长河坝水电站导截流建筑物的布置与设计

郭 长 江，　贺　溪

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都　610072)



长河坝水电站导截流建筑物的布置与设计

郭 长 江，贺溪

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：根据长河坝水电站坝址区地形、地质条件、水文条件及水工建筑物布置特性，阐述了导流建筑物的布置与设计。

关键词：导流；围堰；导流洞；导流建筑物布置；长河坝水电站

1工程概述

长河坝水电站为一等大(1)型工程，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为1级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时建筑物为3级建筑物。

2施工导流规划

2.1导流方式

坝址区呈“V”型河谷，两岸自然边坡陡峻，河床覆盖层厚度大，透水性较强。

两岸山体雄厚，基岩出露，具有良好的隧洞布置条件，长河坝水电站采用一次断流围堰挡水、隧洞导流、大坝基坑全年施工的导流方式。

2.2导流标准

初期导流，围堰挡水，采用50 a一遇重现期洪水，相应流量5 790 m3/s；

中期导流，大坝挡水，采用200 a一遇重现期洪水，相应流量1 370 m3/s；

后期导流，大坝挡水，采用500 a一遇重现期洪水，相应流量7 230 m3/s；

河床截流，采用11月上旬旬平均10 a一遇重现期洪水，相应流量838 m3/s；

初期导流洞下闸，采用11月上旬旬平均10 a一遇重现期洪水，相应流量838 m3/s；

中期导流洞下闸，采用5月上旬旬平均10 a一遇重现期洪水，相应流量827 m3/s；

初期导流洞封堵，采用封堵时段20 a一遇重现期洪水，相应流量1 080 m3/s；中期导流洞封堵，采用封堵时段20 a一遇重现期洪水，相应流量5 180 m3/s。

2.3导流程序

导流时段为2010年11月至2017年8月，计划于2010年11月截流，2016年11月初期导流洞下闸封堵，2017年5月中期导流洞下闸初期蓄水，2017年7月首批机组发电。

3导流建筑物的布置与设计

长河坝水电站包括上下游围堰、两条初期导流洞及一条中期导流洞。初期导流洞、中期导流洞与三条泄洪洞、一条放空洞等永久泄洪建筑物共同布置于右岸。鉴于工程枢纽区地处峡谷条带地段，泄水建筑物布置集中，故施工导流建筑物布置比较困难。导流建筑物布置情况见图1。

3.1围堰布置与设计

根据导流洞布置、基坑施工开挖范围及上游围堰运行期要求，设计单位将上、下游围堰分别布置于大坝轴线上、下游约550 m、500 m处。上游围堰顶高程为1 530.5 m，最大堰高56.5 m，下游围堰顶高程为1 486 m，最大堰高13.5 m。

围堰结构为土石类围堰。围堰基础防渗采用塑性混凝土防渗墙型式，堰体均采用复合土工膜作防渗材料。

上游围堰顶宽10 m，上、下游边坡分别为1∶2和1∶1.8，基础防渗采用悬挂混凝土防渗墙型式，深度为50 m；下游围堰顶宽12 m，上、下游边坡均为1∶1.75，基础悬挂混凝土防渗墙深度为30 m。堰体均采用复合土工膜防渗型式。

图1　导流建筑物布置图

在工程招标设计阶段，经对围堰方案进行比选研究，确定围堰堰体防渗型式不变，堰基防渗由悬挂型式调整为嵌入基岩的全封闭型式，其相应的上、下游围堰基础防渗墙最大深度分别为82 m和78 m，墙体厚度为1 m。调整后的上游围堰防渗墙面积为8 620 m2，下游围堰防渗墙面积为9 680 m2。

3.2初期导流洞的布置与设计

工程施工采用断流围堰、隧洞泄流的导流方式。在其右岸布置两条初期导流洞，进出口高程均相同，两条洞初期导流期间共同参与施工导截流任务。

两条初期导流洞进、出口底板高程分别为1 482 m和1 475 m，均按有压洞设计，城门洞型断面，尺寸为12 m×14.5 m，隧洞采用全断面钢筋混凝土衬砌。1#导流洞长度为1 061.076 m； 2#导流洞长度为1 235.409 m。每条导流洞在进口处通过中墩分设两孔封堵闸门。

根据导流洞沿程围岩条件和运行工况，特别是封堵期高外水的作用，经计算和工程类比分析后最终确定导流洞洞身结构采用喷锚支护与钢筋混凝土衬砌相结合的复合型支护型式。

导流洞进口渐变段与出口段采用1～1.2 m厚混凝土衬砌，洞身段依围堰类别采用0.6～1 m厚混凝土全断面衬砌。洞室在开挖后，立即喷射5～10 cm厚的钢纤维混凝土或挂网钢纤维混凝土，顶拱与边墙视塑性区的范围布置锚杆，并在顶拱及边墙局部设置排水孔。锚杆系统一般由按2 m间、排距布设φ25、长度为4.5 m的锚杆，或者φ32、长度为9 m的锚杆相间布置组成。

为提高围岩的承载力，在导流洞进出口段和封堵堵头部位对围岩实施围岩固结灌浆处理。

初期导流洞单洞最大设计泄流流量为2 903 m3/s，平均流速17.86 m/s；坝体挡水度汛期间，单洞最大设计泄流流量为3 343 m3/s，平均流速为20.58 m/s。

1#、2#初期导流洞进、出口边坡岩体以块裂结构为主，浅表部卸荷拉裂明显，岩体稳定性较差。隧洞进口段岩体大部分处于弱风化弱卸荷带内，岩性以花岗岩为主，裂隙较发育，岩体以块裂～镶嵌结构为主，次为次块状结构，以IV类围岩为主，围岩稳定性较差。

考虑到河道岸坡陡峻且进出口段出露的岩石类别多为Ⅳ类，为减小支护难度，减少导流洞进出口边坡的开挖对上部山体的稳定影响，需要控制进、出口的开挖坡高。进口边坡最大垂直开挖高度约为145 m；出口边坡最大垂直开挖高度约为52 m。

导流洞进出口边坡级别为2级。进口、出口边坡受陡倾卸荷裂隙及顺层裂隙控制，虽然在天然状态下自然岸坡稳定，但其安全裕度较小，开挖后需进行加固处理。

为减少导流洞进出口的开挖影响上部山体的稳定，对初期导流洞布置采取“早进洞、晚出洞、垂直开挖、强支护”的方式进行削坡处理，每20 m高差设置一级3 m宽马道，该措施一方面便于后期预应力锚索的补偿张拉与边坡加固补强施工，另一方面可以拦截上部的飞石，保障其下部的施工与运行安全。

考虑到在Ⅳ和Ⅲ类岩体中垂直开挖50 m以上级别的高边坡垂直开挖，且其坡内陡倾卸荷裂隙发育，为保障施工期和运行期的安全，必须对导流洞进出口开挖边坡实施加强支护措施。最终采用喷射1 cm厚钢纤维混凝土或挂网喷钢纤维混凝土、φ25、长度为4.5 m的锚杆或φ32、长度为9 m的锚杆单独或相间布置，并与间距5 m、排距7 m的3 000 kN、2 000 kN或1 000 kN预应力锚索相结合的方式随开挖的进行加固进、出口边坡。采用喷混凝土以封闭表面裂隙，与排水孔、截排水沟等措施相结合降低地下水位，以增加边坡的稳定性。

根据导流洞进出口边坡的地质条件和布置条件，在边坡开挖线以下按间距5 m、排距7 m、布设长度为20～50 m，设计吨位为1 000～3 000 kN的压力分散型预应力锚索。

导流洞进出口边坡开挖加固方案支护参数见表1。

表1　进出口边坡开挖支护参数表

3.3中期导流洞的布置与设计

中期导流洞布置于坝区右岸，进口段位于1#泄洪洞与2#泄洪洞之间，洞身段与1#泄洪洞立面交叉，出口位于1#泄洪洞出口上游60 m左右。由进水塔、有压洞段、弧形闸门工作室、无压洞段和出口挑流坎段组成。

进口底板高程1 545 m，岸塔式进水口，塔顶高程取1 605 m，塔体尺寸为15 m×15 m×64 m。进口设置平板封堵闸门，闸门孔口尺寸为7 m×9.5 m。塔体后接有压洞段，总长315 m，纵坡为1.45%，有压洞洞身断面形式为圆拱直墙型，断面尺寸为7 m×9.5 m，采用全断面钢筋混凝土衬砌，顶拱回填灌浆，进口段周边固结灌浆。有压洞段后接中期导流洞弧形工作闸门室，底板高程为1 541 m，闸门室最大跨度为20 m左右，高度42 m左右，闸门室内设置弧形工作闸门，闸门孔口尺寸为7 m×8.5 m。 弧形闸门启 闭 设备安装高程为1 570.5 m处设闸室交通洞与之相连。弧形闸门室后接无压洞段，总长度为1 086.56 m，洞身断面形式为圆拱直墙型，断面尺寸为7 m×12 m，采用全断面钢筋混凝土衬砌，顶拱回填灌浆，部分洞段周边固结灌浆。出口挑流鼻坎起挑底高程为1 490 m。

4结语

在采用设计方案适当加固后，预应力锚索穿过层间较大节理裂隙后既可以防止浅表部位的顺层滑动，又可以限制开挖边坡部位塑性区的发展，从而进一步提高了边坡的稳定性。

在对长河坝水电站导流洞内外观测成果进行分析后得知，施工期导流洞进口边坡岩体变形基本趋于收敛，处于基本稳定状态，至今未见异常情况出现。

郭长江(1965-)，男，辽宁抚顺人，高级工程师，学士，从事水电工程施工导流设计工作；

贺溪(1968-)，女，贵州贵阳人，高级工程师，学士，从事水电工程施工组织设计工作.

(责任编辑：李燕辉)

由中水五局公司承建的加查水电站主体工程开工

2015年12月30日，由中水五局公司承建的加查水电站主体工程举行了开工仪式。自2014年初由中水五局承建的加查水电站“三通一平”等工程开工建设以来，经过项目部广大员工700多个日日夜夜的奋战，高强度、高质量地完成了导流明渠建设，实现了混凝土浇筑日产量5 100立方米、月产量85 000立方米纪录，创造了青藏高原水电建设的奇迹，为电站主体工程的开工奠定了基础。加查水电站是雅鲁藏布江干流中游桑日至加查峡谷段规划5个梯级开发工程中的第5级水电站工程，位于西藏自治区山南地区加查县境内，位于加查县城上游约5公里，距上游梯级藏木水电站约8.5公里，距下游梯级冷达水电站约26公里。该电站由华能西藏公司投资建设。中水五局公司主要承建该电站大坝土建及金属结构安装工程，2015年10月25日开工，2019年12月31日完工。

作者简介:

收稿日期:2015-11-05

文章编号:1001-2184(2016)01-0022-03

文献标识码:B

中图分类号:TV7；TV222