某水电站导流洞优化设计

【摘要】在某水电站导流洞的设计过程中，随着设计阶段的深入和相关工程条件的逐步清晰，设计不拘一格大胆创新，进行了一系列全方位的优化，加快了施工进度、按期完成了导流洞节点分流目标，节约了工程投资，效果非常明显。导流洞过流后，已经安全运行两年，并经过了一个汛期的考验。本文对某水电站导流洞的设计优化过程和成果进行详细的介绍，可以同类工程设计参考和借鉴。

【关键词】水电站；导流洞；优化设计

1、概述

某水电站是河道规划的梯级电站，距离上游水电站30km，上游水电站具有季调节功能，本水电站属二等大（2）型工程，电站的开发任务是发电，枢纽工程由碾压混凝土重力坝、坝身开敞式溢流表孔、右岸引水系统+地下厂房等主要建筑物组成。

导流洞级别为4级，设计洪水标准为5年一遇。导流洞作用为枯期过流，汛期联合其它泄水通道过流度汛。具体导流方式为：枯期采用土石围堰一次拦断河床、隧洞导流；截流后第一个汛期由导流洞和大坝基坑联合过流，第二个汛期由导流洞和大坝预留缺口联合泄流度汛。

导流洞布置在河道右岸，为8×10m（宽×高）的城门洞型断面；导流洞有进口明洞段、洞身段、洞身闸门井、出口明洞及出口明渠组成；进口为明洞型式，明洞段长10.00m（交通需要）；出口由明洞和明渠组成，明洞段长22.90m（交通需要），明渠长15.50m。洞身段总长590.43m，纵坡0.3387%。

导流洞开挖揭露的主要地层为O1t3中厚～厚层夹薄层微晶灰岩和O1t2-3薄层灰岩与薄层泥岩互层。桩号0+000～0+431.78段全部为O1t3地层；0+431.78～0+590.43段洞身上半部分为O1t3地层，下半部分为O1t2-3地层。

2、可研方案比选

导流方案采用枯期隧洞导流，汛期采用基坑过流或大坝预留缺口联合泄流的方式，故布置一条隧洞即可满足施工期导流要求，且导流洞布置在左、右岸均可行，见图1。经分析，这两个布置方案的上下游围堰布置基本相同，因此仅对导流洞布置方案进行比较分析，见表1。

通过以上分析，右岸导流洞在经济性和工期上具备明显优势，最终选定导流洞布置于右岸。右岸导流洞布置上存在以下特点：

（1）巧妙的布置在大坝（河道）与厂房及相关洞室之间的有限区域，最终布置轴线距离大坝（河道）最小距离为5m，距离厂房及相关洞室最小距离为11m，距离不满足规范相关规定，采取了混凝土加固和现场爆破控制的实施方案解决。

（2）进口利用河道左岸的一个大冲沟布置，不仅缩短了隧洞布置长度，节省了投资和工期，而且利用冲沟布置施工设施，方便了施工。

（3）导流洞与尾水隧洞斜向交叉，导流洞底板与尾水洞顶拱之间围岩厚度约6.4m，按照施工进度计划，导流洞先进行施工，后期导流洞过水时，进行尾水洞的施工。在设计过程中，按照“如果交叉段导流洞与尾水洞之间的围岩坍塌，需要保证导流洞能单独正常运行”考虑，确保了施工安全和正常运行。

（4）隧洞出口转弯后直接进入河道，未经过充分的水流调整，与规范中直线段长度不宜小于5倍洞径的要求相差甚远，但由于本规范为推荐规范，本工程受地形影响较大，在设计充分论证和采取其它措施的前提下，突破了本条规定。

（5）导流洞出口地形陡峻，如果按常规设计开挖面与洞轴线垂直的方案，则开挖面高，开挖量，施工难度大，最终顺应天然地形，减少开挖，直接斜向进洞。

左岸导流洞 导流洞断面型式为城门洞型，过水断面8×10m，过水面积75.18m2，洞长630.0m；进出口高程分别为341m、339m。在平面上转两个弯，转弯半径均为60m，转弯角分别为44.16°和45.19°。 ① 导流洞与进场交通各处一岸，施工及运行时互不干扰。 ①由于场内交通进场方向为右岸，需在筹建期解决跨河施工问题，上下游均需设置贝雷桥。投资较高，导流工程土建及跨河交通约4257万元。

②导流洞布置在左岸，准备期将相对延长，导流洞开工时间将推后，对总工期不利。

3、方案实施优化

实施阶段，实际进度和设计进度发生了变化，地质条件也更加明朗，因此在实施过程中根据实际情况主要进行了以下调整和优化。

（1）取消了上游施工支洞：原设计考虑进口汛期施工，从施工支洞开挖进入主洞，然后分别从上下游方向开挖导流洞，但实施时，可以利用上游水电站的调蓄和水情预报，设计建议导流洞分上、下两层开挖，直接从导流洞进口进洞，待下层开挖时，已经进入枯期，下层开挖风险较小；另外，施工支洞开工时间相对滞后（推迟了3个月），原设计的施工支洞进洞时间和主洞进洞时间发生重合，如果继续开挖上游施工支洞，则开挖到与导流洞交叉点时，从导流洞进口开挖的工作面已经超过施工支洞与导流洞交叉点，施工支洞的实施已经失去了意义。另外，利用上游水电站的调蓄和水情预报，设计建议导流洞进口开挖的同时，从河岸修筑便道，到达导流洞出口工作面，这样可以加快施工进度，通过以上有利条件的利用和分析，最终并没有耽误总工期。

（2）取消部分洞段的固结灌浆：为增加围岩的坚固完整性，发挥围岩和混凝土衬砌的联合支撑作用，原设计对洞身围岩较差的洞段设置了固结灌浆。在实施过程中，经过对导流洞运行条件分析，对导流洞的固结灌浆进行了優化。本工程闸门井布置于导流洞中间部位，闸门井前面运行、封堵期内外水头基本平衡，承受外力相对较小，经分析取消了闸门井前面的固结灌浆；洞身开挖之后，对闸门井之后洞段进行了压水试验，对闸门井后部分洞段进行了压水试验，通过资料分析，部分洞段透水率很小，最终取消了透水率很小洞段的固结灌浆。

（3）导流洞进口调整：导流洞实施阶段，砍掉导流洞进口部位植物，对导流洞进口地形进行了高精度测量和详细查勘，经过分析，调整了导流洞进口进洞方案，由原设计的直线进洞调整为转弯进洞，由于调整后洞口冲沟宽度较原进口冲沟宽度增大，减小了冲沟地形对进洞水流的影响。

（4）导流洞洞身优化：导流洞洞身上半部先行贯通，然后进行下半洞的开挖，根据上半部开挖揭露的实际地质情况，对洞身开挖、支护和衬砌进行优化，由于下部开挖后很快就要衬砌，因此，取消了下部大部分的喷混凝土；部分围岩较好洞段，直接取消衬砌，改为喷锚支护。

（5）堵头施工程序调整：原设计堵头段开挖和衬砌结构均为楔形体，在施工期要形成；经过讨论认为，先期形成楔形体，开挖和衬砌复杂施工复杂，同时对过流时水流流态和过流能力影响较大，决定在封堵时再开挖形成楔形体，然后封堵。

（6）导流洞出口明洞优化：根据现场揭露的地质情况，导流洞出口明洞基础的地质情况较原勘探差，大部分底板基础坐落在覆盖层上，其地基承载力及抗冲能力不能满足设计要求。为此，调整了原设计导流洞出口明洞的交通功能，取消原明洞段结构，原交通路线的调整并没有增加工程投资。原导流洞明洞起着导引水流进入主河道的作用，取消后采取了明渠导引的方案。

（7）与交通洞交叉段施工程序：交通洞原设计从导流洞出口明洞接入，出口明洞调整后，交通洞从导流洞洞身上部穿过，交通洞底板距离导流洞洞身顶拱仅1.5m，交通洞施工时，下部导流洞已经挖通，为了施工期安全和后期导流洞正常运行，设计最终采取了挖穿两洞之间岩体，在浇筑明拱跨越导流洞的方案方案。

4、总结

通过优化设计，节省了工期达3个月，工程开工后，施工经过了一个枯期，在第二年汛前（4月份）顺利完成整个土建实施，具备分流条件。工程节省投资明细，原可研阶段导流洞直接投资约为2500万，实施阶段投资约为1400万，节省投资约1100万，效果非常显著。

作者简介：凡伟（1986.5-），男，硕士，甘肃静宁人，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司。