官地水电站地下厂房尾水出口围堰方案优化

岳金旗

(四川二滩建设咨询有限公司，四川成都 610051)

1 概述

官地水电站位于雅砻江干流、四川省凉山彝族自治州盐源县金河乡打倮村境内，上游与锦屏二级水电站尾水衔接，下游与二滩水电站相距约145 km，距西昌市公路里程约80 km。

官地水电站工程等级为一等，枢纽建筑物主要由左右岸挡水坝、中孔坝段和溢流坝段、消力池、右岸引水发电系统组成。碾压混凝土重力坝坝顶高程1 334 m，最大坝高168 m，坝顶长516 m。溢流坝段布置5孔溢流表孔，每孔净宽15 m，溢流堰顶高程1 311 m;在左右岸各设放空中孔，溢流坝段下游接消力池。

引水发电系统采用右岸地下厂房布置方案，由进水口、引水洞、主、副厂房、母线洞、主变室、出线洞、永久通排风系统、进厂交通洞、尾水管及连接洞、尾水调压室、尾水隧洞、厂房排水设施及地面开关站等组成。引水发电系统采用单机单管供水，装4台单机容量为600 MW的水轮发电机组，总装机容量为2 400 MW。

主厂房最大开挖尺寸为243.44 m×31.1 m×76.3 m，机组安装高程1 195.8 m。主变室位于主厂房与尾调室之间。主变室最大开挖尺寸为197.3 m ×18.8 m ×28.6 m，尾调室最大开挖尺寸为221 m ×21.5 m ×76.5 m，由两个单室组成。尾水洞共两条，1#尾水隧洞长407.377 m，2#尾水隧洞长515.188 m，净断面均为16 m×18 m的方圆型，衬厚0.8 ～1.5 m。

2 尾水出口地质条件与围堰施工方案比选

2.1 地质条件

出口段有断层通过及错动带多组，缓倾角结构面较发育，缓倾裂隙常呈密集带产出;出口最大边坡高达95 m左右，局部分布陡、缓错动带及裂隙组合，对边坡稳定不利，边坡岩体主要为Ⅳ、Ⅴ类沉积凝灰岩，地表、地下均可见溶洞;尾水洞闸基主要置于Ⅱ、Ⅲ类岩体上，岩体较为完整。尾水洞全洞段位于地下水位以下，有裂隙承压水存在。

2.2 围堰设计原则

尾水洞出口围堰的防洪度汛标准不得低于P=10%，并充分考虑因外部条件引起的河水壅高等不利因素的影响。厂房下部混凝土和机组埋件安装施工期考虑到厂房施工对发电工期的影响，2009年以后将尾水洞出口的防洪度汛标准提高到P=2%，并要求满足以下条件:

(1)满足施工期间右岸交通通行要求;

(2)围堰布置要充分考虑出口明渠段长度，少占压或不占压明渠段建筑物;

(3)围堰尽可能座落在基岩上;

(4)满足工程施工、工期、防洪、抗冲刷要求;

(5)充分利用尾水出口基岩预留岩坎，减少围堰工程量，满足经济实用的目的;

(6)便于围堰的拆除和清渣。

2.3 方案比选

开工后，对出口围堰的形式进行了多方案的比选。方案一是投标时的一类形式的代表，方案二、三为两种结合现场实际情况并经进一步查勘现场后的比选方案。围堰多方案的比选，主要是基于实际工程地质及水文情况较招标文件描述和投标文件判断的变化;其一:导流洞过流后，导流洞过流冲刷导致导流洞出口下游及尾水出口附近河床变化、流态变化和水位壅高;其二:实际钻探揭示的尾水洞出口附近河床基覆线与招标文件描述的地质情况出入较大。

(1)方案一:尾水洞出口围堰按不低于6～9月洪水频率P=2%设计(Q=11 000 m3/s)，相应的水位高程为1 220.2 m;考虑安全超高，围堰顶部高程为1 221 m;围堰采用预留岩坎加浆砌石围堰相结合的形式，预留岩坎高程约为1 202 m。为确保岩坎围堰稳定和防渗要求，在围堰基础岩坎设置了一排防渗灌浆孔，孔距2 m，深入预留岩坎高程以下不小于2 m。围堰基本断面与迎水面垂直，背水面砌筑成台阶，坡度为1∶0.75，围堰顶轴线长260 m，围堰顶宽为7 m，为更好的满足错车要求，每隔100 m左右将堰顶适当加宽。围堰迎水面铺30 cm厚混凝土防渗漏，堰顶浇筑一层20 cm厚的C15混凝土;围堰底部的最大宽度约为14.25 m，迎水面最大堰高约为19 m，浆砌石砌筑总量为49 200 m3。

(2)方案二:尾水洞出口围堰采用预留岩坎与混凝土围堰相结合的结构形式。堰体堰基均采用水泥灌浆技术进行基础防渗处理。尾水洞出口围堰采用岩坎与混凝土围堰相结合的形式，轴线根据现场地势并考虑下基坑道路的布置确定，围堰设计顶高程为1 225 m，堰顶按双车道设计为9 m，轴线长310 m，混凝土围堰迎水面垂直，背水面边坡为1∶0.7，围堰混凝土标号为C15。围堰混凝土浇筑总量为69 800 m3。

(3)方案三:由于出口河道狭窄，河道水流湍急，为减少对基坑的占压，并且简化基础防渗结构，出口汛期围堰拟采用浆砌石结构，将堰基座落在基岩上。基础防渗采用固结灌浆，堰体通过浆砌石挡墙防渗。由于堰顶有交通要求，工程量相对较大，为节约造价，仅在迎、背水面采用浆砌石挡墙、中间箱体采用开挖石渣回填密实。为保持堰体的整体性，其基础用浆砌石将上下游挡墙相连。迎水面和背水面的坡比均为1∶0.3，堰顶公路按照泥结碎石路面标准设计，堰顶宽8.5 m。预留岩坎高程1 206.58 m，堰顶高程1 221.58 m，堰顶宽8.5 m，相应轴线长约202.9 m，最大堰高26.58 m。浆砌石砌筑总量为13 900 m3，土石方回填总量为16 700 m3。

3 河道河床变化及工程地质条件变化

3.1 河道河床变化导致水位流量关系变化

导流洞截流后，经过2008年一个汛期，雅砻江河道尾水洞出口段底部淤积的泥沙及石渣越来越多，致使江水水位壅高，在相同流量情况下，相同部位2008年汛期以后的水位比2008年汛期以前的水位上升约5.38 m，比招标文件中提供的水位高约 5.17 m(表1)。

3.2 尾水出口工程地质条件变化

表1 导流洞过流前后出口水位变化表

实测围堰底部基覆线情况与投标时推测基覆线情况出入较大，围堰施工范围内底部存在很多破碎岩体，破碎岩体深度为3.7～21.26 m，其中围堰两个转弯段破碎岩体最深，且尾水出口河床水位抬高约5.38 m，致使围堰基础无法座落在基岩上(表2)。

表2 尾水出口围堰实测基覆线高程表

4 最终确定的围堰方案

根据三个方案的不同特点，在满足围堰设计原则的条件下，结合河道河床变化、基覆线出露情况，最终确定的围堰方案为:尾水出口围堰采取三期围堰施工，二期围堰与尾水洞岩塞联合挡水度汛。

一期围堰为枯期围堰，采用河床堆积料、尾水出口开挖砂砾石料或碎石土料填筑，做粘土心墙防渗，围堰高程为1 208 m。

二期围堰为埋石混凝土(标号C15)围堰，围堰布置在永久结构物外侧，堰体部分建在覆盖层上，围堰与尾水洞预留岩塞(长25 m)联合度汛，堰顶高程1 218.5 m(不含1.2 m防浪墙)，堰高16 m，堰体长211.7 m，围堰外侧布设顶 高 程 为1 207.5 m、入岩1 m、厚1 m的钢筋混凝土防渗墙;围堰底覆盖层基础内侧布设混凝土斜墙支撑围堰基角，防止围堰倾覆;对埋石混凝土围堰底部覆盖层进行固结灌浆。防渗墙混凝土总量为2 683 m3、堰体埋石混凝土总量为24 450 m3(其中C15混凝土约为17 200 m3)，见图1、2。

图1 尾水出口围堰轴线布置图

围堰内侧抗倾覆加固:待尾水出口明渠靠围堰部分开挖至设计高程后，对混凝土围堰上游弯段0+48～0+96.76、下 游 弯 段 0+148～0+209.27段底部的覆盖层进行清理至基岩面，然后从基岩面浇筑C20混凝土支墩置换覆盖层，总长约110 m。C20混凝土支墩顶宽1 m，内侧坡比为1∶0.45，高度根据实际开挖情况确定。为保证C20混凝土支墩与基岩面连接牢固，在交接部位分别设置φ32，L=6 m的插筋，插筋间排距均为1.5 m，插筋锚入基岩面或混凝土围堰4.5 m，外露部分埋入C20混凝土支墩内。C20混凝土总量为4 980 m3。

图2 尾水出口围堰防渗、灌浆、加固断面图

三期围堰为枯期围堰，主要为拆除二期围堰设置，堰顶高程为1 206 m。

由于河道河床变化导致水位流量关系变化，致使三期围堰的形成和二期围堰的拆除困难加大，在形成三期围堰前，利用一个枯期将河道清理至原河道高程，尾水出口河段水位流量关系曲线基本达到导流洞过流前的状况，以达到三期围堰施工、二期围堰拆除、保证发电出力的目的。

在进行尾水出口边坡高程1 225 m以上开挖时，采取不同高程的临时预留集渣平台、分时段通行的方法解决右岸交通通行问题。边坡开挖至高程1 225 m后，利用边坡高程1 225 m的马道，增加贴坡混凝土将马道加宽，与尾闸交通洞连接，形成右岸道路，以保证交通通行。

尾水出口二期围堰拆除前，尾水闸室启闭机及闸门必须安装调试完成，并具备下闸挡水条件，以保证2011年安全度汛;考虑到可能不再清理或无条件清理尾水渠的情况，在二期围堰拆除前，必须提前对尾水明渠1 208 m高程以下的结构部分进行验收。

尾水出口二期围堰的拆除分三部分进行。一是对高程1 208 m以上部分埋石混凝土围堰进行拆除;二是对围堰防渗墙外侧临河明渠进行开挖;三是对1 208 m高程以下围堰底部和预留岩埂进行爆破拆除。

5 挡水围堰效果

尾水出口围堰一期、二期施工已经完成。一期围堰施工时段为:2008年11月～2009年1月;二期围堰施工时段为:2009年1月～2009年5月31日;尾水闸室于2010年12月底具备挡水下闸条件。二期围堰已经经历了2009年、2010年汛期考验，运行结果表明:

(1)围堰整体结构稳定，运行安全、可靠。

(2)基础防渗处理效果良好、承重基础固结灌浆处理可靠、防倾覆处理及时、合理、有效，实现了围堰的整体设计意图。

(3)比选和优化措施合理、经济，降低了施工和运行的安全风险，右岸保通效果良好，最大限度的减少了施工干扰。

(4)围堰未侵占明渠结构体型空间，施工道路布置合理、便捷，为明渠基坑施工创造了有利的条件。

6 结语

(1)尾水出口围堰的设计、施工和运行是非常重要的，其直接影响到整体工程工期目标的实现、工程安全和施工安全;该工程整个尾水洞及厂房大部分均在河道枯期水位以下，厂房混凝土施工、金结、电气、机电安装均同步进行，安全风险巨大，必须认真研究围堰设计方案，严格控制围堰每一道施工工序的质量，确保围堰整体运行安全、质量可靠。

(2)雅砻江官地水电站引水发电系统工程尾水出口围堰设计和施工是整个工程的一个重点和难点，导流洞过流后导致导流洞出口近600 m河道河床发生变化，致使河道水位壅高;出口段基覆线的变化增加了围堰设计的不确定因素，给围堰的设计、施工、运行带来了很大的难度和风险;围堰和岩塞联合度汛的方式解决了河水壅高带来的安全风险和施工难度，出口段基覆线的实测勘察为围堰结构的选择奠定了基础。

(3)围堰方案确定后，施工过程的质量控制成为围堰成败的关键。覆盖层地基承载力的加强及围堰内侧基础加固直接影响到围堰的整体稳定，围堰基础临江侧的钢筋混凝土防渗墙施工质量是堰体基础防渗的关键，官地水电站围堰从设计比选确定，到施工工序质量控制都经历了严格的审核、把关。事实证明:围堰的设计、施工和运行是成功的。