地下暗河拦河大坝施工场地及交通道路布置方案选择

蒋 燕

(广西柳州水利电力勘测设计研究院 545005)

1 概况

浩坤水电站位于广西凌云县伶站乡境内的澄碧河地下暗河上，是规划的澄碧河上游第三个梯级水电站。工程区地处高峰丛洼地的灰岩地区，区内山峰高耸，坡峭陡峻，山峰之间发育着较多大规模天窗。天窗深不见底，周壁立直，高达数丈。区内古暗河、现代暗河发育，规模宏大，水文地质条件十分复杂。

浩坤水电站主要建筑物有暗河上的堵洞型拦河拱坝，泄洪隧洞，引水发电隧洞及电站厂房、升压站、赶洞古暗河进口段防渗处理、浩高消溢洞防渗处理及交通工程等。本工程除拦河拱坝、泄洪隧洞及引水发电隧洞为地下工程外，发电厂、升压站、赶洞古暗河进口段防渗处理、浩高消溢洞防渗处理及部分交通道路均为地面工程。地面工程的施工交通方便，场地平坦、开阔，便于施工布置，对于工程的施工进度及投资影响不大，而地下工程施工场地及交通道路的布置对于工程施工进度及投资影响较大，甚至影响到整个枢纽工程总体布置方案的可行性。本工程地下暗河堵洞型拱坝的施工条件尤为艰难。

2 堵洞型拱坝的水文要素

浩坤水电站坝址以上集雨面积1092km2，工程等级为Ⅱ等2级，总库容3.24亿 m3，发电装机容量25.5MW，考虑到拦河大坝设于地下暗河上，暗河的泄流能力较小，泄洪建筑物及引水建筑物均为隧洞，泄流能力受洞径及水头的控制，主要建筑物失事后不会对下游造成严重灾害，经上级主管部门审批同意，其主要建筑物定为Ⅱ等3级，设计洪水标准为P=1%，库水位388.13m，校核洪水标准为 P=0.2%，水位397.01m，正常水位365.00m，死水位350.00m。

施工导流为临时建筑物，根据规范规定，导流建筑物的洪水标准为枯水期3年一遇洪水，时段为11月～次年4月，相应洪峰流量为58.2m3/s，浩坤天窗围堰前水位经调洪演算为315.50m，下游岩流天窗水位为313.50m。

3 堵洞型拱坝的布置

根据坝址的水文地质条件，经坝线、坝型方案比较，选择堵洞型拱坝，布置于浩坤天窗下游约50m的暗河上。拱坝上游立视近似一个插花瓶形，基底高程271.00m，宽约 15.52m，拱顶高程 348.50m，宽约19.41m，拱坝最大高度77.50m，为C20混凝土拱坝，属薄壁高拱坝，工程规模较大，工程等别为Ⅱ等。主要设计参数见下页表，上游立视图见图1。

图1 拱坝上游立视

堵洞型拱坝控制拱圆主要设计参数表

4 影响地下暗河堵洞型拱坝施工场地及交通道路布置的主要因素

4.1 坝址地形条件

浩坤地下暗河上游有两个相邻进口，均位于浩坤村北约500m处。左侧进口洞底高程320m，洞内常年流水，暗河流经浩坤天窗、岩流天窗、弄林天窗，直至坡帖水库，全长约5km。右侧进口与左侧进口相距约100m，洞底高程为332.80m，进口段洞体宏大，洞顶高程为364.0m，洞宽约50.0m。洞内坑洼不平，枯水期无水，洞底高程总体趋势向下游逐渐降低，洞底积满淤泥，洞长约490m，末端为盲洞。右侧暗河在洞深约450m处拐向左侧与左侧暗河相汇。拐弯处洞底高程约为321.00m，仍高于左侧暗河水面高程。

暗河在浩坤天窗下游进口处洞底高程约为303m，上部山体高程约为650m，上覆岩体厚达300多m。浩坤天窗至岩流天窗暗河全长约440m，暗河上部山体高程500～700m，暗河水面高程约为303m，暗河深埋于山体之下200～400m。该段暗河枯水期水面高程303～301m，水深1.00m左右，河床淤积物为砂卵石、块石、枯木、淤泥、黏土等。据地勘工作查明，暗河底部的岩面高程为272.00～237.00m，河床淤积物厚约40～65m。位于浩坤天窗下游进口段洞顶高程为350.0m，再往下游逐渐降低，距浩坤天窗320处，洞顶高程为324.70m，再往下游15～60m，洞顶降至303m水面高程以下，暗河下潜为伏流，长约40m，此后再次出露成为暗河和岩流天窗相接。

自浩坤天窗以下至伏流段全长约310m，伏流段前约100m的范围内洞宽有150m，其余部分洞宽16～17m。该段为坝址段，堵洞型拱坝位于浩坤天窗下游约50m暗河上，洞顶高程为345.00m，顶宽约3.00m，水面高程303m，水面处洞宽17.00m左右，水深1～2m;洞底岩面高程272.00m，宽约8.00m，河床淤积物厚达29m。

4.2 坝址地质条件

浩坤地下暗河所穿过的地层为泥盘系上统融县组，岩性为灰～深灰色，厚层～块状灰岩，细晶结构，常含鲕粒及砂屑，岩石致密、质硬、性脆，暗河两侧及顶部均有岩石裸露，河床上部淤积物厚24.4～29.00m，主要由砂卵石、块石、碎石、淤泥、黏土、炭化木等组成，下伏基岩面高程为272.00m。坝址附近有F5断层通过，距左坝肩35m，设计对F5断层需进行封堵处理。

5 大坝施工场地布置及交通道路布置方案选择

浩坤水电站地下暗河大坝设计为堵洞型拱坝，坝基置于暗河下部的灰岩上，两坝肩与新鲜的灰岩相接，河床土方开挖量3.17万m3，明挖石方及廊道石方开挖1.74万m3，坝体C20混凝土1.93万m3。

浩坤暗河坝线位置的施工场地宽只有17m，非常狭窄，洞内常年流水，交通不便。距坝址暗河段上下游较近的浩坤天窗、岩流天窗上部山体高程分别为650m和500m，分别比暗河的水面高出347m和197m，加上山高坡陡，天窗四周为悬岩峭壁，交通道路不能有天窗进入，因此，大坝施工场地的布置及交通道路布置十分困难，且影响到工程进度、工程投资及枢纽总体布置方案的合理性。

5.1 浩坤天窗上部施工场地布置方案

百色市至凌云县有4级公路从工程区的岩流天窗边通过，民政部门扶贫建设的岩流天窗至浩坤村的乡村道路正在施工，预计2006年初在电站开始施工时可以建成，因此根据工程区的地形、地貌及大坝的位置，可行性研究阶段拟于浩坤天窗上部山坡上布置混凝土搅拌站，砂、石料场及生活设施。采用从浩坤天窗垂直运输的交通方案解决大坝的施工问题。

5.2 浩坤天窗底部施工场地布置方案

考虑到浩坤地下暗河右侧进口洞底高程较高，枯水期无水，洞体宏大，洞长490m，与下游的浩坤天窗相距较近，只需开挖155m的隧洞和扩宽少部分暗河宽度，以及清除浩坤天窗内的部分堆积物，就可以和浩坤天窗相通直至坝址。右侧暗河洞的进口高程332.8m，高于暗河前明流段的常年枯水位322m，洞内最低地面高程321.00m，高于施工导流3年一遇洪水位315.50m。浩坤暗河右侧洞的进口的上游只需于洞前明流段的河床部位修建300m的施工道路就可以和赶洞防渗处理工程的施工道路相接，因此，拟将大坝的施工场地布置在浩坤天窗的底部，该方案为方案二，详见图2。

图2 大坝施工布置

5.3 方案比选

5.3.1 方案一

a.充分利用了岩流天窗至浩坤村的乡村道路作为施工道路，但岩流天窗至浩坤之间的乡村道路在浩坤天窗前段是由隧洞开挖而成，隧洞宽约5m，局部宽7～8m，在施工高峰期，过往车辆密度较大，交通拥挤，且影响村民的交通。

b.施工场地布置于浩坤天窗上部650.00m高程以上的山坡上，山坡陡峻，场地平整工程量较大。

c.施工场地布置于650m高程以上的山顶上，浩坤天窗的底部作为施工材料转运站，地面高程310m左右，天窗底部距天窗顶垂直高差达347m。天窗岩壁陡峻，布置混凝土输送管道尚且可以，但管道施工困难较大，维修艰难。

d.泄洪洞进口，布置于浩坤天窗的岩壁344m高程处，导流洞进口布置于泄洪洞进口垂直面以下312.00m高程处，方案一的大坝、泄洪洞及施工导流洞的施工机械设备、施工材料及施工人员进出，必须通过浩坤天窗的垂直升降设备来解决，因此，必须于浩坤天窗内布置垂直升降设备。而在天窗内布设347m的垂直升降设备实属罕见，难以实施。

e.堵洞型拱坝河床土方开挖量3.17万m3，明挖石方及廊道石方开挖1.74万m3，还有泄洪洞、导流洞的石方开挖。这些开挖弃渣必须运出暗河，否则破坏生态环境，妨碍暗河泄洪，影响大坝的观测与维修。但这些材料的运输靠天窗内的垂直运输设备倒运，运输时间很长，不能满足施工进度的要求，且运输成本很高。也就是说必须于浩坤天窗底部修建施工道路，自303m高程盘旋而上至650.0m高程，高差347m，按9.00%的坡度加缓坡，公路最小长度达4km，而在浩坤天窗的附近很难找到合适的地形修建公路，沿天窗周壁修建施工道路，无法满足施工道路纵坡的需求。

5.3.2 方案二

a.自赶洞防渗处理工程施工道路至暗河右侧进口需修建300m的施工道路，右侧暗河进口至浩坤天窗需修建施工道路757m，其中有155m为隧洞，洞径8m。施工道路总长1.057km。

b.清除浩坤天窗内的堆积物约3万m3，平整施工场3600m2，以便混凝土搅拌站的设置和部分砂石料的堆放，施工用的水泥、钢材可堆放于暗河进口段洞内施工道路的两侧，钢筋加工亦可设于该段洞内。生活设施布置于进口段的上游浩坤河明流段的岸边。

c.该段道路的路面高程较低，最低挡水高程321m，因此，不能全年施工，只能在枯水期使用。

根据上述分析，方案一的缺点很明显;方案二由于上述施工道路的设置，给大坝、泄洪洞、导流洞、施工围堰等工程的施工机械设备人员和材料的进出带来了极大的方便，满足了大规模的施工交通和场地要求，加快了工程施工的进度。因此，推荐方案二为大坝施工场地布置及交通道路布置方案。

d.不再进行工程量及投资比较。

6 结语

浩坤水电站2005年底开始施工，地下暗河堵洞型拱坝的施工场地及施工道路的布置采用了方案二，2007年7月电站竣工发电。该工程可行研究阶段估算工程总投资2.24亿元，2006年初步设计工程概算总投资1.968亿元，2007年工程竣工总投资2.122亿元，比可研阶段设计总投资少了1180万元，其中电站施工部分工程投资由于施工方案优化节省工程投资约200万元。上述情况说明于暗河上修建水力发电站，对主体建筑物的施工场地及交通道路的布置方案进行认真的研究是必要的。❋