夹岩水利枢纽工程导流方案设计与优选

林琦 苏艳菲 杨路通 朱晔

摘要：為优化水利枢纽导流方案，针对夹岩水利枢纽工程地形地质条件、枢纽布置等，设计了枯水期导流和全年施工导流等3种方案，通过综合投资、技术要求、工期要求和安全性等方面的分析，对3种方案进行了比选。研究结果表明：全年导流方案经济性、安全性较好，且满足施工工期要求。研究成果可为类似水利枢纽工程导流方案的设计与优选提供借鉴。

关键词：导流;枯水期导流;全年导流;方案优选;综合投资;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：TV551.1文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.005

Abstract： In order to optimize the diversion schemes for water conservancy projects， three schemes of dry season diversion and annual construction diversion etc. are designed based on the characteristics of the topographical and geological conditions， layout etc. of Jiayan Hydro-complex Project and compared through the analysis of comprehensive investment， technical requirements， security and construction period requirements. The results show that the annual diversion scheme is economical and safe， and meets the requirements of construction period. The determination of the scheme provides a reference for the design and optimization of diversion scheme of the project.

Key words： diversion; dry season diversion; annual diversion; scheme optimization; comprehensive investment; Jiayan Hydro-complex Project;Guizhou Province

1 研究背景

导流是水利枢纽工程施工中的重要环节之一，导流方案的选择不仅与当地地质、水文条件有关，且与水利枢纽布置及施工条件有关，会直接影响到施工工期、工程造价及工程安全性[1-2]。因此，导流方案的优选与制定非常重要。国内外专家对导流方案的设计及决策进行了较多研究。张超等[3]针对叶巴滩水电站地质地形条件，对其导流洞布置方案进行了优选;王以斌等[4]通过优化导流方案设计，缓解了泄流底孔、引水发电坝段等关键部位的工期压力;罗舒等[5]提出了施工导流总费用、导流风险损失及停工天数等方案决策指标的区间范围数学表达，为导流方案多目标决策提供了方法和依据;闵志华等[6]针对施工导流决策评价指标间灰色关联性，提出了一种考虑主观认知的灰色关联定权方法，为方案决策提供了新的评估手段。上述研究从不同角度对导流方案优化与决策进行了研究，取得了一定成效。但由于水利枢纽工程的复杂性、多样性，导流方案的优化选择仍值得进一步探索。本文针对贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩工程”），在分析其地质、水文条件及施工进度等影响后，提出了3种导流方案，对比方案的经济性、安全性等指标，确定了较优的导流方案。

2 工程概况

夹岩工程位于贵州省毕节及遵义市境内，其中水源工程位于长江流域乌江支流六冲河七星关区与纳雍县界河段，水库校核洪水位1 326.01 m，正常蓄水位1 323.0 m，总库容13.23亿m3，大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶防浪墙顶高程1329.0 m，坝顶高程1 328.0 m，最大坝高154.0 m，坝顶长428.93 m。发电引水系统布置在大坝右岸，为深水式有压隧洞，设计流量99.3 m3/s，隧洞采用圆形断面，洞径为6.8 m。电站厂房内装有3台混流式水轮发电机组，总装机容量为90 MW，其中2台单机容量为36 MW，1台单机容量为18 MW。

坝址位于峡谷出口下游800 m河段，河流流向S43°E，其上游有左岸潘家岩脚冲沟和右岸法拉冲冲沟分布，下游有右岸的陈家大沟分布。河谷为典型横向“V”型谷，河床高程 1 205～1 209 m，河床宽 60～75 m，宽高比2.94。主河床相对狭窄，河道呈转弯状，河床覆盖层厚5～17 m，枢纽现场地形如图1所示。

3 导流方案初步拟定

3.1 导流标准确定

根据枢纽布置及坝址区地形条件，施工导流采用河床一次拦断，上、下游围堰挡水，左岸导流洞泄流的导流方式。施工总工期为59个月，在整个施工期内，面板坝施工将经历3个汛期，综合考虑大坝最大填筑高度和总填筑量、施工工期、水文条件以及水工建筑物的布置特点等因素，工程导流采用10 a一遇全年洪水标准，相应洪峰流量1 570 m3/s。

3.2 方案初拟及比选思路

针对该水利枢纽的导流需要，其导流建筑物由导流洞和上、下游围堰组成，进而设计枯水期导流、全年施工导流两类方案。另外，考虑到计划导流时段为6个月，第一个枯水期内坝体填筑至临时度汛断面施工难度大，在枯水期导流方案中分为11月至次年4月时段与10月至次年4月时段进行比选。因此，采用方案1（枯水期导流10月至次年4月）、方案2（枯水期导流11月至次年4月）和方案3（全年施工导流）3种导流方案进行比选。

值得注意的是，坝址附近潘家岩脚堆积体治理方案为减载+压坡优化实施方案，即在满足枢纽工程施工导流期正常导流的前提下，堆积体的处理方案分两期实施。1期在枢纽工程施工导流前完成，主要是对堆积体高程1 330 m的上部平台以上削坡减载，与此同时，开挖的土石方分层碾压填筑至坡脚形成压坡体，其高程为1 229 m，并做好石笼墙等相应的防冲刷措施。2期在导流洞封堵后水库蓄水过程中实施，完成剩余的削方减载边坡开挖。该堆积体治理方案1期压坡体施工需束窄河床，占用河床大部分有效过流断面，对导流洞产生不利影响。堆积体治理方案将对导流产生影响，必须在导流方案设计中考虑。

方案比选思路如下：①综合对比投资和施工难度，在方案1和方案2中优选;②设计导流隧洞、上下游围堰，计算工程量;③与方案3进行优选，提出推荐的导流隧洞和上下游围堰布置与施工措施。

4 导流方案比选

4.1 枯水期导流方案设计

对面板坝枯水期10 a一遇标准的导流方案做了不同导流时段的比选，结果见表1。

通过分析表1可知，方案1优点是投资省，缺点则是临时度汛断面施工时段少，月填筑上升速度太快，施工难度较大。方案2优点是临时度汛断面施工时段较方案1增加1个月，临时度汛段面高程1.5 m，月填筑上升速度相对较慢，但其投资较方案1大。为此，综合考虑工程坝基开挖工程量和度汛临时断面填筑量大、强度高，且坝体上升速度快，为保证大坝施工质量，该阶段枯水期施工导流时段确定为10月至次年4月，相应洪峰流量为367 m3/s，即采用方案2。

方案2中导流建筑物设计如下：①导流洞布置于左岸，为无压隧洞。主要由进口明渠段、闸井段、洞身段及出口明渠段组成。隧洞进口采用岸塔式，进口明渠底宽9.0 m，底板采用50 cm厚素混凝土衬砌。闸井长10 m，孔口尺寸为8 m×10 m （宽×高），进口底板高程为1 214.00 m，闸井排架顶高1 245.00 m满足导流度汛高程要求，导流洞进口设置1道平板封堵门，孔口尺寸8.0 m×10.0 m（宽×高）。洞身为城门洞型，断面尺寸为8.0 m×10.0 m（宽×高），120°拱角，洞身采用0.8 m/0.6 m厚全断面钢筋混凝土衬砌，洞长765.52 m，纵坡为0.5%。进口高程为1 214.00 m，出口高程为1 210.11 m。出口明渠长32.78 m，底宽10 m。②上下游围堰均采用土石围堰结构型式。上游围堰挡水水位1 223.66 m，相应堰顶高程为1 225.00 m，堰顶宽8 m，围堰基础防渗采用混凝土防渗墙防渗，墙厚0.6 m。堰体采用土工膜心墙防渗，迎水面边坡1∶1.75，背水面边坡1∶1.5/1.75，上游采用抛石护坡，最大堰高20 m。下游围堰挡水水位1 214.70 m，相应堰顶高程为1 215.50 m，堰顶宽6 m，下游围堰水头较低。围堰基础采用控制灌浆防渗，堰体采用土工膜心墙防渗。迎水面边坡1∶1.75，背水面边坡1∶1.5，迎水面采用抛石护坡，最大堰高7.1 m。

4.2 全年导流方案设计

方案3为全年施工导流方案，其导流建筑物设计如下：①导流洞布置于左岸，为有压隧洞。主要由进口明渠段、洞身段、闸井段及出口明渠段组成。隧洞进口采用岸塔式，底板采用30 cm厚素混凝土衬砌。闸井长12.5 m，孔口尺寸为6 m×8 m （宽×高），进口底板高程为1 217.00 m，闸井排架顶高1 245.00 m，满足导流度汛高程要求，导流洞进口设置1道平板封堵门，孔口尺寸6 m×8 m（宽×高）。洞身为城门洞型，断面尺寸为6 m×8 m（宽×高），120°拱角， 0.8 m/0.6 m厚全断面钢筋混凝土衬砌，洞长1 490.17 m，纵坡为0.45%。进口高程为1 217.00 m，出口高程为1 210.00 m。出口明渠长为38.92 m，底宽为7.2 m。②上、下游围堰均采用土石围堰结构型式。上游围堰挡水水位1 251.13 m，相应堰顶高程为1 252.50 m，堰顶宽15 m，围堰基础采用混凝土防渗墙防渗，墙厚0.6 m。堰体采用土工膜心墙防渗，迎水面边坡1∶2，背水面边坡1∶1.5/1.75，上游采用抛石护坡，最大堰高43.5 m。下游围堰方案与枯水期导流方案中下游围堰设计相同。

4.3 方案比选

方案2，3导流特性对比和投资对比见表2和表3。分析可知，方案2优点在于导流临时建筑物规模小，投资小，上游围堰填筑施工时段短。其缺点是坝址附近需进行堆积体治理，堆积体将占用河床有效过流断面，對导流洞产生不利影响，施工过程中在洪水期存在一定安全隐患。另外，上游围堰布置受大坝趾板开挖与地形制约，布置相对困难，与大坝趾板开挖线的安全距离小;同时，由于大坝河床覆盖层比较深、开挖量大，大坝在第一个枯水期填筑至大坝临时挡水断面的工期比较紧张、填筑规模及上升速度大。

方案3中，无需对堆积体进行削坡减载，围堰与大坝趾板之间采用弃渣进行压脚和设置排水沟即可，避免潘家岩脚堆积体开挖减载带来的一系列问题。另外，导流时段为全年10 a一遇标准，大坝施工安排较为灵活，不受第一个枯水期大坝施工临时度汛的制约;同时在围堰与大坝趾板之间设置永久弃渣场，可减小永久弃渣场的设计规模、减少投资额，还可就近进行开挖料堆存，减少开挖料的运输距离。其缺点在于导流临时建筑物规模大，其投资大。综合对比其经济性、安全性等指标后，方案3为最优导流方案（见图2）。

5 结 语

针对夹岩工程施工导流，设计了3种导流方案。从工程量及综合投资看，全年导流方案（方案3）比枯水期导流方案（方案1和方案2）投资节省420万元。另外，枯水期导流方案导流洞施工受潘家岩脚堆积体的施工干扰大，且施工过程中存在一定安全隐患。因此，经技术经济综合比选，推荐采用全年导流方案。

参考文献：

[1] 徐海亮，苏军安，王福初，等.  双叉河流上多坝型组合坝体导流方案研究[J].  水力发电，2017， 43（11）： 94-97.

[2] 周德彦，李学权，刘亚洲.  长河坝水电站初期施工导流方案的风险决策研究[J].  水力发电，2016，42（10）：49-53.

[3] 张超，雷运华，张有山，等.  叶巴滩水电站导流洞布置方案优选研究[J].  水利水电技术，2016，47（10）：15-19.

[4] 王以斌，张如军，李素丽，等.  几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目施工导流方案优化与实施[J]. 水力发电，2020，46（1）： 74-77.

[5] 罗舒，刘潋.  基于三参数区间数的施工导流方案多目标决策方法[J].  三峡大学学报（自然科学版），2018，40（3）：10-14.

[6] 闵志华，马焕春.  考虑主观认知的导流方案多属性灰色关联决策[J].  人民长江，2018，49（S1）： 198-202.

（编辑：唐湘茜）