn)題，施工條件最優(yōu)，施工期通航條件居中，但首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期及總工期劣勢(shì)明顯，因此排除方案二。方案一與方案三相比，庫(kù)區(qū)影響相對(duì)較小，施工期通航條件較好，施工條件稍差，首批機(jī)組發(fā)電工期要晚4個(gè)月，發(fā)電收入比方案三要少約1000萬(wàn)元，導(dǎo)流工程投資節(jié)約1600萬(wàn)元，效益較好；另方案三在一期要同時(shí)進(jìn)行船閘和廠房施工，前期資金投入較大。經(jīng)綜合比較，施工導(dǎo)流推薦方案一，即一期圍左岸廠房的三期導(dǎo)流方案。

4 施工導(dǎo)流與臨時(shí)通航模型試驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證龍頭山水電站施工導(dǎo)流與臨時(shí)通航條件等，本工程進(jìn)行了施工導(dǎo)流和施工期通航模型試驗(yàn)。模型采用整體正態(tài)定床水工模型，幾何比尺為1：100，對(duì)各時(shí)段進(jìn)行了多個(gè)特征流量的試驗(yàn)，觀測(cè)水位、水面比降、流速、流態(tài)及船模航行情況等，主要試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）各期各階段試驗(yàn)上游水位均略低于設(shè)計(jì)水位，導(dǎo)流泄水建筑物行洪能力滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）各期導(dǎo)流期間，縱向圍堰堰首附近存在斜向流等不利流態(tài)，且流速較大，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。

（3）各期臨時(shí)通航建筑物內(nèi)無(wú)回流等異常流態(tài)，水流較平穩(wěn)，流速分布較均勻。

（4）各期通航流量及通航保證率與設(shè)計(jì)相近，各期通航保證率較高。

5 結(jié)語(yǔ)

龍頭山水電站位于黃金水道贛江最末一個(gè)梯段，針對(duì)該工程自然條件和樞紐總布置等特點(diǎn)，對(duì)施工導(dǎo)流方案進(jìn)行分析論證和水工模型試驗(yàn)，推薦一期圍廠房的三期導(dǎo)流方案，能滿足施工導(dǎo)流和施工期臨時(shí)通航要求，并能爭(zhēng)取盡早發(fā)電。

在通航河道修建樞紐工程，多次分段修建水工建筑物，每次圍建筑物少占河道，并先期修建通航建筑物，能有效解決施工期臨時(shí)通航問(wèn)題。

TV551

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2095-2066（2016）05-0080-02

2016-1-5

劉迎兵（1970-），女，高級(jí)工程師，本科，主要從事水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)工作。