岷江龍溪口航電樞紐工程施工期導(dǎo)流與通航方案設(shè)計(jì)

李志偉，張毅馳

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

龍溪口航電樞紐工程是岷江下游河段（樂山—宜賓）航電規(guī)劃四個航電梯級中的最末一級,其上游為犍為航電樞紐工程,壩址位于樂山市犍為縣新民鎮(zhèn),開發(fā)任務(wù)為以航運(yùn)為主,航電結(jié)合,兼顧防洪、供水、環(huán)保等綜合利用。工程等別為II等大（2）型,水庫總庫容3.24億m3,正常蓄水位317.00 m,船閘和航道等級為III級,設(shè)計(jì)通航船舶噸級1000 t,電站安裝9 臺燈泡貫流式機(jī)組,總裝機(jī)容量480 MW。樞紐布置為左岸擋水壩（24.8 m）,魚道（24.08 m）,廠房（287.20 m）,泄洪閘（470.79 m）,船閘（70 m）,右岸擋水壩（72 m）,壩頂全長948.87 m,壩頂高程324.50 m。

壩址兩岸坡屬中低山～丘陵寬谷侵蝕地貌,呈不對稱的“U”形寬谷,左岸坡以丘陵地貌為主,山勢低矮、較平緩；右岸坡是以中低山地貌為主,山勢陡峻、雄厚。主河道位于右岸,河床寬約650 m。岷江流域地跨上游高原氣候區(qū)及中下游盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),徑流主要來源于降水,汛期為6月～10月,枯期為11月～次年5月。龍溪口航電樞紐工程設(shè)計(jì)洪水成果見表1。

表1 龍溪口航電樞紐工程設(shè)計(jì)洪水成果

2 施工期導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)流方式

龍溪口航電樞紐工程施工期特點(diǎn)：（1）汛期洪水流量大,擋水建筑物為閘壩,利用泄洪閘過流度汛；（2）兩岸山體不高,砂泥巖軟巖地層,左岸為新民鎮(zhèn),右岸為山體,壩址不具備布置導(dǎo)流洞和明渠；（3）工程位于四川省運(yùn)輸大動脈岷江航道上,地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求不允許施工期（11月、12月除外）斷航,施工期須預(yù)留臨時(shí)航道。根據(jù)樞紐布置、地形條件和施工期通航要求,采用束窄河床導(dǎo)流方式。

2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

龍溪口航電樞紐工程為II等大（2）型,主要建筑物級別為2級,次要建筑物級別為3級；船閘為Ⅲ級,閘首、閘室級別為2級。根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5397-2007）,左岸縱向土石圍堰建筑物級別為5級,其余導(dǎo)流建筑物為4級,4級、5級導(dǎo)流建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為10年一遇、5年一遇。

2.3 導(dǎo)流方案

臨時(shí)航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)越多,則后期泄洪閘施工強(qiáng)度大,工期保證率低；臨時(shí)航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)越少,則水流流態(tài)越差,導(dǎo)流過流、通航能力低,因此,在滿足施工期通航要求時(shí),應(yīng)盡量減少臨時(shí)航道內(nèi)泄洪閘孔數(shù)。結(jié)合施工期導(dǎo)流及通航模型試驗(yàn),孔數(shù)為11孔、12孔方案的水流流態(tài)差,不滿足施工期通航要求；孔數(shù)為14孔方案滿足施工期通航要求,前期左岸縱向土石圍堰圍護(hù)左右導(dǎo)墻時(shí),圍堰侵占主河道較多,對主河道過流及通航影響較大；孔數(shù)為13孔方案前期左岸縱向土石圍堰布置在河灘地上,河道過流及通航條件與天然情況基本一致,后期臨時(shí)航道寬度滿足施工期通航要求。綜合施工期導(dǎo)流及通航要求,推薦臨時(shí)航道內(nèi)13孔泄洪閘方案。

龍溪口航電樞紐工程采用三期施工導(dǎo)流方案,一期完成左岸河床疏浚和臨時(shí)航道內(nèi)13孔泄洪閘底板及消力池施工,二期完成右岸11孔泄洪閘和船閘施工,三期完成臨時(shí)航道內(nèi)13孔泄洪閘施工,發(fā)電廠房在全年圍堰保護(hù)下連續(xù)施工。施工導(dǎo)流方案平面布置見圖1。

圖1 施工導(dǎo)流方案平面布置

2.4 導(dǎo)流程序

根據(jù)樞紐布置、施工期通航和選定的導(dǎo)流方案,導(dǎo)流程序如下[1-3]：

（1）一期施工時(shí)段為第一年11月～第二年10月,歷時(shí)12 個月,主要施工左岸河道疏浚、臨時(shí)航道內(nèi)13孔泄洪閘底板及消力池和臨時(shí)航道左右導(dǎo)墻。

一期一枯：利用左岸縱向土石圍堰擋水,左岸河道疏浚至298.00 m高程,完成臨時(shí)航道內(nèi)13 孔泄洪閘底板296.00 m高程以下部分開挖、底板及消力池混凝土澆筑,臨時(shí)航道左右導(dǎo)墻澆筑至設(shè)計(jì)高程。期間由右岸束窄河道過流和通航。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯期5年一遇流量6000 m3/s,上、下游水位為305.17 m、304.92 m。

一期一汛：完成臨時(shí)航道疏浚,臨時(shí)航道具備通航條件。期間由左岸疏浚河道和原河道過流,原河道通航。度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年5 年一遇流量25900 m3/s,上、下游水位為312.32 m、311.98 m。

（2）二期施工時(shí)段為第二年11月～第四年10月,歷時(shí)24個月,主要施工左岸廠房、右岸11孔泄洪閘及船閘。

二期一枯：左岸由廠房預(yù)留巖坎和左導(dǎo)墻擋水,主要施工廠房上下游全年土石圍堰、左岸廠房開挖及部分混凝土澆筑、魚道開挖和左岸擋水壩段；右岸由二期一枯上下游土石圍堰和右導(dǎo)墻擋水,主要施工右岸11孔泄洪閘及消力池、船閘、右岸擋水壩段和二期一汛船閘土石圍堰。5月底前二期一枯上下游土石圍堰拆除至298.00 m高程；在圍堰拆除前,完成右岸11孔泄洪閘底板296.00 m高程以下部分開挖、泄洪閘底板及消力池混凝土澆筑,完成船閘閘室底板及其左側(cè)墻302.00 m高程以下部分開挖、混凝土澆筑,廠房上下游全年土石圍堰和二期一汛船閘土石圍堰具備擋水條件。期間由臨時(shí)航道過流和通航。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位306.04 m、305.24 m。

二期一汛：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導(dǎo)墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由二期一汛船閘土石圍堰擋水,繼續(xù)施工右岸船閘、擋水壩段,汛末拆除二期一汛船閘土石圍堰。期間由臨時(shí)航道和束窄后原河道過流,臨時(shí)航道通航。度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位為315.01 m、313.88 m。

二期二枯：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導(dǎo)墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由二期二枯上下游土石圍堰和右導(dǎo)墻擋水,主要施工右岸11孔泄洪閘閘墩及金屬結(jié)構(gòu)安裝、船閘閘室及其上下游引航道、擋水壩段和船閘上下游全年土石圍堰。5 月底前二期二枯上下游土石圍堰拆除至298.00 m高程；在圍堰拆除前,右岸11孔泄洪閘具備擋水和啟閉條件,船閘上下游引航道施工完成,船閘左側(cè)墻澆筑至316.00 m高程,船閘上下游全年土石圍堰具備擋水條件。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位為306.04 m、305.24 m。

二期二汛：左岸由廠房上下游全年土石圍堰和左導(dǎo)墻擋水,繼續(xù)施工左岸廠房、魚道和擋水壩段；右岸由船閘左側(cè)墻和船閘上下游全年土石圍堰擋水,繼續(xù)施工右岸船閘、擋水壩段,右岸船閘施工完成,汛末拆除船閘上下游全年土石圍堰。期間由臨時(shí)航道和右岸11 孔泄洪閘過流,臨時(shí)航道通航。度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位為313.69 m、313.39 m。

（3）三期施工時(shí)段為第四年11月～第五年5 月,歷時(shí)7個月。主要施工臨時(shí)航道內(nèi)13 孔泄洪閘、廠房剩余部分土建工程和金屬結(jié)構(gòu)安裝。

左岸由三期一枯上下游土石圍堰和右導(dǎo)墻擋水,主要施工臨時(shí)航道內(nèi)13 孔泄洪閘和廠房,5 月底前完成三期一枯上下游土石圍堰拆除,在圍堰拆除前,臨時(shí)航道內(nèi)13 孔泄洪閘閘墩和金屬結(jié)構(gòu)安裝完成,并具備擋水和啟閉條件,廠房引水渠及攔沙坎施工完成,檢修門及工作門安裝完成并具備正常使用條件。期間由右岸11孔泄洪閘過流,船閘通航。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯期10 年一遇流量6750 m3/s,利用右岸11 孔泄洪閘控制上游最低通航水位307.00 m,下游水位305.15 m。

（4）第五年6月～第七年3 月,歷時(shí)22 個月。完成廠房電氣設(shè)備和機(jī)組安裝。

6月初廠房在進(jìn)出水口閘門擋水條件下安裝機(jī)電設(shè)備,利用24 孔泄洪閘擋水,水庫開始蓄水,發(fā)電廠房于第六年2月完成施工,2月首臺1#機(jī)組具備發(fā)電條件,6月2#、3#機(jī)組具備發(fā)電條件,9月4#、5#機(jī)組具備發(fā)電條件,12月6#、7#機(jī)組具備發(fā)電條件,第七年3月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。期間由船閘通航,24孔泄洪閘控制上游水位在發(fā)電死水位316.00 m運(yùn)行,廠房機(jī)組發(fā)電。度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年20年一遇流量38300 m3/s,上游最高水位316.00 m。閘門操作按水庫的調(diào)度運(yùn)行要求執(zhí)行：當(dāng)來流量Q≤15000 m3/s時(shí),通過泄洪閘控制下泄洪水,水庫保持在汛期運(yùn)行水位316.00 m運(yùn)行發(fā)電；當(dāng)來流量Q＞15000 m3/s時(shí),逐步加大泄量直至閘門處于敞泄?fàn)顟B(tài),停止通航、發(fā)電。

3 施工期通航方案設(shè)計(jì)

3.1 通航航道布置

施工期通航航道布置為：（1）一期由束窄河道通航,通航條件與天然情況基本一致；（2）二期由臨時(shí)航道通航,臨時(shí)航道底寬243.00 m,底高程298.00 m,軸線長約2500 m；（3）三期由船閘通航。

3.2 臨時(shí)斷航分析

臨時(shí)斷航有兩種原因,一是由于氣象、洪水等極端自然條件引起的斷航；二是由于圍堰填筑、圍堰拆除和水庫蓄水引起的斷航,本文對第二種原因引起的斷航進(jìn)行分析,確定斷航時(shí)段。

（1）圍堰填筑期間斷航

為縮短斷航時(shí)間并減少對岷江航運(yùn)的影響,圍堰填筑時(shí)間為10月10日～11月20日。一期左岸縱向土石圍堰占壓了部分原河道,通航條件與天然情況基本一致,不需斷航；二期一枯（二枯）圍堰截流期間,將右岸主河道改至左岸臨時(shí)航道,圍堰進(jìn)占到一定程度,龍口流速大、流態(tài)復(fù)雜,合龍前應(yīng)停航,初擬斷航時(shí)間為7 天；三期上游水位低于船閘最低通航水位307.00 m,圍堰填筑期間應(yīng)停航,初擬斷航時(shí)間為42天。

（2）圍堰拆除期間斷航

圍堰拆除時(shí)間為5月1日～5月30日。一期圍堰從縱向段中部決口,向兩邊同時(shí)拆除,待圍堰內(nèi)外水位齊平,水流流態(tài)穩(wěn)定后再通航,初擬斷航時(shí)間為5天；二期一枯（二枯）上下游圍堰同時(shí)拆除,先從左端決口,退步開挖拆除至右岸,水流流態(tài)穩(wěn)定后再通航,初擬斷航時(shí)間為7天；三期圍堰拆除前應(yīng)降低上游水位,期間不能滿足船閘最低通航水位307.00 m要求,圍堰拆除期間應(yīng)停航,初擬斷航時(shí)間為31 天。

（3）蓄水期間斷航

利用24 孔泄洪閘控制上游水位在發(fā)電死水位316.00 m運(yùn)行,廠房機(jī)組發(fā)電,水庫蓄水至運(yùn)行水位316.00 m,船閘具備通航條件,初擬斷航時(shí)間為7 天。

3.3 通航方案設(shè)計(jì)

通航管制河段范圍為壩軸線上游1.0 km到下游1.5 km的河段,單向通航,禁止客船橫渡。根據(jù)施工期通航模型試驗(yàn),船舶上行難度大于下行,上行為施工期的控制條件,通航方案、航線規(guī)劃及通航條件如下[4-5]：

（1）一期一枯：由束窄河道通航。上行船舶從下游略靠縱向土石圍堰上行進(jìn)入束窄河段,與圍堰保持距離上行,出圍堰范圍后沿左岸繼續(xù)上行；下行船舶保持在主河道中部略靠左向下游航行。當(dāng)650 m3/s＜Q≤3100 m3/s時(shí),300 t機(jī)動駁和1000 t機(jī)動駁可自航通過工程河段。

（2）一期一汛：由原河道通航,通航航線與天然航道基本一致。當(dāng)Q≤9000 m3/s時(shí),300 t機(jī)動駁可自航通過工程河段；當(dāng)Q≤10000 m3/s時(shí),1000 t機(jī)動駁可自航通過工程河段。

（3）二期一枯（二枯）：由臨時(shí)航道通航。上行船舶經(jīng)下游左岸疏浚河道,從臨時(shí)航道左側(cè)上行進(jìn)入明渠,然后逐漸過渡到明渠中線,經(jīng)上游左岸疏浚河道上行；下行船舶保持在明渠中部向下游航行。當(dāng)Q≤2500 m3/s時(shí),300t機(jī)動駁可自航通過工程河段；當(dāng)Q≤3100 m3/s時(shí),1000t機(jī)動駁可自航通過工程河段。

（4）二期一汛（二汛）：由臨時(shí)航道通航。上行船舶經(jīng)下游左岸疏浚河道,從臨時(shí)航道左側(cè)上行進(jìn)入明渠,與左導(dǎo)墻保持距離上行,經(jīng)疏浚河道中部進(jìn)入右岸主河道繼續(xù)上行；下行船舶保持在明渠中部略靠左向下游航行。當(dāng)Q≤6000 m3/s時(shí),300 t機(jī)動駁可自航通過工程河段；當(dāng)Q≤8000 m3/s時(shí),1000 t機(jī)動駁可自航通過工程河段。

（5）三期一枯：由船閘通航。上行船舶從下游航道中部過江到右岸緩流區(qū),逐漸向下引航道靠攏,沿著下引航道口門區(qū)連接段左側(cè)邊線進(jìn)入下引航道,沿船閘軸線駛?cè)腴l室,從閘室出沿船閘軸線上行,出停泊段后,過渡到左岸緩流區(qū)繼續(xù)上行；下行沿左岸緩流區(qū)過渡到右岸,沿船閘軸線進(jìn)入閘室,出閘室沿船閘軸線下行至停泊段后,用左舵保持好合適的航線和船位,沿下引航道口門區(qū)連接段左側(cè)下行。水庫水位保持307.00 m運(yùn)行,當(dāng)Q≤3100 m3/s時(shí),300 t機(jī)動駁和1000 t機(jī)動駁可自航通過工程河段。

4 結(jié)語

施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)應(yīng)妥善解決從初期導(dǎo)流到后期導(dǎo)流施工全過程中的擋水、泄水、蓄水與度汛、通航等問題,施工期預(yù)留臨時(shí)航道通航,臨時(shí)航道內(nèi)13 孔泄洪閘方案,有效解決施工期導(dǎo)流與通航“兩難”問題。龍溪口航電樞紐工程于2019年10 月正式開工建設(shè),總工期為65 個月,施工內(nèi)容較多、任務(wù)繁重,各期施工應(yīng)提前做好詳細(xì)規(guī)劃,通過加大人員、材料、機(jī)械設(shè)備等投入和精細(xì)化管理,保證龍溪口航電樞紐工程順利按期完成建設(shè)。