大岗山水电站施工导流洞方案选择

王小波，张优秀，顾洪炎

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都610072)

1 工程概况

大岗山水电站位于大渡河中游石棉县挖角乡境内，为大渡河干流水电规划的第十四级电站，坝址控制流域面积62 727 km2，坝址处多年平均流量1 010 m3/s。工程主要任务为发电，总装机2 600 MW，正常蓄水位为1 130.00 m，死水位1 120.00 m。工程枢纽由混凝土双曲拱坝、水垫塘及二道坝、泄洪洞、引水发电系统和排沙孔等建筑物组成，主要建筑为Ⅰ级。根据坝址区地形地质条件和枢纽工程主要建筑物的布置，施工期导流设计拟采用隧洞导流方式。

2 导流建筑物级别和导流标准选择

围堰保护对象混凝土拱坝为Ⅰ级建筑物，根据规范，导流建筑物应定为Ⅲ级或Ⅳ级。从失事后果来看，拦河大坝为控制发电工期的关键施工项目，围堰失事将推迟工程总工期和第一台机组发电时间，损失巨大;从使用年限上看，围堰挡水3年5个月，导流洞过流5 a，均>3 a;同时参照国内已建和在建的巨型工程经验，选择导流建筑物级别为Ⅲ级。

根据规范和从导流工程保护对象、投资以及参照二滩和小湾电站等类似工程的经验，初期导流标准选择30 a一遇。

3 导流方案

结合枢纽布置，对导流方案进行研究时考虑的主要布置原则有2条:①围堰型式及高度应满足在一个枯水期完建并挡水度汛的要求;②根据坝区地形、地质条件及水工建筑物布置，合理布置初期导流隧洞;后期导流应充分考虑利用水工永久建筑，以减少工程投资。下面主要从导流洞断面、导流洞条数、导流洞平面布置等3方面对施工导流方案进行选择。

3.1 导流洞断面选择

从经济角度考虑，最合理的导流方案应该是围堰费用与导流洞费用之和最小。在满足汛前具备挡水度汛的条件下，拟定了5种导流洞断面，上游围堰对应有5种高度。由于围堰高度差别不是很大，并结合导流洞进口布置的具体条件，围堰高度的变化不会引起导流洞长度的变化。对应的工程投资见表1。

表1 导流工程规模比较表

从表1可以看出，导流洞洞径越小，导流工程投资越省，这与一般山区河流的规律相同。

3.2 导流洞条数选择

在围堰高度确定为53.5 m的情况下，经计算，导流洞过流面积需要约350 m2。在地质、施工及运行条件允许的前提下，宜采用大型导流隧洞导流。上游围堰规模已定的条件下，根据两岸地形、地质条件及两岸地下厂房布置情况，开展了1条和2条导流洞布置的研究。为充分发挥隧洞的过流能力，所有方案隧洞均按压力洞设计。

1条导流洞方案:导流洞设于右岸，长度800.7 m，需要的洞径18 m×20.5 m，断面面积344.18 m2，单洞泄流量达7 040 m/s(坝体挡水时)流速20.45 m/s。虽然断面面积略小于龙滩和二滩，但其泄流量比二滩大，比龙滩小。1条导流洞方案布置情况见表2。

表2 1条导流洞方案导流泄水建筑物特性表

2条导流洞方案:左右岸各1条导流洞，右洞长度800.7 m，左洞长915.4 m，需要的洞径12.5 m×15.0 m，断面面积175.52 m2，单洞泄流量3 520 m3/s(坝体挡水时)流速19.37 m/s。断面面积其指标在巨型(大型)工程中属中等。2条导流洞方案布置情况见表3。

表3 2条导流洞方案导流泄水建筑物特性表

1条导流洞方案和2条导流洞方案比，导流洞结构难度很大，尤其是出口卸荷深度10～40 m，洞身需要采取大量的一期支护和二期支护措施，技术难度高，施工风险大;对施工机械要求高;单洞泄流还存在进口水流条件不好，上游围堰堰面流速相对较大;出口下游围堰和导流洞出口附近左岸河岸冲刷严重，护岸工程量大;截流落差和难度较单洞大。基于以上原因，放弃右岸1条导流洞布置方案，选择2条导流洞方案。

3.3 导流洞平面布置选择

拦河大坝位于Ω形河段的下游段，左右岸地质条件差别不大，都有布置导流洞的条件。按围堰高度基本相同的原则确定导流洞规模，2条导流洞选择相同的断面。为此，拟定3种导流洞布置方案并进行比较。

方案1:右岸裁弯取直布置方案。右岸布置2条导流洞，1#洞长1 225 m，2#洞长1 208 m，导流洞轴线距离50 m。上游围堰靠2#导流洞布置，上游围堰顶高程1 006.5 m，最大堰高53.5 m，2条导流洞洞径为12.5 m×15.5 m。进口高程957 m，出口高程952 m。

方案2:坝区右岸布置2条导流洞。上游围堰顶高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，右岸 1#导流洞长800.7 m，2#导流洞长933.0 m。导流洞洞径12.5 m×15.0 m，进口高程953 m，出口高程949 m。

方案3:坝区左右岸各布置一条导流洞。上游围堰顶高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，左岸导流洞长915.4 m，右岸导流洞长800.7 m。导流洞洞径和进出口高程同方案2。

方案1与2、3两个方案相比，由于洞线长，工程量大，首先考虑1#导流洞与水工泄洪洞结合布置。泄洪洞龙抬头结合段高程降低过多(约150 m)，泄洪洞下游设计水位和校核水位都远高于导流洞出口高程，出口降到导流洞所需要的高程后，永久运行时存在明流、明满流和满流3种流态，水力学条件极差，运行条件复杂，导流洞与泄洪洞不具备结合布置的条件。由于导流洞无法与泄洪洞结合，导致工程量增加过多，投资增加。

方案2和方案3有1条导流洞布置完全一样，仅需要对另外1条导流洞的布置进行比较，现比较如下:

1)布置条件:左岸导流洞洞线布置受压力管道竖井段、坝基开挖边线等制约，进出口受地形地质条件限制布置条件较差，开挖量较大;右岸导流洞进出口布置条件较好，洞线较左岸导流洞略长。

2)水力条件:左岸隧洞位于微弯河道的凹岸，隧洞出口水流条件较好，两条隧洞左右岸对称布置，可利用对冲水流改善消能条件。

3)施工条件:两条导流洞设在同一岸，施工支洞布置复杂，导流洞施工与封堵条件稍差，施工工期约增加2个月。

4 结论

1)和一般山区河流的规律相同，导流洞洞径越小，导流工程投资越省，建议下一步从过流能力方面对导流断面进行选择。

2)1条导流洞布置方案导流洞结构难度很大，进出口卸荷深度达10～40 m，洞身需要采取分期支护，技术难度高;单洞泄流还存在进口水流条件不好，进出口附近河岸冲刷严重，护岸工程量大;截流落差和难度较单洞大。选择2条导流洞方案。

3)对于导流洞的布置，右岸截弯取直布置两条导流洞时与泄流洞不具备结合布置的条件，导致工程量增加，从而工程投资增加;左右岸各布置一条导流洞和均设在右岸相比，虽然左岸导流洞布置条件较差，但布置难度不大，水力条件、施工条件和工期均优于两洞设于右岸方案。所以初期导流布置推荐左、右各布置1条导流洞。

[1]中国水电顾问集团成都勘测设计研究院.大岗山可研施工组织设计报告[R].成都:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2006.