龙背湾水电站工程施工导流度汛方案变更优化设计

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(中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安 710065)

1 工程概况

龙背湾水电站工程位于湖北省竹山县堵河支流官渡河上，为第一级电站、龙头水库，下距两河汇合口45.6km，距竹山县城90km。工程以发电为主，兼有航运、旅游开发等综合效益。工程规模为大(2)型，工程等别为Ⅱ等。主要建筑物大坝为1级建筑物，其他永久建筑物如溢洪道、引水系统和电站厂房均为2级建筑物。水库正常蓄水位520m，最大库容8.3亿m3，电站总装机2×90MW，电站设计引用流量170.6m3/s。

大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶轴线长度465m，坝顶宽10m，坝顶高程524.30m，最大坝高158.3m，坝体总填筑量约700万m3。

2 原导流方案及导流建筑物

拦河坝施工期导流采用河床一次断流，上、下游土石围堰挡枯水期洪水，汛期坝体临时度汛断面拦洪，左岸布置2条导流隧洞泄流的方案。

2条导流隧洞为8m×10m城门洞形，低、高错层布置，均布置在左岸。低导流洞进口高程393.00m，出口高程389.00m，洞身长度606m，采用钢筋混凝土全断面衬砌；高导流洞进口高程406.00m，出口高程394.00m，洞身长度500m，同样采用钢筋混凝土全断面衬砌。

上游围堰位于坝轴线上游约480m处，采用不过水围堰，堰顶高程412.00m，考虑上游围堰作为坝前跨河交通道路，堰顶宽度取10m。围堰防渗采取塑性混凝土截渗墙上接黏土心墙的防渗形式。截流戗堤顶宽8m，顶部高程406.00m，上、下游边坡1∶2。

下游围堰布置在坝轴线下游约910m处，采用不过水围堰，堰顶高程398.00m，堰顶同样作为下游跨河交通道路，宽度取10m，围堰采用高压旋喷墙进行防渗。

3 问题提出

基于对原导流度汛方案截流前后设计施工进度安排，结合现场施工条件，按原设计导流度汛方案实现一次断流临时度汛断面难度较大，防洪度汛风险较大，因此考虑对原有的施工导流(度汛)方案进行变更设计。

3.1 原方案度汛前施工强度分析

3.1.1 围堰高喷防渗墙施工

上、下游围堰高喷灌浆总进尺6786m，包括高喷灌浆施工，以及高喷灌浆前的试验、高喷灌浆后的质量检查和验收，施工时间仅21d，施工时间明显偏紧，高喷完成时间将延后。

3.1.2 基坑开挖施工

该工程基坑395.00m高程以下最大开挖深度29m，开挖总量57.58万m3，其中石方开挖11.63万m3(含保护层开挖0.51万m3)、砂卵石开挖45.95万m3，按进度计划要求在77d内完成，日平均开挖运输强度达0.75万m3，月平均开挖运输强度22.5万m3，其中石方开挖运输强度4.53万m3。

截流后趾板深基坑开挖作业仓面越来越小，排水工作量增大，施工机械开挖运输难度增加，而且基坑内岸坡及河床趾板均有1.5m厚的保护层开挖，需采取手风钻浅孔小药量控制爆破，高强度开挖运输施工难以在大坝趾板基坑内实现，延长开挖运输工期的可能性较大。

3.1.3 大坝基础密实处理

在对大坝基础表层砂卵石清挖后，根据探坑试验成果，确定大坝基础密实处理方式，目前暂按碾压考虑；若根据试验结果需采取基础强夯处理，则将大大增加基础处理时间，影响大坝临时断面填筑有效施工时间，影响防洪度汛安全。

3.1.4 大坝度汛断面填筑施工

原设计度汛断面上、下游相邻高差过大，按30m高差控制，下游台阶宽度50m，新确定的度汛断面填筑方量在150万m3以上，通过充分备料和增加设备投入，在右岸临时交通隧洞及时完工、相应上坝运输道路通行无阻的条件下，该填筑强度是可以实现的。

3.1.5 挤压边墙施工

挤压边墙最低高程为366.80m，相应长度110m，最高高程为440.00m，相应长度307m。从开始施工到度汛断面完成，挤压边墙高度73.2m，每层0.4m高，挤压边墙共183条。

根据原计划安排，大坝临时度汛断面施工工期121d，河床趾板混凝土的浇筑与待强至少还需要2周时间，这也是制约挤压边墙施工的关键工序，另外还有跨春节施工和其他不利天气影响，大坝度汛断面挤压边墙有效施工时间不到100d，这就要求大坝连续4个月平均每天保证挤压边墙及下游填筑体上升2层，才能满足防洪度汛需要。

显而易见，仅从挤压边墙施工进度来看，大坝在4个月内完成度汛断面的上升有较大难度。

3.2 现场施工条件

3.2.1 石料场

目前砂石料系统已完成招标，大坝主堆石和过渡料与砂石系统共用R3料场，实施过程中相互干扰及协调难度均很大，料场附近并不十分开阔，一定程度上也将影响坝料开采强度和备料工作。同时R3料场受移民征地影响，其剥离开采尚待时日。

3.2.2 运输条件

R3石料场位于大坝上游原马厂河电站后山，大坝各填筑料主要从下游运输上坝，唯一联系大坝上下游交通的是右岸临时交通隧洞，运输条件单一。R3料场经交通隧洞距大坝3～4km。

3.2.3 左岸导流隧洞

目前正进行左岸高低导流隧洞的施工，高导流隧洞进出口的洞脸边坡部分开挖，低导流隧洞正待进洞。龙背湾山体不仅单薄，从现场开挖揭示的地质条件来看，隧洞穿越地层岩石条件较差，成洞条件不好，山体开挖隧洞过多对山体影响较大，且高低导流隧洞相距较近，不论平行集中施工，还是搭接施工，两洞施工均相互干扰，影响各自的施工进度。

4 施工导流(度汛)变更设计

根据该工程区的地形地质条件，结合其他建筑物的布置、土石方平衡及现场施工情况等因素，确定施工导流仍为一次拦断河床围堰挡水、隧洞导流的方式。

结合类似工程经验和该工程实际，提出以下两种变更设计方案进行比较。

4.1 枯水围堰方案(先期进行基础防渗处理)

仍采用枯水期不过水围堰挡水，高低2条导流隧洞导流，汛期临时坝体挡水，2条导流隧洞泄洪度汛。导流度汛标准均不发生变化，只是为争取截流后有更多的有效时间给大坝施工，先期将上、下游围堰的基础防渗处理安排在截流前的一个枯水时段内完成。

4.2 全年高围堰方案

全年高围堰填筑料主要是直接利用建筑物开挖料，高围堰规模在满足进度和安全的情况下可尽量大些，结合现场低导流隧洞已正在实施现状，取消高导流隧洞，采用单一的低导流隧洞泄洪，以减小导流建筑物规模，节省工程投资。

通过调洪、抗滑、渗流计算及稳定分析，确定全年高围堰断面结构设计如下：

4.2.1 上游围堰设计

围堰顶部高程445.00m，围堰顶宽10m，防渗墙施工平台403.50m高程以上，上游边坡1∶2.5，下游边坡1∶2.0，上游坡404.00m高程以上不设马道，下游坡426.00m高程设一级马道，宽5m，406.00m高程的下游为建筑物开挖料弃料平台，可进行现场大坝生产性碾压试验，试验后的平台可作为施工布置区，该平台同时对高围堰下游堰脚有保护作用。

4.2.2 下游围堰设计

该方案上、下游围堰施工同在截流的枯水时段内进行，下游围堰基础及堰体部分均采用高压旋喷防渗，避免分期互导施工的平台附加量及对松树岭水库水位的要求，简化施工程序，节约工程投资。

a.围堰防渗体设计。下游围堰高压旋喷墙有效厚度为0.6m，入岩深度不小于0.5m。防渗墙施工平台高出设计水位不小于2.0m。

通过上游高围堰拦蓄洪水后，全年P=5%标准洪水通过低导流隧洞后下泄流量为1538.5m3/s，考虑到还有支沟来水，下游围堰处的设计洪水洪峰流量为1550m3/s，对应水位为394.90m，防渗体考虑一定的安全超高，取防渗体墙顶高程为396.00m。

b.围堰体结构设计。考虑下游围堰作为截流后两岸的联系交通，取防渗平台(即堰顶)高程为398.00m，顶宽10m，上、下游边坡均为1∶2.0。

4.3 全年高围堰与枯水围堰方案比较

a.全年高围堰填筑施工充分直接利用建筑物开挖料，避免了料源准备不足或运输道路的制约，围堰填筑料的供应有充分保证，有利于高围堰的按期完成，不确定因素少，防洪度汛安全有保障。

b.相对于枯期低围堰，全年高围堰避免了汛期由于低围堰经常过水带来的大坝上游基坑清理工作，避免了大坝渗漏水对大坝下游部分填筑及下游厂房施工的影响，大坝施工一期面板、坝前铺盖、河床及部分岸坡趾板灌浆等项目施工也更加灵活，施工强度更加均衡。

c.利用建筑物开挖料进行全年高围堰施工，节省了渣场水土保持的费用。

d.该工程施工场地狭窄，可对全年高围堰与大坝河床趾板间、大坝下游与下游围堰之间河段，经适当平整后作为施工场地进行布置。

e.可大幅缩小导流建筑物规模，不考虑大坝下游应急备料，节省临时建筑物工程投资和措施费用。

综合分析全年高围堰导流方案优于枯水围堰导流方案。

5 结 语

龙背湾水电站工程目前施工进展顺利，大坝二期混凝土面板已于2014年6月底浇筑完成。通过3年多来的施工体会，该工程通过对导流度汛方案的变更优化设计，取消了高导流隧洞，施工导流度汛采用全年高围堰挡水，一汛(截流后的第一汛期)大坝回填未超过上游围堰顶部高程，二汛前将坝体上升到坝体挡水度汛高程(460.00m)以上，该填筑方式不影响大坝施工工期，方便了大坝施工，施工强度更加均衡，进度和工程质量均有保障；由于取消了高导流洞，全年高围堰挡水度汛，省去了大坝下游的应急备料，节省了工程投资；同时，施工过程中不确定因素相应减少，防洪度汛安全也得到了极大保障。