筱溪水电站工程施工导流方案比选与应用

杨金平 罗亮明

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

陈冬勇

（湖南五凌电力有限公司 长沙市 410002）

1 工程概况

筱溪水电站工程位于邵阳市新邵县境内，为资水干流的第二个梯级，是一个以发电为主、兼顾航运等综合利用的水电枢纽工程。枢纽建筑物主要包括大坝、厂房和升船机三部分，水库正常蓄水位198.0 m，相应库容9 900万m3。大坝包括左岸挡水坝段、河床溢流坝段及右岸挡水坝段，坝顶高程204.5 m，最大坝高44.5 m。溢流坝位于河床中部，溢流堰堰顶高程186.5 m，共设8孔14 m×11.5 m弧形闸门。河床式电站厂房位于河床右岸，装机3×40 MW+1×15 MW轴流式水轮发电机组。垂直升船机位于左岸，设计吨位近期50 t，远期100 t。

坝址位于龙口溪峡谷出口段，坝基河谷为基本对称的“U”形河谷，河床宽度（180～285）m，河床枯水位（174.5～174.8）m 时，水深一般（1～4）m。 河床砂卵石一般厚 （0.5～1）m，局部因人工采砂弃料堆积有（3～6）m厚的卵砾石堆。两岸山体较厚，山顶高程（270～310）m，山坡坡度 40°～45°左右。

坝址河段以上控制流域面积15 843 km2，多年平均年径流量129亿m3，多年平均流量158 m3/s。5～7月为主汛期，8月以后大洪水相对较少。

2 导流标准及导流方式选定

本工程为Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，主要永久建筑物为2级，次要永久建筑物为3级。按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303-2004）规定，导流建筑物属Ⅳ级建筑物，其土石类导流建筑物设计洪水标准为20～10年一遇洪水重现期，混凝土类导流建筑物设计洪水标准为10～5年一遇洪水重现期。本工程采用土石类围堰，设计洪水标准选定10年一遇洪水重现期。

本工程为河床式电站，根据水工枢纽布置、坝址地形地质及水文条件，适宜采用分期导流方式。

按照电站机组尽早投产发电的原则，采用一期先围右岸电站厂房和部分溢流坝，由左岸束窄河床泄流和通航；二期围左岸剩下的溢流坝，同时施工左岸升船机，由一期已建溢流坝泄流，施工期河流断航。

3 导流时段及导流方案选择

3.1 一期导流时段及导流方案选择

根据选定的导流方式，本工程采用一期围右岸电站厂房和部分溢流坝的施工导流方案。由于电站厂房工程量较大，结构复杂，施工程序多，一个枯水期无法形成挡水条件，故电站厂房施工适宜采用全年的导流时段；一期河床溢流坝需要设置导流底孔和缺口，结构较复杂，且最大坝高达44.5 m，工程量也较大，一个枯水期内将坝体全线抢出水面保证全年施工难度大，故导流时段亦适宜采用全年。

由于在一个枯水期内形成厂房全年纵向围堰非常困难，故一期采用厂房全年不过水小基坑、大坝全年过水大基坑的导流方案不可行。为此，以二期工程第二个枯期截流下河、电站尽早发电为前提，进行了一期围右岸电站厂房及3孔（或4孔）溢流坝、全年过水（或不过水）大基坑共4个导流方案的技术经济比较，4个导流方案的比较成果见表1。

表1 一期导流方案比较表

根据施工进度计划，一期截流时间安排在第1年11月下旬，根据水文资料，5月进入主汛期，故对于过水大基坑方案，为增加有效施工时段，过水围堰挡水时段选定11月～次年4月。挡水标准选择10年一遇和5年一遇两种挡水标准进行了比较，其上、下游围堰的挡水水位相差分别为1.83 m、0.76 m，相应围堰工程造价相差仅6.6%；但年平均过水次数分别为0.83和1.40次，相差较大。为减少基坑过水风险，增加有效的施工工期，减少施工强度，选定一期过水围堰的挡水标准为10年一遇（P=10%），相应挡水流量为4 370 m3/s。

从表1可知，4个导流方案在工期方面均能保证二期截流下河前形成厂房小基坑以确保厂房继续上升，方案三和方案四不过水，但导流工程造价相对较高；方案一和方案二的基坑过水机率相对较大，但导流工程造价相对较低。根据资水具有洪中有枯、枯中有洪的特性，一次洪峰历时不长，且资水为少泥沙河流，围堰过水不会造成基坑严重淤积。从围堰工程造价、河床束窄率、束窄河床最大平均流速以及一、二期施工强度均衡性等方面分析，经技术经济比较，初设阶段选定方案一，即一期围右岸电站厂房及3孔溢流坝、全年过水大基坑的导流方案，围堰采用土石过水围堰。

3.2 二期导流时段及导流方案选择

根据选定的导流方式及一期导流方案，本工程二期围左岸5孔溢流坝，同时施工左岸升船机，由一期3孔溢流坝泄流，在二期截流下河前形成厂房小基坑以确保厂房继续上升。

二期河床溢流坝结构虽然较简单，但施工条件较困难，基础处理较复杂，且最大坝高达44.5 m，工程量亦较大，一个枯水期内将坝体全线抢出水面保证全年施工难度大，故导流时段亦适宜采用全年。由于二期导流泄水建筑物为一期已建的3孔溢流坝，若二期围堰采用全年挡水时段（相应挡水流量为7 870 m3/s），在右岸一期3孔溢流坝预留缺口和底孔双层联合泄流时，二期围堰仍过高，投资太大。故二期导流围堰适宜采用枯水期挡水、洪水期允许过水的过水围堰形式。

根据水工结构设计，溢流坝堰顶高程为186.5 m，若二期导流采用一期3孔溢流坝堰顶泄流的方式，二期围堰及厂房围堰的工程量将十分巨大（当二期过水围堰的挡水流量取2 000 m3/s时，上游围堰堰前水位将达到195.5 m以上）；由于资水洪水峰高量大，底孔过流能力小，一期3孔溢流坝堰体单独预留底孔亦难以满足二期导流要求。

为此，初设阶段二期导流按一期右岸3孔溢流坝预留缺口或预留缺口+底孔的导流方式拟定了3个导流方案进行技术经济比较。

方案一：采用一期右岸3孔溢流坝堰体预留低梳齿泄流，梳齿底板平均高程173.0 m，后期梳齿封堵利用闸墩门槽下放临时闸门挡水，由二期左岸5孔已建的溢流坝堰顶泄流。该方案的优点是溢流坝不用设置导流底孔泄流，结构简单，且可减少二期导流难度；缺点是封堵门跨度较大（净跨14.0 m），高度较高（挡水高程190.0 m以上），且需在动水中起闭，技术难度大。

方案二：采用一期右岸3孔溢流坝堰体预留缺口+底孔泄流，底孔进口底板高程170.5 m、孔口尺寸8 m×7.5 m（宽×高），缺口底板高程 180.0 m、宽 14.0 m，后期缺口回填时由一期右岸3孔溢流坝堰体预留的导流底孔泄流，水库蓄水发电前封堵导流底孔。该方案的优点是导流底孔参与二期导流，能较好地解决二期导流与后期封堵问题，有利于加快溢流坝后期施工进度，导流工程造价亦相对较低；缺点是堰体缺口与导流底孔双层泄流，水力条件复杂，结构也较复杂。

方案三：采用一期右岸3孔溢流坝堰体预留缺口泄流，缺口底板高程176.5 m、宽14.0 m，后期缺口回填时由二期左岸5孔已建的溢流坝堰体预留导流底孔泄流，底孔进口底板高程170.0 m、孔口尺寸6 m×6 m（宽×高），水库蓄水发电前封堵导流底孔。该方案的优点是缺口与导流底孔分开设置，结构较简单；缺点是二期截流难度大，且后期缺口回填必须待二期溢流坝基本完工并拆除二期围堰后才能进行，影响溢流坝后期施工进度，导流工程造价亦相对较高。

从上述3个方案分析比较可知，尽管方案一不用设置导流底孔，结构简单，但梳齿下闸封堵实施困难；方案二与方案三比较，虽然只是导流底孔设置位置不同，但影响到溢流坝后期施工进度，方案二的导流工程造价亦相对较低。故初设阶段选定方案二，即二期导流采用一期右岸3孔溢流坝堰体预留缺口＋底孔的导流方式。

初设阶段对导流底孔设置的个数及尺寸拟定了二个方案进行技术经济比较，其中二期过水围堰的挡水流量选取2 600 m3/s，导流缺口个数3个，底板高程180.0 m，宽度14.0 m。比较成果见表2。

表2 导流底孔方案比较表

从表2可知，两个导流底孔设置方案的上游围堰挡水水位相差为1.07 m，相应围堰工程造价相差仅7.1%，相差不大；但方案一的坝体开孔率（指宽度方向，下同）仅为48%，方案二的坝体开孔率则达到61%，方案二的坝体应力分布明显对结构不利。经技术经济比较，初设阶段选定方案一。

选定的导流缺口和底孔的个数、高程、尺寸如下：

导流缺口：个数3个，底板高程180.0 m，宽度14.0 m。

导流底孔：孔数3个，底板高程170.5 m，孔口尺寸 8 m×7.5 m（宽×高）。

初设阶段对二期过水围堰的挡水流量进行了比较，不同挡水流量的导流水力学计算成果比较见表3。

表3 二期过水围堰挡水流量比较表

从表3可知，不同挡水流量的上、下游围堰的挡水水位相差不大，相应围堰工程造价相差亦不大；但年平均过水次数相差较大。由于二期基坑内需要完成左岸大坝基础开挖及基础处理，闸墩、堰体、消力池及升船机混凝土浇筑等，虽然施工项目比较单一，但施工强度相对较大，工期相对比较紧张。从围堰工程造价、基坑过水风险、施工强度以及充分利用一期纵向围堰等方面分析，经技术经济比较，初设阶段选定二期全年过水围堰的挡水流量为2 600 m3/s。

根据施工进度计划，电站厂房在第3年汛前虽不能封顶，但厂房进、尾水口均可抢至临时度汛高程以上（即上游进口194.0 m、下游尾水186.0 m），此时进、尾水口可临时下闸封堵挡水（将闸门分节后利用施工设备起吊）。故厂房小基坑围堰采用枯期不过水围堰，导流标准采用10年一遇洪水重现期，导流时段为2～4月，相应导流流量4 320 m3/s。

初设选定方案的导流程序如下：一期先围右岸电站厂房和3孔溢流坝，由左岸束窄河床泄流和通航；二期围左岸5孔溢流坝，同时施工左岸升船机，在二期截流下河前形成厂房小基坑以确保厂房继续上升，由一期溢流坝堰体预留3个缺口和3个底孔联合泄流，缺口底板高程180.0 m、宽14.0 m，底孔底板高程 170.5 m、孔口尺寸 8 m×7.5 m（宽×高），施工期河流断航；后期加高一期溢流坝缺口，利用3个导流底孔泄流，最后封堵导流底孔。

垂直升船机安排在第二期施工，其上、下游引航架及下游导航墙混凝土水下部分可修建临时小围堰挡水。

附图为施工导流布置示意图。

附图 施工导流布置示意图

4 技施阶段实施情况

本工程由中国水电三局施工，于2004年10月底开工，12月19日一期合龙，施工单位采取的一期导流方案和导流程序与设计完全一致，由于该工程地质条件复杂，基础处理工作难度大、时间长，为保证二期工程的顺利实施，二期对导流方案进行了如下修改：

由一期溢流坝堰体预留的3个缺口和6个底孔泄流，缺口底板高程180.0 m，宽14.0 m；底孔底板高程 170.0 m，孔口尺寸 4.5 m×8 m（宽×高），施工期河流断航。二期围堰采用土石过水围堰，设计挡水标准3 000 m3/s，设计过水标准为全年10年一遇洪水，相应流量7 870 m3/s。

5 结语

施工导流虽属临时工程，但在整个水利水电工程的施工中又是一项至关重要的单位工程，它不仅关系到整个工程施工进度及机组发电、工程竣工时间，而且对坝址选择、枢纽总布置、施工方法、施工场地布置以及工程造价等有很大影响，必须综合考虑工期、造价、通航及库区临时淹没等各方面因素，通过水力学计算、造价对比、工期分析等多种手段进行多方案技术经济比较，最终确定施工导流方案。

河床式厂房电站的特点是电站厂房工程量较大、结构复杂、施工程序多、一个枯水期难以达到下闸条件，闸坝结构相对简单，一般在一个枯水期就能抢出水面，故这类电站一般首选分期导流的方式。且为使电站早日投产，一般一期施工电站厂房加部分闸坝，二期施工剩余部分闸坝，由已建闸坝过流，若闸坝过流能力有限，则考虑在坝体增设导流底孔或缺口以增强过流能力。由于施工导流涉及的内容众多，所以一个具体工程的导流方案往往并不是唯一的，如何从多种方案中选择出最优方案是一个值得研究的重大决策问题。

本文通过对该施工导流方案的选定与施工实践，启示我们在选定河床式电站施工导流方案时，应从实际出发，综合考虑施工进度、均衡性、工程造价、通航及库区临时淹没等各方面因素。同时，施工导流方案和方式也不是一成不变的，在施工过程中，常常会受工期、资金、洪水或基础处理等多方面制约，需要根据实际情况对导流方案进行动态调整，以保证工程的顺利实施。如本工程在实施过程中，揭露出的地质条件较为复杂，基础处理难度大、时间长，二期导流优化了导流底孔，并将围堰挡水标准提高到3 000 m3/s，有效保证了二期工程的顺利实施。该工程施工分期导流方案和底孔＋缺口联合过流方式的成功应用，可为同类工程选定导流方案提供参考。