老挝南湃水电站导流洞设计优化方案探究

胡 清 焱， 魏 兴 存， 杜 睿 卿， 李 团 威

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

南湃水电站位于老挝万象省北部Phoun区，坝址位于南俄河支流南湃河(Nam Phay)B.Muangphoun村下游，为长引水式电站，主要任务为发电，水库正常蓄水位高程1 140 m，总库容2.059亿m3，电站额定水头700 m，设计引用流量14.03 m3/s，总装机容量为86 MW，工程规模为二等大(2)型工程。挡水建筑物级别为2级，临时建筑物为4级。坝区枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、溢洪洞、导流洞等组成。

导流隧洞布置在坝址右岸，进口底板高程为1 065 m，检修平台高程为1 078 m，出口底板高程为1 055 m，洞身轴线长度为480 m。导流洞断面型式为圆拱直墙(城门洞型)，按有压隧洞设计，过水断面尺寸为5.5 m×7 m(宽×高)，侧墙高5.5 m，顶拱高1.5 m，隧洞底坡i=2.145%。进口引渠长31 m，呈三面收缩喇叭型，进水闸室段长11.5 m，宽12 m，设平板滑道钢闸门一道，闸室后设渐变段，长15 m，由方型洞渐变为城门洞型。隧洞出口明渠长约23.1 m。

2 导流洞地形与地质条件

南湃水电站工程坝址区呈对称的“V”型河谷，两岸坝肩地形对称，左岸自然边坡坡度为45°～53°，右岸自然边坡坡度为43°～48°，河床较窄，枯水期坝轴线处水面宽约9.2～9.5 m，河床覆盖层厚度不大，一般为2.5～4.5 m，局部为6 m，坝址两岸山坡陡峻，岩石出露。

3 导流标准及规划

南湃水电站工程导流建筑物级别为4 级，施工导流分为三个阶段，即初期导流、中期导流和后期导流。根据综合地质条件、枢纽布置特点等因素，采用全断面围堰隧洞导流方式，即围堰一次拦断河床、隧洞导流的施工导流方式。施工导流规划情况见表1。

表1 施工导流规划表

4 招标及合同文件中的原设计方案

在该方案中，导流洞进口布置在坝址上游右岸侧岸坡，进水口呈三面收缩喇叭型，引渠长19.5 m，进口底板设计高程为1 060.5 m；进水塔为垂直岸塔式，设封堵平板钢闸门一道，启闭机一套，启闭机安装在高程1 091 m处；进水塔闸室段长15.5 m，宽11.5 m，塔高32.5 m，底板高程1 060.5 m，塔后设渐变段，长15 m，由方型洞渐变为城门洞型；洞身轴线长度为437.71 m，按有压隧洞设计，断面型式为城门洞型，过水断面尺寸为5.5 m×7 m(宽×高)，侧墙高度为5.5 m，顶拱高度为1.5 m，隧洞底坡i=1.68%。导流洞出口段长11.44 m，出口底板设计高程为1 053 m。

5 优化方案

从该工程开始施工阶段，根据现场实际条件，综合考虑围堰规模、挡水库容、围堰施工工期、施工期度汛、工程成本等因素，主要对导流隧洞进行了以下设计优化：①导流洞进出口、隧洞轴线以及隧洞衬砌体型等的调整；②取消了闸室高程1 078 m以上的进水塔体型及固定卷扬式启闭机；③取消了导流洞封堵闸门门槽侧、底板钢衬，调整了相关结构体型、钢筋、止水带及通气孔钢管等。

5.1 导流洞进出口、隧洞轴线以及隧洞衬砌体型等的调整

招标文件中，导流洞进口段及洞脸边坡岩体处于强风化或强弱风化过渡带中，隧洞进口洞段的上覆围岩体厚度为6.5～13 m，进口段岩体总体性状较差，断裂结构面的相互切割组合对边坡、洞室稳定性有不利影响，成洞条件相对较差。此外，导0+042～导0+429洞段裂隙发育，且多为裂隙组形式，一般宽度为0.5～3 cm，组成物主要为碎裂岩块、岩屑、岩粉等，延伸较长，走向与隧洞轴线夹角较小，且两组结构面为中陡倾角，易在隧洞边墙和拱顶形成不利结构面，对洞室稳定性有不利影响。

该工程施工开始后，技术人员对坝址区地形成果进行了复测，复测结果表明：南湃河水面高程比原设计采用的地形图高程高约3 m，同时，导流隧洞原设计进洞点河谷狭窄，施工布置不畅，据此，项目部根据地形复测成果对导流隧洞进出口布置、高程以及导流洞轴线进行了调整。

5.1.1 调整后的方案与原设计方案的差别

(1)导流隧洞进口向上游侧偏移约54 m。该处导流洞进口洞段上部覆盖层厚度增加，围岩岩性亦相对改善，出口减少了对自然稳定边坡的扰动，导流洞进口边坡的锚杆长度由原设计6 m调整为5 m，出口边坡锚杆长度由原设计的6 m调整为4.5 m。同时，引渠长度缩短为10 m，从而大大减少了进口边坡土石方明挖。调整后的导流洞进口与河道主流的交角更为合理，进口与水流的衔接更为平顺，导流隧洞进口与上游围堰之间的安全距离亦有所增加。

(2)将隧洞轴线向山体内侧进行偏移，同时，导流隧洞出口向下游侧偏移约5 m，调整后的导流隧洞洞线长度为480 m，延长了30 m，但是减少了一处曲线洞段，围岩岩性大大改善，降低了施工难度，洞内衬砌长度和衬砌工程量相应减少，由原设计方案的导流隧洞全洞段全断面钢筋混凝土衬砌调整为分段衬砌和喷混凝土支护，衬砌厚度也由原设计方案的60～120 cm减少至40～100 cm。导流洞进出口位置及隧洞轴线调整前后对比情况见图1。

(3)导流隧洞进口的底板高程由原设计的1 060.5 m 调整为1 065 m，导流隧洞出口的底板高程由原设计的1 053 m 调整为1 055 m，纵坡坡率为2.145%。

图1 导流洞进出口位置及隧洞轴线等调整前后对比图

5.1.2 调整后的导流隧洞泄流能力验算

导流隧洞轴线和洞身支护型式调整后，所引起的隧洞长度、过流断面面积、糙率等参数的变化导致导流隧洞过流能力发生了较大变化。调整前和调整后的导流隧洞泄流能力曲线见图2。

图2 调整前、后导流隧洞泄流能力曲线图

鉴于导流隧洞的泄流能力较原设计方案有所降低，由此相应带来对围堰及坝体度汛临时断面高程要求的调整。

(1)2014 年10 月～翌年5 月20 a一遇洪水时，施工导流流量Qp5月=57.1 m3/s；导流隧洞过流时，大坝上游围堰堰前水位高程为1 068.62 m，考虑安全超高1 m，上游围堰顶高程应不低于1 069.62 m，比原设计方案上游围堰高程1 065.5 m 提高了4.12 m，因此，在原设计围堰高程范围内，未增加上游围堰填筑工程量。

(2)2015 年度汛标准为50 a一遇洪水，洪水流量Q2=610 m3/s，坝前上游水位高程为1 098.6 m，比招标文件要求的同期水位高程1 090.8 m 高出7.8 m，因此，坝体临时断面在2015 年汛前(5 月底前)应全线高于高程1 101 m，进而增加了坝体填筑施工强度。

5.2 取消了闸室高程1 078 m以上的进水塔结构及固定卷扬式启闭机

固定卷扬式启闭机主要用于下闸蓄水时关闭导流洞进口封堵闸门，设计额定启闭力为2 500 kN，安装在导流洞闸门上部高程1 091 m平台，处于水库淹没区且位于库区死水位高程1 120 m以下，下闸后不具备拆除条件。通过充分研究核算，取消了排架固定卷扬式启闭机下闸方式，改为卷扬机门架下闸，由此启闭机及其拉杆等附件、导流隧洞进水塔1 078 m以上的结构被取消，卷扬机门架平台高程确定为1 078 m，节约了启闭机设备采购、运输、安装费用，优化导流洞进水塔高度13 m，大大节约了工程成本。

为保证闸门顺利启闭，项目部设计制作了简易钢门架，并对其受力工况进行了验算，制定了详细的闸门起吊方案，保证了闸门吊装安全。由于下闸撤退时间较短，通过制定周密的撤退方案，完成了闸门下放并及时撤出了人员和设备，保证了方案的实施。

5.3 取消了导流洞封堵闸门门槽侧及底板钢衬，对相关结构体型、钢筋以及止水带、通气孔钢管进行了调整

通过认真分析导流流量、导流时序及现场实际情况，取消了导流洞封堵闸门门槽侧、底板钢衬，主要包括：上游底钢衬、底封板、上游侧钢衬、上游侧封板、下游侧封板、下游侧钢衬以及下游侧底钢衬等。

由于上述构件已优化取消，故对导流洞进水塔体型和钢筋进行了以下调整:

(1)由于底板及侧墙钢衬取消，故原钢衬部位的一期混凝土凹槽相应取消。

(2)体型调整后，对该部位配筋进行了相应调整。

(3)底板及侧墙钢衬部位的插筋相应取消。

由于南湃水电站工程较普遍地使用了651型橡胶止水，而原设计方案中的451型止水用量小且需单独从国内采购，因此，将导流洞体型中的橡胶止水带型号调整为651型。由于原设计方案中的φ80 cm通气孔钢管需单独采购，而现场库存有φ40 cm钢管，经设计人员重新进行闸门关闭时通气验算后，采用φ40 cm钢管进行了代换优化。

6 结 语

经过设计人员核算及四方讨论后，最终南湃水电站导流洞工程优化成功，施工期间，导流洞各个节点均满足度汛目标要求，大坝临时度汛断面1 101 m高程中期导流目标按期实现， 2014年10 月15日至2016年6月18日(持续20个月)圆满通过过流考验，下闸蓄水目标按期顺利完成，封堵工作也在下闸后提前完成且封堵效果非常好，该项优化的成功，为类似工程提供了工程经验。