岷江龙溪口航电枢纽工程施工期导流与通航方案设计

李志伟，张毅驰

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

龙溪口航电枢纽工程是岷江下游河段（乐山—宜宾）航电规划四个航电梯级中的最末一级,其上游为犍为航电枢纽工程,坝址位于乐山市犍为县新民镇,开发任务为以航运为主,航电结合,兼顾防洪、供水、环保等综合利用。工程等别为II等大（2）型,水库总库容3.24亿m3,正常蓄水位317.00 m,船闸和航道等级为III级,设计通航船舶吨级1000 t,电站安装9 台灯泡贯流式机组,总装机容量480 MW。枢纽布置为左岸挡水坝（24.8 m）,鱼道（24.08 m）,厂房（287.20 m）,泄洪闸（470.79 m）,船闸（70 m）,右岸挡水坝（72 m）,坝顶全长948.87 m,坝顶高程324.50 m。

坝址两岸坡属中低山～丘陵宽谷侵蚀地貌,呈不对称的“U”形宽谷,左岸坡以丘陵地貌为主,山势低矮、较平缓；右岸坡是以中低山地貌为主,山势陡峻、雄厚。主河道位于右岸,河床宽约650 m。岷江流域地跨上游高原气候区及中下游盆地亚热带湿润季风气候区,径流主要来源于降水,汛期为6月～10月,枯期为11月～次年5月。龙溪口航电枢纽工程设计洪水成果见表1。

表1 龙溪口航电枢纽工程设计洪水成果

2 施工期导流方案设计

2.1 导流方式

龙溪口航电枢纽工程施工期特点：（1）汛期洪水流量大,挡水建筑物为闸坝,利用泄洪闸过流度汛；（2）两岸山体不高,砂泥岩软岩地层,左岸为新民镇,右岸为山体,坝址不具备布置导流洞和明渠；（3）工程位于四川省运输大动脉岷江航道上,地方经济的发展要求不允许施工期（11月、12月除外）断航,施工期须预留临时航道。根据枢纽布置、地形条件和施工期通航要求,采用束窄河床导流方式。

2.2 导流标准

龙溪口航电枢纽工程为II等大（2）型,主要建筑物级别为2级,次要建筑物级别为3级；船闸为Ⅲ级,闸首、闸室级别为2级。根据《水电工程施工组织设计规范》（DL/T 5397-2007）,左岸纵向土石围堰建筑物级别为5级,其余导流建筑物为4级,4级、5级导流建筑物的洪水标准分别为10年一遇、5年一遇。

2.3 导流方案

临时航道内泄洪闸孔数越多,则后期泄洪闸施工强度大,工期保证率低；临时航道内泄洪闸孔数越少,则水流流态越差,导流过流、通航能力低,因此,在满足施工期通航要求时,应尽量减少临时航道内泄洪闸孔数。结合施工期导流及通航模型试验,孔数为11孔、12孔方案的水流流态差,不满足施工期通航要求；孔数为14孔方案满足施工期通航要求,前期左岸纵向土石围堰围护左右导墙时,围堰侵占主河道较多,对主河道过流及通航影响较大；孔数为13孔方案前期左岸纵向土石围堰布置在河滩地上,河道过流及通航条件与天然情况基本一致,后期临时航道宽度满足施工期通航要求。综合施工期导流及通航要求,推荐临时航道内13孔泄洪闸方案。

龙溪口航电枢纽工程采用三期施工导流方案,一期完成左岸河床疏浚和临时航道内13孔泄洪闸底板及消力池施工,二期完成右岸11孔泄洪闸和船闸施工,三期完成临时航道内13孔泄洪闸施工,发电厂房在全年围堰保护下连续施工。施工导流方案平面布置见图1。

图1 施工导流方案平面布置

2.4 导流程序

根据枢纽布置、施工期通航和选定的导流方案,导流程序如下[1-3]：

（1）一期施工时段为第一年11月～第二年10月,历时12 个月,主要施工左岸河道疏浚、临时航道内13孔泄洪闸底板及消力池和临时航道左右导墙。

一期一枯：利用左岸纵向土石围堰挡水,左岸河道疏浚至298.00 m高程,完成临时航道内13 孔泄洪闸底板296.00 m高程以下部分开挖、底板及消力池混凝土浇筑,临时航道左右导墙浇筑至设计高程。期间由右岸束窄河道过流和通航。导流标准为枯期5年一遇流量6000 m3/s,上、下游水位为305.17 m、304.92 m。

一期一汛：完成临时航道疏浚,临时航道具备通航条件。期间由左岸疏浚河道和原河道过流,原河道通航。度汛标准为全年5 年一遇流量25900 m3/s,上、下游水位为312.32 m、311.98 m。

（2）二期施工时段为第二年11月～第四年10月,历时24个月,主要施工左岸厂房、右岸11孔泄洪闸及船闸。

二期一枯：左岸由厂房预留岩坎和左导墙挡水,主要施工厂房上下游全年土石围堰、左岸厂房开挖及部分混凝土浇筑、鱼道开挖和左岸挡水坝段；右岸由二期一枯上下游土石围堰和右导墙挡水,主要施工右岸11孔泄洪闸及消力池、船闸、右岸挡水坝段和二期一汛船闸土石围堰。5月底前二期一枯上下游土石围堰拆除至298.00 m高程；在围堰拆除前,完成右岸11孔泄洪闸底板296.00 m高程以下部分开挖、泄洪闸底板及消力池混凝土浇筑,完成船闸闸室底板及其左侧墙302.00 m高程以下部分开挖、混凝土浇筑,厂房上下游全年土石围堰和二期一汛船闸土石围堰具备挡水条件。期间由临时航道过流和通航。导流标准为枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位306.04 m、305.24 m。

二期一汛：左岸由厂房上下游全年土石围堰和左导墙挡水,继续施工左岸厂房、鱼道和挡水坝段；右岸由二期一汛船闸土石围堰挡水,继续施工右岸船闸、挡水坝段,汛末拆除二期一汛船闸土石围堰。期间由临时航道和束窄后原河道过流,临时航道通航。度汛标准为全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位为315.01 m、313.88 m。

二期二枯：左岸由厂房上下游全年土石围堰和左导墙挡水,继续施工左岸厂房、鱼道和挡水坝段；右岸由二期二枯上下游土石围堰和右导墙挡水,主要施工右岸11孔泄洪闸闸墩及金属结构安装、船闸闸室及其上下游引航道、挡水坝段和船闸上下游全年土石围堰。5 月底前二期二枯上下游土石围堰拆除至298.00 m高程；在围堰拆除前,右岸11孔泄洪闸具备挡水和启闭条件,船闸上下游引航道施工完成,船闸左侧墙浇筑至316.00 m高程,船闸上下游全年土石围堰具备挡水条件。导流标准为枯期10 年一遇流量6750 m3/s,上、下游水位为306.04 m、305.24 m。

二期二汛：左岸由厂房上下游全年土石围堰和左导墙挡水,继续施工左岸厂房、鱼道和挡水坝段；右岸由船闸左侧墙和船闸上下游全年土石围堰挡水,继续施工右岸船闸、挡水坝段,右岸船闸施工完成,汛末拆除船闸上下游全年土石围堰。期间由临时航道和右岸11 孔泄洪闸过流,临时航道通航。度汛标准为全年10 年一遇流量32100 m3/s,上、下游水位为313.69 m、313.39 m。

（3）三期施工时段为第四年11月～第五年5 月,历时7个月。主要施工临时航道内13 孔泄洪闸、厂房剩余部分土建工程和金属结构安装。

左岸由三期一枯上下游土石围堰和右导墙挡水,主要施工临时航道内13 孔泄洪闸和厂房,5 月底前完成三期一枯上下游土石围堰拆除,在围堰拆除前,临时航道内13 孔泄洪闸闸墩和金属结构安装完成,并具备挡水和启闭条件,厂房引水渠及拦沙坎施工完成,检修门及工作门安装完成并具备正常使用条件。期间由右岸11孔泄洪闸过流,船闸通航。导流标准为枯期10 年一遇流量6750 m3/s,利用右岸11 孔泄洪闸控制上游最低通航水位307.00 m,下游水位305.15 m。

（4）第五年6月～第七年3 月,历时22 个月。完成厂房电气设备和机组安装。

6月初厂房在进出水口闸门挡水条件下安装机电设备,利用24 孔泄洪闸挡水,水库开始蓄水,发电厂房于第六年2月完成施工,2月首台1#机组具备发电条件,6月2#、3#机组具备发电条件,9月4#、5#机组具备发电条件,12月6#、7#机组具备发电条件,第七年3月全部机组投产发电。期间由船闸通航,24孔泄洪闸控制上游水位在发电死水位316.00 m运行,厂房机组发电。度汛标准为全年20年一遇流量38300 m3/s,上游最高水位316.00 m。闸门操作按水库的调度运行要求执行：当来流量Q≤15000 m3/s时,通过泄洪闸控制下泄洪水,水库保持在汛期运行水位316.00 m运行发电；当来流量Q＞15000 m3/s时,逐步加大泄量直至闸门处于敞泄状态,停止通航、发电。

3 施工期通航方案设计

3.1 通航航道布置

施工期通航航道布置为：（1）一期由束窄河道通航,通航条件与天然情况基本一致；（2）二期由临时航道通航,临时航道底宽243.00 m,底高程298.00 m,轴线长约2500 m；（3）三期由船闸通航。

3.2 临时断航分析

临时断航有两种原因,一是由于气象、洪水等极端自然条件引起的断航；二是由于围堰填筑、围堰拆除和水库蓄水引起的断航,本文对第二种原因引起的断航进行分析,确定断航时段。

（1）围堰填筑期间断航

为缩短断航时间并减少对岷江航运的影响,围堰填筑时间为10月10日～11月20日。一期左岸纵向土石围堰占压了部分原河道,通航条件与天然情况基本一致,不需断航；二期一枯（二枯）围堰截流期间,将右岸主河道改至左岸临时航道,围堰进占到一定程度,龙口流速大、流态复杂,合龙前应停航,初拟断航时间为7 天；三期上游水位低于船闸最低通航水位307.00 m,围堰填筑期间应停航,初拟断航时间为42天。

（2）围堰拆除期间断航

围堰拆除时间为5月1日～5月30日。一期围堰从纵向段中部决口,向两边同时拆除,待围堰内外水位齐平,水流流态稳定后再通航,初拟断航时间为5天；二期一枯（二枯）上下游围堰同时拆除,先从左端决口,退步开挖拆除至右岸,水流流态稳定后再通航,初拟断航时间为7天；三期围堰拆除前应降低上游水位,期间不能满足船闸最低通航水位307.00 m要求,围堰拆除期间应停航,初拟断航时间为31 天。

（3）蓄水期间断航

利用24 孔泄洪闸控制上游水位在发电死水位316.00 m运行,厂房机组发电,水库蓄水至运行水位316.00 m,船闸具备通航条件,初拟断航时间为7 天。

3.3 通航方案设计

通航管制河段范围为坝轴线上游1.0 km到下游1.5 km的河段,单向通航,禁止客船横渡。根据施工期通航模型试验,船舶上行难度大于下行,上行为施工期的控制条件,通航方案、航线规划及通航条件如下[4-5]：

（1）一期一枯：由束窄河道通航。上行船舶从下游略靠纵向土石围堰上行进入束窄河段,与围堰保持距离上行,出围堰范围后沿左岸继续上行；下行船舶保持在主河道中部略靠左向下游航行。当650 m3/s＜Q≤3100 m3/s时,300 t机动驳和1000 t机动驳可自航通过工程河段。

（2）一期一汛：由原河道通航,通航航线与天然航道基本一致。当Q≤9000 m3/s时,300 t机动驳可自航通过工程河段；当Q≤10000 m3/s时,1000 t机动驳可自航通过工程河段。

（3）二期一枯（二枯）：由临时航道通航。上行船舶经下游左岸疏浚河道,从临时航道左侧上行进入明渠,然后逐渐过渡到明渠中线,经上游左岸疏浚河道上行；下行船舶保持在明渠中部向下游航行。当Q≤2500 m3/s时,300t机动驳可自航通过工程河段；当Q≤3100 m3/s时,1000t机动驳可自航通过工程河段。

（4）二期一汛（二汛）：由临时航道通航。上行船舶经下游左岸疏浚河道,从临时航道左侧上行进入明渠,与左导墙保持距离上行,经疏浚河道中部进入右岸主河道继续上行；下行船舶保持在明渠中部略靠左向下游航行。当Q≤6000 m3/s时,300 t机动驳可自航通过工程河段；当Q≤8000 m3/s时,1000 t机动驳可自航通过工程河段。

（5）三期一枯：由船闸通航。上行船舶从下游航道中部过江到右岸缓流区,逐渐向下引航道靠拢,沿着下引航道口门区连接段左侧边线进入下引航道,沿船闸轴线驶入闸室,从闸室出沿船闸轴线上行,出停泊段后,过渡到左岸缓流区继续上行；下行沿左岸缓流区过渡到右岸,沿船闸轴线进入闸室,出闸室沿船闸轴线下行至停泊段后,用左舵保持好合适的航线和船位,沿下引航道口门区连接段左侧下行。水库水位保持307.00 m运行,当Q≤3100 m3/s时,300 t机动驳和1000 t机动驳可自航通过工程河段。

4 结语

施工导流设计应妥善解决从初期导流到后期导流施工全过程中的挡水、泄水、蓄水与度汛、通航等问题,施工期预留临时航道通航,临时航道内13 孔泄洪闸方案,有效解决施工期导流与通航“两难”问题。龙溪口航电枢纽工程于2019年10 月正式开工建设,总工期为65 个月,施工内容较多、任务繁重,各期施工应提前做好详细规划,通过加大人员、材料、机械设备等投入和精细化管理,保证龙溪口航电枢纽工程顺利按期完成建设。