老挝色拉龙一级导流方案设计比较分析研究

2017-09-14周德彦龙军飞

水电站设计 2017年3期

关键词：色拉底孔围堰

周德彦, 龙军飞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

老挝色拉龙一级导流方案设计比较分析研究

周德彦, 龙军飞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

本文针对老挝地区洪枯流量差别大的水电工程，提出了控制导流工程规模及其造价、缩短主体工程施工工期的施工方案及对项目成败的影响，并以色拉龙一级水电站为例进行导流设计配合工期调整的多方案比较，最终提出采用厂房小基坑全年施工、主河床坝段枯期施工时段方案，有效地节约了临建工程的规模和造价，优化整个工程项目工期，促进整个工程效益发展，为其他类似工程提供借鉴。

色拉龙一级水电站; 导流方案; 设计; 比较分析

0 前言

2013年12月，我公司接到色拉龙一级水电站项目的咨询设计任务，通过进行该项目可研复核、EPC报价、设计投标及可研深化等多项工作深入研究，尤其是对施工组织设计中的导流设计方案与主体工程工期优化进行了较为详细深入的研究，为老挝地区洪枯流量差别大的宽广河床中高重力坝坝式开发方式提供参考。

色拉龙一级水电站位于老挝中部的沙湾拿吉省色邦亨河的支流色拉龙河下游河段、色拉龙河与色邦亨河汇合处上游约10 km处，距离沙湾拿吉省孟平县约42.8 km，距离省会城市沙湾拿吉市约140 km，距离老挝首都万象约568 km。色拉龙一级水电站以发电为主要开发任务，采用坝式开发。坝址控制流域面积2 879 km2，坝址多年平均流量90.6 m3/s。

1 工程概况

1.1 枢纽布置

色拉龙一级水电站枢纽工程由混凝土挡水坝、溢流坝、引水发电系统组成，最大坝高64.50 m；电站最大引用流量171 m3/s，电站装机容量70 MW，安装2台混流式机组，年平均发电量为2.699亿kW·h。水库正常蓄水位215.00 m，相应库容8.81亿m3；死水位206.00 m，调节库容2.84亿m3，具有年调节能力。

根据枢纽建筑物布置型式，色拉龙一级水电站设计下泄洪水流量为8 086 m3/s，校核下泄洪水流量9 556 m3/s。洪水宣泄全部由溢流表孔承担，布置于主河床中部偏左10～12号坝段范围内的4个溢流表孔，表孔孔口尺寸14.00 m×17.00 m(宽×高)。溢流表孔为开敞式，堰顶高程为198.00 m，堰顶设平面检修闸门和弧形工作门各一扇。

发电厂房为坝后式地面厂房，位于河床右岸14、15号坝段下游，厂房轴线与坝轴线平行布置。主厂房与上游坝体之间设置结构分缝。色拉龙一级枢纽布置见图1。

1.2 水文气象洪水

色拉龙河流域地处低纬度地区，属热带季风气候，流域气候终年温和，降水年内分配极为不均，形成明显的旱季和雨季。雨季一般从5月开始至10月底结束。

根据距色拉龙一级电站工程区直线距离约150 km的沙湾拿吉(Savannakhet)雨量站1971～2011年降雨资料统计，5～10月降雨量达全年降雨量的91.3%。流域多年平均气温为22～26℃，年内1月气温最低，月平均气温为14～21℃；4月气温最高，月平均气温为24～30℃，流域多年平均相对湿度一般在70%以上，多年平均日照2 490 h。色拉龙一级水电站坝址分期洪水成果见表1。

表1 色拉龙一级水电站坝址施工分期设计洪水成果

1.3 工程地质

工程区属丘陵河谷地貌，坝址区河段流向N80°W，以下折向S86°W，枯水期河面宽10～80 m，水面高程160.9～162.5 m，河底高程147.3～158.2 m，水深0.4～14 m。两岸岸坡平缓，岸坡坡度一般8°～30°，局部较陡。

图1 色拉龙一级水工枢纽布置示意

坝区覆盖层、强风化层、局部裂隙密集带、泥质粉砂岩以及泥岩的强度不高；以弱风化砂岩为主的岩体，强度较高，但其中分布的泥岩、泥质粉砂岩软弱夹层对坝基变形也有一定影响。大坝基础下部岩性为砂岩、泥质粉砂岩及泥岩互层，硬软相间。各岩层之间接触胶结良好，层间错动不发育，但泥质粉砂岩及泥岩强度很低，为软岩。坝区分布的泥质粉砂岩、泥岩抗风化能力弱，具强～极强风化崩解性。坝基及两岸山体主要为砂岩、泥质粉砂岩及泥岩，岩体具弱～中等透水性。

2 导流方案比较

根据水工建筑物规模，导流建筑物级别为4级，土石类导流建筑物设计洪水重现期标准为20～10年。结合分期洪水资料可知，根据水文资料，枯水期12月～翌年5月和12月～翌年4月10年一遇分期洪水分别为149 m3/s和80.7 m3/s。枯水期历时短，结合主河床坝段工程施工进度分析，采用枯水期12月～翌年5月施工时段导流工程量增加不多，但工程进度保证性较高，本阶段所涉及枯水期即指12月～翌年5月的导流时段。相应全年10年一遇设计流量为3 700 m3/s，枯期10年一遇的导流设计流量为149 m3/s。一期围堰使用年限仅有1个枯期，最大堰高13.50 m，基坑失事后损失不大。

结合水工枢纽建筑物布置及施工总进度安排，对导流建筑物布置方案进行比选，主要的设计原则如下：

(1)河道截流、围堰挡水、坝体度汛、下闸封堵、蓄水和供水等各期导流在施工期各个环节能合理衔接;

(2)施工导流建筑物的布置应与枢纽永久建筑物布置及施工总布置相协调，优选导流建筑物轴线，减少导流建筑物长度、进出口边坡开挖高度，减少导流工程量和施工工期，减少施工干扰；

(3)导流方案适应河流水文特性和地形、地质条件;

(4)导流方案适应水工枢纽布置要求，围堰布置适应大坝基础处理要求;

(5)结合利用永久建筑物，减少导流工程量和投资;

(6)围堰型式及高度应满足在一个枯水期完建并不影响工程挡水度汛的要求;

(7)导流工程布置和施工应尽量减少对地方过境交通的影响。

按照上述原则，拟定如下三种导流方案：

(1)方案一：全年明渠导流方案;

(2)方案二：分期导流全工程枯期施工方案;

(3)方案三：分期导流，主河床坝段枯期、厂房全年施工方案。

2.1 方案一:全年明渠导流方案

2.1.1 导流方案及程序

束窄河床修建一期围堰，在一期围堰保护下施工左岸导流明渠。在左岸台地布置导流明渠，为二期施工期间的泄水建筑物。第一年12月河床截流，修建主河床全年上下游围堰。待坝体完建后，枯期利用导流底孔改建导流明渠坝段。导流程序见表2。

2.1.2 导流建筑物设计

导流建筑物主要有一期土石围堰、导流明渠、二期土石围堰、导流底孔及三期枯期土石围堰。

导流明渠：布置在左岸台地，为二期施工期间的泄水建筑物。明渠进口高程163.00 m，出口高程162.5 m。上游段为梯形断面型式，底宽52 m，顶高程178 m；左侧坡比1∶0.75，喷锚支护；右侧为混凝土重力式边墙，顶宽1 m，坡比1∶0.6。坝身部分占压3个挡水坝段，为矩形断面型式，底宽52 m，边墙厚度4 m，顶高程178 m。下游段为梯形断面型式，底宽52 m，顶高程从178 m渐变到173 m；左侧坡比1∶0.75，喷锚支护；右侧为钢筋石笼重力式边墙，顶宽1.5 m，左右侧坡比1∶0.5，中部用石渣回填。

导流底孔布置于冲沙坝段内，底高程158.50 m，孔口尺寸为4 m×4.5 m(宽×高)，长42.0 m。底孔进口段设有闸墩和门槽，以便后期下闸封堵。

2.1.3 施工进度

该方案主体工程开工时间(即导流明渠开始开挖)为第一年的4月1日至第四年8月底，首台机组发电工期为41个月，至工程完建共计43个月(不含工程筹建及准备工程工期)。

2.2 方案二:分期导流全工程枯期施工方案

2.2.1 导流方案及程序

在一期土石围堰保护下，两个枯期完成右岸挡水坝、导流底孔和厂房、二期枯期导墙等项目，厂房全年施工。二期枯期施工溢流坝段和左岸挡水坝段，汛前形成坝体度汛缺口，汛期厂房及左岸挡水坝段继续施工，汛后完成缺口坝段。洪水期后恢复枯水期围堰。导流程序见表3。

表2 方案一导流程序

表3 方案二导流程序

2.2.2 导流建筑物设计

导流建筑物主要有一、二期土石围堰，二期混凝土纵向导墙及导流底孔等。导流底孔及纵向导墙的布置与水工厂房、大坝的布置相结合。

一期围堰围右岸，堰体和堰基防渗采用高压旋喷灌浆防渗墙的土石围堰结构型式。上、下游设计洪水位163.70 m和162.76 m，围堰顶高程上游段165.00 m，下游段165.00～163.80 m。一期土石围堰轴线全长215.0 m，围堰顶宽6.0 m，迎水面坡比为1∶1.75，背水面坡比为1∶1.5，最大高度13.5 m。围堰迎水面用0.5 m厚的块石护坡，以保证围堰堰脚及坡面的稳定。

二期混凝土纵向导墙的结构型式为混凝土重力式，导墙长102 m，顶宽3 m，建基面高程为155.0 m，堰顶高程168.0 m，最大堰高12 m，迎水侧坡面垂直，背水侧坡比1∶0.3。

二期上、下游土石围堰的堰体和堰基防渗均采用高压旋喷灌浆防渗墙。上游围堰设计洪水位166.62 m，堰顶高程168.00 m，轴线长99.5 m，最大堰高9.6 m；下游围堰设计洪水位162.76 m，堰顶高程163.80 m，轴线长80.1 m，顶宽和堰坡同一期围堰，最大堰高13.6 m。

导流底孔布置与方案一相同。

2.2.3 施工进度

该方案主体工程开工时间(即坝肩开始开挖)为第一年的9月1日，至第五年8月底首台机组发电,工期为48个月，至工程完建共计50个月(不含工程筹建及准备工程工期)。

该方案采用枯期围堰挡水施工，主体工程雨季考虑停工(若具备条件也可施工)。

2.3 方案三:分期导流，主河床坝段枯期、厂房全年施工方案

2.3.1 导流方案及程序

在一期土石围堰保护下，完成厂房小基坑全年围堰和导流底孔等项目，厂房全年施工；导流底孔布置在进水口坝段和溢流坝段之间，下游与厂房尾水导墙结合布置。二期枯期施工溢流坝段和左岸挡水坝段，汛前形成坝体度汛缺口，汛期厂房及左岸挡水坝段继续施工，汛后完成缺口坝段。导流程序见表4。

表4 方案三导流程序

2.3.2 导流建筑物设计

导流建筑物主要有一、二期土石围堰，二期混凝土纵向导墙及导流底孔等。导流底孔及纵向导墙的布置与水工厂房、大坝的布置相结合。

导流底孔，二期导墙，一、二期围堰结构型式及断面与方案二相同。

厂房全年围堰包括上游围堰、纵向导墙和下游围堰。堰体和堰基防渗采用高压旋喷灌浆防渗墙的土石围堰结构型式。上、下游设计洪水位176.00 m和173.00 m，上、下游围堰顶高程分别为178.00 m和175.00 m。厂房上、下游围堰轴线全长分别为105.0 m和75.00 m，围堰顶宽均为6.0 m，迎水面坡比为1∶1.75，背水面坡比为1∶1.5，上、下游围堰最大高度分别为13.0 m和17.0 m。围堰迎水面用0.5 m厚的块石护坡，以保证围堰堰脚及坡面的稳定。厂房混凝土纵向导墙的结构型式为混凝土重力式，上、下游段导墙分别长78 m和70.00 m，顶宽3 m，建基面高程分别为161.0 m和155 m，堰顶高程分别为178.0 m和175 m，最大堰高分别为17 m和20 m，迎水侧坡面垂直，背水侧坡比1∶0.3。

2.3.3 施工进度

该方案主体工程开工时间(即坝肩开始开挖)为第一年的9月1日至第四年8月底，首台机组发电工期为36个月，至工程完建共计38个月(不含工程筹建及准备工程工期)。

该方案采用枯期围堰挡水施工，主体工程雨季考虑停工(若具备条件也可施工)。

3 方案比选结果

三个导流方案主要特性对比如表5所示。

根据表5可知，明渠导流方式在三个导流方案中，导流工程直接投资最大，工期介于分期导流方案一、二之间，因此,本阶段结合工程投资、财务评价和工程风险分析，为达到尽可能短的施工工期和尽可能小的导流费用的目的，本工程推荐河床溢流坝段采用枯期施工、厂房小基坑全年施工的分期导流方案，即:在一期枯期围堰保护下，完成厂房小基坑全年围堰和导流底孔等项目；厂房全年施工；二期枯期施工溢流坝段和左岸挡水坝段，形成坝体度汛缺口，汛期溢流坝段继续施工，汛后缺口坝段上升到顶。

4 结论

施工导流设计是水利水电枢纽总体设计的重要组成部分，贯穿工程施工的全过程。色拉龙一级水电站采用厂房小基坑全年施工的分期导流方式，综合工程技术经济比较，推荐采用厂房小基坑全年施工、主河床坝段枯期施工的分期导流方式。

结合主体建筑物进行设计，根据主体建筑物的特性，充分利用第二年汛期施工厂房项目，并利用扩

表5 三方案主要特性对比

挖河床和导流底孔联合过流，第三年汛期则利用溢流坝段度汛缺口过流，其他坝段继续施工。该方案减小了导流泄水建筑物及挡水建筑物的规模，有效地节约了临建工程的造价，降低了工程的总投资。通过对不同导流方案拟定并进行定量与定性分析相结合的方法，通过对导流建筑物的施工强度、施工难度、工程造价和施工进度等因素进行综合考虑，最后确定最优方案。

色拉龙一级水电站工程即将开工，可以进一步实践验证导流方案具有可行性，为主体工程的顺利施工创造良好的条件。

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