双沟水电站生态流量泄放工程进水口施工导流方案研究

2012-09-19徐怀聚解红军姜殿成李佩南田伟峰

东北水利水电 2012年12期

徐怀聚，解红军，姜殿成，李佩南，田伟峰

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概述

双沟水电站位于小山水电站下游，为松江河梯级电站第二级电站，枢纽工程由混凝土面板堆石坝、岸坡溢洪道、引水系统及发电厂房等建筑物组成。水库死水位567.00 m，正常蓄水位585.00 m，水库总库容3.88×108m3，电站总装机140×2 MW。双沟水电站已于2009年9月22日下闸蓄水，2010年4月25日两台机组正式投产发电。

双沟水电站为混合式开发，在大坝下游与厂房间形成2.5 km的脱水段，为满足下游环境用水，根据国家环境保护总局要求，需落实双沟电站生态流量泄放设施。经综合技术经济比较，选定在导流洞内布置生态泄流管线。

2 生态流量泄放工程进水口布置

生态流量泄放工程主要建筑物由进水口引水段、竖井消能段及后部导流洞明流出水段三部分组成，进水口引水段包括短压力进水口及闸门井后面的明流引水隧洞，竖井消能段包括涡室、竖井收缩段、竖井均匀段和下部淹没消力池等，消力池也作为后部导流洞明流出水的压力进水口段。

进水口布置于河道左岸，溢洪道堰前100 m处（溢洪道桩号：0-100.00 m），地面高程590 m，围岩为安山岩，为微风化岩石，属弱透水岩体。闸门井周段围岩均为Ⅳ类岩体。根据溢洪道堰前的地形及地质条件，堰前为一高程为564.10 m平台，该高程为泄水隧洞进水口开挖底高程，进水口中心高程为565.40 m。

3 泄水隧洞进水口施工导流方案研究

泄水隧洞进水口位于已蓄水的双沟水库内、溢洪道进水渠侧壁，进水口平台高程为564.1 m，水库死水位为567.0 m。泄水隧洞工程施工分两阶段进行：第一阶段，先在进水口段预留8 m长岩塞挡水，进行闸门井及泄水洞开挖、衬砌施工，施工期间水库可正常运行；第二阶段，待洞身和进水口结构施工完毕后，在第二年汛前期进行泄水洞进水口预留段施工。

针对进水口预留岩塞段施工方案进行了比选：方案一为水库降水至死水位567.0 m、设置施工围堰方案；方案二为水下岩塞爆破方案；方案三为水库降水至进水口564.1 m平台以下高程563.5 m、不设置施工围堰方案。

1）方案一。导流方案为在进水口平台设置挡水围堰，通过机组发电，使进水口预留段施工期间库水位控制在不超过死水位567.0 m运行，进水口预留段施工完成后泄水隧洞下闸，拆除围堰。进水口段施工期间，考虑经常性排水措施，保证基坑内干地施工。

泄水隧洞围堰位于溢洪道上游泄水洞进水口处，采用编织袋土围堰，顶高程为567.5 m，高3.4 m，顶宽为4.0 m，迎、背水侧边坡均为1∶2.0。编织袋土由码头装驳船运至施工部位，人工水下抛填。

方案一降低库水位运行损失电量：双沟水电站多年平均发电量为3.990亿kW·h，电站额定水头为97 m，根据施工进度计划安排，第二年4月15日至6月15日两个月时间（进行围堰填筑、进水口岩塞段施工、围堰拆除）水库不超过死水位567.0 m，考虑到提前降水和水库回蓄时间，经计算，方案一降低库水位运行损失电量约0.13亿kW·h。

2）方案二。水下岩塞爆破方案选定为大孔径排孔的爆破方式、集渣坑集渣方案。水下岩塞爆破设计起爆水位为正常蓄水位585.00 m，相应起爆水深为20.90 m。设计岩塞体型选择圆形，岩塞轴线按照基本与岩塞外地形线垂直进行布置。根据本岩塞的实际情况和要求，岩塞轴线与水平线的夹角为30°，内开口直径2.0 m，外开口直径3.96 m，上沿厚度3.05 m，下沿厚度2.93 m，平均厚度3.00 m。岩塞方量为21.68 m3，岩塞厚度与直径比值为1.5。

集渣坑体积按松散体的2倍计算，相应的集渣坑尺寸为宽×深×长=3.0 m×2.5 m×10.0 m，保证集渣坑容积不小于70 m3。

大孔径排孔爆破钻孔布置方式：在直径为0.5 m的圆周上布置4个掏槽孔，孔口间距为0.35 m；在直径为1.3 m的圆周上布置12个主爆破孔，每30°布置1孔，孔口间距为0.34 m；第三圈为预裂爆破轮廓孔，共布置21孔，孔口间距为0.30 m。同时为了保证掏槽爆破的效果，在岩塞中心部位布置一个中心空孔。孔底距离迎水面的距离按0.5 m控制。岩塞爆破装药量计算见表1。

表1 岩塞爆破装药量计算表

3）方案三。导流方案为通过机组发电，使预留岩塞段施工期间库水位维持在563.5 m以下运行，保证泄水洞进水口预留段开挖、衬砌的干地施工。

方案三降低库水位运行损失电量：双沟水电站多年平均发电量为3.990亿kW·h，电站额定水头为97 m，根据施工进度计划安排，水库第二年6月份一个月时间（进行进水口岩塞段施工）水位维持在不超过563.5 m，考虑到提前降水和水库回蓄时间，经计算，方案三降低库水位运行损失电量约0.125亿kW·h。

泄水洞进水口预留岩塞段施工方案比较见表2。

经上述技术经济比较知：方案二可在正常蓄水位下施工，不存在电量损失，但水下岩塞爆破施工难度较大，质量不易控制，存在一定风险；方案一、方案三可保证进水口岩塞段在干地施工，施工较为简便，能够保证施工质量，但两个方案均需降低库水位运行，存在一定的电量损失；方案一、方案三通过机组降低库水位技术可行，电量损失大致相当，但方案三不需设置挡水围堰，且要求降低库水位运行的时间也较短，经综合分析比较，选择方案三为进水口预留岩塞段施工导流方案。

表2 泄水洞进水口预留岩塞段施工方案比较表

4 进水口岩塞段施工期间水库降水措施分析

根据施工进度安排，进水口预留岩塞段的施工时段在第二年汛前期的6月份。由于其施工历时很短（不超过1个月），且在预留岩塞段施工期间，可提前将生态流量泄放工程的进水口闸门下闸挡水度汛，即使预留岩塞段施工期间淹没进水口平台，也可根据水情预报和梯级电站调度运行情况，提前及时撤离预留岩塞段施工的人员和设备，淹没进水口平台的后果很小，故从导流建筑物的保护对象、工作时间、失事后果、导流建筑物型式等因素综合考虑，导流设计洪水标准按汛前期重现期3年。

泄水隧洞进水口施工方案为通过机组发电，使预留岩塞段施工期间库水位维持在563.5 m以下运行。

双沟上游的小山电站是松江河梯级电站的龙头，电站工程2001年枢纽工程通过专项竣工验收。双沟汛前期流量由小山—双沟区间流量及小山机组发电流量组成。汛前期3年重现期小山—双沟区间流量203 m3/s，小山机组发电设计引用流量210 m3/s，调度运行方式主要为调峰。预留岩塞段施工期间，双沟机组调度运行方式主要为调峰。

双沟水库为多年调节水库，电站机组额定泄流量为325.7 m3/s。库水位563.5 m机组额定引用流量286 m3/s。

根据小山水库2003—2011年汛前期6月份实际运行水位分析可知，水库历年水位均低于水库的正常蓄水位，最高为2011年的679.14 m，距离水库正常蓄水位683 m还有3.86 m，其间库容为1487万m3，能够蓄存小山水库汛前期3年一遇洪水，使小山水库在发生3年一遇频率的洪水时不泄洪。

1）在预留岩塞段施工期间，若小山—双沟区间发生汛前期3年一遇频率洪水时，根据上述小山电站汛前期实际运行情况分析可知，小山电站的库容能够蓄存小山水库汛前期3年一遇洪水，使小山水库在发生3年一遇频率的洪水时不泄洪。通过小山电站的调蓄作用，此时双沟电站汛前流量为小山—双沟区间流量203 m3/s，由于双沟库水位563.5 m机组额定引用流量为286 m3/s，大于汛前期重现期3年区间流量203 m3/s，通过双沟机组发电，可使双沟库水位维持在563.5 m以下运行。

2）在预留岩塞段施工期间，若小山—双沟区间发生小于汛前期3年一遇频率洪水时，小山电站的运行方式应根据小山—双沟区间的流量情况进行调度调节，适时调整小山电站的发电时间及机组发电流量，以保证小山电站的发电流量与小山—双沟区间流量之和小于双沟电站机组额定引用流量286 m3/s，通过双沟机组发电，使双沟库水位维持在563.5 m以下运行。

3）在预留岩塞段施工期间，若小山—双沟区间发生超过汛前期3年一遇频率洪水，可能淹没进水口平台（高程564.1 m）时，则应根据水情预报，提前将生态流量泄放工程进水口闸门下闸挡水度汛，并及时撤离预留岩塞段施工的人员和设备。