龙开口水电站导流明渠设计

陈义军，任金明，吕国轩

（华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

龙开口水电站导流明渠设计

陈义军，任金明，吕国轩

（华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

龙开口水电站采用全年挡水围堰、左岸明渠的导流方案。导流明渠与左岸挡水坝段结合设置，导流明渠底孔和上部缺口联合过流。

导流明渠；施工导流；导流底孔；缺口；龙开口水电站

1 概述

1.1 工程概况

龙开口水电站位于云南大理州与丽江市交界的鹤庆县朵美乡龙开口村金沙江中游河段上，电站为一等大（1）型水电工程。枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、河床泄洪建筑物、右岸坝后厂房、冲沙底孔、厂坝间升压开关站、两岸灌溉取水口等建筑物组成。碾压混凝土重力坝最大坝高116.0 m，总装机容量1 800 MW。上游龙盘水库投运前、后，多年平均发电量分别为74.59亿kW·h和82.70亿kW·h。

1.2 水文条件

坝址区控制流域面积约24.0×104km2，多年平均年径流量533×108m3，多年平均流量1 690 m3/s。坝址河段径流量主要来自降雨，并有融雪补给，径流丰沛稳定，洪水主要由暴雨形成，洪枯流量相差悬殊。洪水发生在6～10月的汛期，主汛期为7～9月，洪峰频次出现最多在8月份。11月～次年5月为枯水期，其中又以11月～次年3月为稳定枯水期。

1.3 地形地质条件

金沙江自北向南流经坝址，坝区内河道顺直，河谷较为开阔，河谷岸坡左陡右缓，为不对称的“U”型宽谷，主流靠左侧。坝址区两岸山体雄厚，河谷地形较开阔。河床覆盖层较薄，右岸近江台地覆盖层厚10.0～40.0 m。坝址区基岩为二叠系上统玄武岩组（P2β）玄武岩、燕山期煌斑岩脉及正长斑岩侵入体，高高程见黑泥哨组（P2h）灰岩和砂岩，第四系松散堆积物主要分布在坝址区右岸台地。

2 施工导流规划

根据坝址处的地形地质条件、工程布置特点、金沙江水文特性，工程采用全年挡水围堰、左岸明渠导流的方式。导流程序分三期。一期导流在左岸导流明渠进、出口设置围堰，进行导流明渠的施工；同时在右岸台地布置厂房临时围堰，进行厂房及厂房坝段的施工，来水由束窄的河床泄流。二期导流在大坝上、下游填筑主围堰，进行河床和右岸大基坑内的大坝和厂房施工，来水由导流底孔及其顶部缺口联合泄流。三期导流大坝浇筑高度已超过上、下游主围堰，拆除上、下游主围堰，由大坝临时断面挡水，上游来水由导流底孔、冲沙底孔、泄洪中孔及溢流表孔联合泄流。导流底孔封堵时，上游来水由永久泄洪建筑物泄流。

本工程为一等大（1）型，主要永久建筑物为1级建筑物。根据DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》，主要导流建筑物（厂房临时围堰、上下游主围堰、导流明渠）为4级临时建筑物，次要导

流建筑物（导流明渠施工围堰、导流底孔封堵围堰等）为5级临时建筑物。导流标准及导流程序见表1。

3 导流明渠设计

3.1 导流明渠规模选择

根据导流明渠所在的地形及地质条件，为减小明渠的开挖量和避免开挖高边坡，同时结合导流底孔坝段和明渠导墙的布置，拟定上游引水渠和下游泄水渠的底宽为40 m。坝址处枯水期常水位约为1 218.0 m，考虑截流难易及明渠内水流流态，拟定导流明渠进口高程为1 216.0 m，出口高程为1 213.5 m。考虑河床截流难度、上游围堰的规模、底孔下闸、封堵等条件并参考类似工程，导流底孔的尺寸拟定10 m×14 m（宽×高）。

导流底孔底板高程直接影响上游围堰的高度、河床截流的难度、导流工程的投资等，为确定导流底孔和缺口的适宜高程，对不同高程的布置方案进行了比较，成果见表2。经技术经济比较后，选择底孔底板高程1 214.5 m、缺口高程1 235.0 m。

为确定适宜的缺口宽度和底孔数量，根据枢纽布置及导流明渠下游泄水渠的布置情况，对不同宽度的缺口和底孔数量的布置方案进行了比较，成果见表3。经技术经济比较后，选择缺口宽40 m、2个底孔作为二期导流阶段的泄流建筑物。

3.2 导流明渠布置

导流明渠布置在左岸台地上，设计底宽40.0 m。明渠全长952.94 m，其中上游引水渠段长385.03 m，与坝体结合段长75.63 m，下游泄水渠段长492.28 m，上游段设计底坡为0.75%，下游段设计底坡为0.31%。明渠进口高程1 216.00 m，与坝体结合段高程1 214.50 m，出口高程1 213.50 m。

导流明渠过坝段设2个导流底孔，布置在左岸6号、7号挡水坝段，断面形状为矩形，断面尺寸10 m×14 m（宽×高），底孔底高程1 214.50 m。明渠底孔上部预留的缺口宽40 m，缺口底高程为1 235.00 m，缺口两侧的导墙（5号、8号挡水坝段）高程为1 260.00 m。导流明渠布置见图1。

3.3 导流明渠底板衬砌设计

根据导流水力计算和模型试验成果，当设计流量为10 800 m3/s时，明渠引水渠内平均最大流速为5.17 m/s，下游泄水渠内的平均最大流速19.4m/s。为确保导流明渠的安全，明渠底板及内侧开挖边坡在其设计水位以下均采用钢筋混凝土衬砌，左侧边坡采用系统锚喷＋贴坡混凝土支护。上游段底板衬砌厚度0.35 m，配单层筋；与坝体结合段衬砌厚度4.0 m；下游段底板衬砌厚度1.0～1.5 m，设置双层筋和锚筋。导流明渠底板结构混凝土强度等级C9020。

表1 施工导流标准及导流程序表Table 1 Standards and procedure of construction diversion

表2 导流底孔和缺口底板不同高程指标比较表Table 2 Comparison of the indexes as different elevations of the bottom outlet and the bottom plate of the notch

表3 不同缺口宽度和不同底孔个数泄流水力指标比较表Table 3 Comparison of the hydraulic indexes in water discharge as different width of the notch and the different number of bottom outlet

图1 导流明渠平面布置图Fig.1 The plane of the diversion channel

3.4 导流明渠导墙设计

导流明渠右侧设置纵向导墙，其基础坐落在靠河床侧不同高程的开挖基岩上，采用重力式混凝土结构。导墙全长643.0 m，顶宽3～4 m。导墙沿程分三段：上游引水渠段、坝体结合段和下游泄水渠段。

导墙上游引水渠段长273.0 m，最大墙高46.0 m。导墙顶高程根据明渠内的水面线、地形地质条件进行设计，桩号坝上0-273.00 m～坝上0-226.00 m、坝上0-226.00m～坝上0-182.00m、坝上0-182.00 m～坝上0-0.00 m段的顶高程分别为1 237.00 m、1 245.00 m、1 260.00 m。导墙内侧坡（明渠侧）直立，外侧坡（河床侧）1∶0.5。

导墙与坝体结合段长89.5 m。桩号坝下0+ 000.00 m～坝下0+066.065 m为8号坝段。桩号坝下0+066.065 m～坝下0+089.50 m顶高程1 250.00 m，最大墙高37.5 m，内侧坡直立，外侧坡1∶0.6。

导墙下游泄水渠段长280.50 m，最大墙高30.0 m。桩号坝下0+298.00 m～坝下0+322.00 m段（跨明渠交通桥段）导墙顶高程1 240.00 m，其他

部位的导墙顶高程均为1 235.00 m。导墙内侧坡直立，外侧坡1∶0.6。

导流明渠导墙结构混凝土强度等级为C9020。

图2 导流明渠上游段导墙剖面图（桩号坝上0-170）Fig.2 Profile of the guide wall in upstream section of diversion channel

图3 导流明渠下游段导墙剖面图（桩号坝下0+190）Fig.3 Profile of guide wall in downstream section of diversion channel

3.5 导流底孔及上部缺口设计

导流底孔布置在左岸6号、7号挡水坝段，6号、7号挡水坝段宽20 m，每坝段各设一个导流底孔。底孔过流控制断面尺寸为10 m×14 m（宽×高），孔底高程1 214.50 m，顶高程为1 228.50 m，底板厚4.0 m，缺口顶板厚6.0 m，底孔两侧侧墙厚5.0 m。为保证底孔过流时具有良好的水流条件，导流底孔进口段侧面、顶面采用椭圆曲面，侧面曲线方程为：，顶面曲线方程为：导流底孔设有底孔封堵门槽及廊道封堵钢闸门、钢板门等设施。

导流底孔结构1 235.00 m以上预留缺口，缺口宽40 m。在洪水流量较小时，明渠水流从底孔过流；洪水流量较大时，明渠水流从底孔和顶部缺口联合过流。

导流底孔采用底孔不分缝的整体式钢筋混凝土结构型式。导流底孔结构混凝土强度等级为C25，过流面混凝土为厚60 cm、强度等级为C30的常态混凝土。

4 导流明渠设计优化

4.1 导流明渠整体布置优化

根据导流明渠断面模型试验成果，对导流明渠的布置即时进行了优化调整。调整后，导流明渠内的水流归槽条件得到较好的改善，右岸回流流速已经在6.5 m/s之下，不会对右岸产生淘刷危险；导流明渠进口处水流比较平顺，未对上游围堰坡脚产生冲刷；底孔过流的流态条件较好。

4.2 导流明渠导墙结构体型优化

（1）根据导流明渠模型试验成果，对上、下游段明渠内水面线进行复核和对上游围堰堰面的抗冲进行分析研究，将导流明渠上游段桩号坝上0-226.00 m～坝上0-273.00 m段导墙顶高程由原设计的1 245.0 m降低至1 237.0 m。

（2）导流明渠开工后，根据现场实际混凝土系统的生产能力及砂石骨料的供料能力，导流明渠导墙结构由碾压混凝土改为常态混凝土，导墙顶宽由原设计5.0～8.0 m减小到3.0～4.0 m，下游段导墙外侧坡比由1∶0.75调整为1∶0.6。

（3）导流明渠上游段导墙实际开挖揭露的地质条件较原勘探的要好，通过地质跟踪和分析，将该段导墙的建基面高程由1 214.65 m统一抬高至1 230.00 m。

4.3 导流明渠底板设计优化

（1）根据明渠引水渠现场开挖揭露的地质，结合模型试验成果，考虑导流明渠上游引水渠内的流速较小，取消上游引水渠桩号坝上0－234.5 m～0-030.0 m段底板衬砌混凝土，仅对坝上0-030.0 m～坝下0+405.63 m段明渠底板进行混凝土衬砌。

（2）根据明渠下游引水渠现场开挖揭露的基岩地质情况，考虑泄水渠下游段地质条件较好，将桩号坝下0+305.63～0+405.63段底板混凝土衬砌厚度由原设计的1.5 m优化为1.0 m。

通过上述优化设计，减少石方开挖2.6万m3，减少混凝土浇筑7.7万m3，对工程投资进行了有效控制。

5 导流明渠运行情况

导流明渠于2008年1月开始修建，2009年1月中旬工程截流，导流明渠开始过流。导流明渠内的缺口坝段于2011年11月开始封堵，导流底孔于2012年11月下闸封堵，导流明渠停止过流。

导流明渠实际运行约4年，共经历4个汛期，导流底孔、上部缺口和导流明渠内流态平稳。每年最大过流量均出现在汛期7～8月，其中，最大过流量发生在2009年，过流量7 020 m3/s（8月15日）。每年汛后检查导流明渠均完好无损，没有出现异常现象，实际运行情况与设计基本吻合。

6 结语

（1）导流布置结合枢纽布置永临结合，工程量和投资相对最省。

（2）施工过程中，应根据实际开挖揭露的地质条件，动态调整导流明渠设计，可降低工程投资。■了重要参考。 ■

[1]王柏乐.中国当代土石坝工程[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[2]顾慰慈.土石（堤）坝的设计与计算[M].北京:中国建材工业出版社,2006.

[3]中华人民共和国电力行业标准.DL/T 5395-2007,碾压式土石坝设计规范[S].

[4]蔡晓鸿,贺新华,蔡勇平,蔡勇斌.土石坝坝体反滤层与渗流控制[J].大坝与安全,2009,(5):9-11.

[5]徐连民,常强,肖前军.土石坝非稳定渗流场和应力场耦合分析方法[J].大坝与安全,2013,(6):35-41.

[6]王法西,张彬,赵峰.土石坝沉降及实测资料分析计算[J].大坝与安全,2011,(4):19-22.

[7]朱百里,沈珠江.计算土力学[M].上海:上海科学技术出版社,1990.

[8]李全明,张丙印,于玉贞.土石坝水力劈裂发生过程的有限元数值模拟[J].岩土工程学报,2007,29(2):212-217.

参考文献：

[1]陈义军，吕国轩.金沙江中游河段龙开口水电站可行性研究报告第九篇施工组织设计[R].中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2010.

[2]陈义军，王哲鑫.龙开口水电站截流规划设计报告[R].中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2009.

[3]陈义军，董宝顺，王哲鑫.龙开口水电站导流明渠及围堰单位工程验收设计工作报告[R].中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2010.

[4]董宝顺，陈国良.龙开口水电站导流明渠缺口封堵咨询专题报告[R].中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2011.

[5]DL/T 5397－2007，水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国电力出版社，2008.

[6]DL/T5114-2000，水电水利工程施工导流设计导则 [S].北京：中国电力出版社，2002.

[7]DL/T5087-1999，水电水利工程围堰设计导则 [S].北京：中国电力出版社，1999.

收稿日期：2014-07-28

作者简介：陈义军（1974-），男，内蒙古乌兰察布市人，高级工程师，主要从事水电工程施工组织设计。

Water retaining cofferdam all the year and open channel on the left bank is selected for diver⁃sion of Longkaikou hydropower station.By combination of open channel with the water retaining dam sec⁃tion on left bank,water would be discharged from the bottom outlet of open channel and the upper notch.

diversion channel;construction diversion;diversion bottom outlet;notch;Longkaikou hy⁃dropower station

TV551.1

B

1671-1092（2014）05-0022-04

2013-10-21

雷红军（1982-），男，博士，高级工程师，主要从事高土石坝工程的设计与科研工作。

Title:Design of diversion channel of Longkaikou hydropower station//by CHEN Yi-jun,REN Jin-ming and LV Guo-xuan//Huadong Engineering Corporation