黄河上游某水电站施工导流设计

贺智安 王永胜 雷丽萍

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

1 工程概况

某水电站位于青海省果洛藏族自治州黄河上游干流上，流域面积98 346 km2，多年平均流量533 m3/s。本工程以发电为主，正常蓄水位3 275 m，相应库容14.82亿m3，调节库容2.415亿m3，具有季调节能力。总装机容量2 200 MW，多年平均发电量72.39亿kW/h。本工程为一等大(1)型工程，枢纽建筑物组成为钢筋混凝土面板堆石坝、泄洪放空洞、溢洪道、引水隧洞及地下厂房等。

2 施工导流

2.1 导流方式

某水电站坝址位于高山峡谷中，两岸边坡陡峻，为不对称“V”型河谷；坝址区两岸山体雄厚，出露地层主要为三叠系中～上统(T2～3)变质砂岩和侵入岩二长岩(πγ5)等，岩石完整性好，具备布置大型导流隧洞工程地质条件；黄河流域的径流主要来自降水，融雪补给为辅，流量丰沛稳定，洪水涨落差较小，洪水时间较长，频次较少，较长的间隔期，有明显的洪水年交替周期；工程区位于我国高原寒冷区域，多年平均气温0.5 ℃，每年10月～4月月平均气温小于5 ℃，混凝土进入冬季施工，施工时段较短，枯水期导流方式不宜采取；本工程以发电为主，经济和社会效益显著，坝址区地形狭窄，分期导流不利施工机械布置，将严重影响工期，损害工程综合效益。综合考虑工程区地质地形条件、水文气象特征、水工枢纽建筑物特点、导流建筑物布置、主体工程施工等因素，本工程选取隧洞导流、围堰一次截断河床的导流方式。

2.2 导流标准

依据《水电工程施工组织设计规范》的相关规定，导流建筑物工程规模划分为3,4,5三个级别。本工程导流建筑物保护对象为大坝和引水发电系统尾水出口；失事后将推迟工程总工期及第一台机组发电，由于围堰堰前拦洪库容小，导流建筑物失事后对下游不会造成重大灾难；围堰使用年限2年；上游围堰最大堰高53 m，围堰堰前库容为0.26亿m3，小于1亿m3。从以上条件看，符合4级导流建筑物级别要求。

1)初期导流标准。按照施工总进度的安排，本工程计划第2年11月进行主河床截流。初期导流时段为第2年11月～第5年5月，该时段由围堰挡水，导流洞泄流。本工程规模巨大，为确保工程按期发电，初期导流度汛标准采取20年一遇设计洪水流量Q5%=3 390 m3/s。

2)中期导流标准。按照坝体填筑施工进度安排，当坝体填筑高度超过上游围堰堰顶高程时，进入中期导流时段，该时段为第5年6月～第7年10月，度汛由坝体临时断面挡水，导流隧洞泄流。坝体临时断面拦洪库容大于1.54亿m3，度汛标准在100年～200年间选取，根据本工程河流水文特点，100年与200年洪水流量差别不大，为确保工程安全，选用200年洪水重现期，相应流量为Q0.5%=4 810 m3/s。

3)后期导流标准。安排第7年11月导流洞下闸，第7年11月～第8年12月进入后期导流时段，该时段由未完建坝体挡水度汛，永久建筑物泄流。考虑本工程重要性、导流风险等因素，后期导流阶段坝体度汛正常运用洪水标准选择为重现期500年，相应流量为Q0.2%=5 350 m3/s。

2.3 导流程序

根据选定的围堰一次截断河床，全年土石围堰挡水，隧洞导泄流的导流方式，结合施工进度设计成果，初步确定本工程的导流划分见表1。

2.4 导流建筑物设计

本工程导流建筑物由闸门井式导流隧洞、上游和下游土石围堰等建筑物构成。

2.4.1导流隧洞设计

导流隧洞选择在围岩类别较好的岩层中布置，洞轴线避免与岩层面平行，夹角宜大于30°；充分利用河道地形条件，隧洞选择在凸岸布置，可以缩短洞线长度，并使洞线尽量顺直，减少弯道；为确保水流顺畅，导流洞进出口轴线与河道主流夹角不宜大于30°；为防止冲刷上下游围堰坡脚，围堰坡脚应距导流洞进出口距离不小于30 m。

经过导流布置比选，导流隧洞选择在大坝左岸布置，进口位于德穆朗沟下游约15 m黄河拐弯处基岩陡壁下方，进口水流与河道平行，水流衔接平顺，出口位于赛日托沟口上游，出流顺畅。导流泄水建筑物全线总长为1 418.141 m，由进口明渠段、洞身段、闸室段、出口涵洞段、出口明渠段组成。进口高程3 090.0 m，采用三面收缩的椭圆曲线型喇叭口；出口高程3 079 m，出口消能工采用消力池加消力坎的底流消能方式；由于导流洞进口处河道狭窄，无法采用岸塔式进水口，导流洞闸门采用洞内竖井式，闸门井布置在大坝帷幕线上游，闸门井底板高程3 088.5 m，闸门进口按两孔过流设计，断面形式为2×16 m×6.5 m(高×宽)的矩形断面。导流洞断面型式为“城门洞”型，断面尺寸13 m×16 m(宽×高)，洞内流态按有压洞设计，出口按非淹没设计，隧洞过常遇流量时为明流，相应流态为陡坡急流。根据水工模型的流态、流速分部和对下游围堰及下游河道冲刷的试验情况，修正导流洞纵坡，设置两个纵坡，分别为闸门前纵坡i=3.774‰，闸门后纵坡i=8.305‰。

2.4.2上游围堰设计

根据上游围堰20年一遇洪水对应水位3 133.43 m，加上安全超高及风浪壅高，围堰堰顶高程取3 135 m，围堰建基面高程为3 082.0 m，最大围堰高度53 m。围堰河床覆盖层地质条件为级配较差，透水性较高的砂卵砾石层，易发生管涌型渗透破坏，且考虑堰前水头较高，因此采用混凝土防渗墙可有效保护围堰渗透破坏。围堰防渗墙平台高程选取考虑该地区11月～2月气温较低，对混凝土防渗墙施工不利，防渗墙施工安排在次年3月～5月份进行，防渗墙施工平台高程按该时段20年一遇洪水流量对应的高程，并考虑防渗稳定性及安全超高，取平台高程为3 125 m，防渗墙顶高程以上至围堰堰顶防渗型式采用粘土防渗。根据围堰三维渗流稳定计算，围堰上下游边坡坡比均为1∶2，采用1 m厚的干砌石对围堰迎水面边坡进行防护。堰顶宽度根据交通及防汛要求设计为20 m。

2.4.3下游围堰设计

下游围堰布置于大坝下游坡脚176 m～188 m处，电站尾水出口下游侧，距导流洞出口50 m，根据水工模型试验，避开了出口回水区，避免出口水流淘刷。

根据导流洞出口20年一遇洪水回水位3 088.0 m，以及安全超高与风浪爬高，下游围堰堰顶高程取3 090.0 m。围堰迎水面采用块石进行坡面防护，坡比取1∶1.75，围堰背水面坡比1∶1.5。围堰左岸端头与导流洞导墙相接，右岸端头抵入岩石边坡，为适应两岸衔接方式，采取乌卡斯全混凝土防渗墙防渗。

2.4.4导流洞施工支洞设计

本工程导流洞具有洞线较长、进出口边坡高陡、开挖断面大、河谷狭窄、施工道路布置困难等特点。为满足导流洞和围堰施工要求，布置过坝交通洞和交通洞内分岔形成0号、1号、2号、3号施工支洞和去闸室交通洞，过坝交通洞为导流建筑物施工主干线，沟通上下游围堰，利用0号施工支洞进行导流洞进口施工，去闸室交通洞进行闸室施工，其他施工支洞进行导流洞分段施工，单个施工支洞最大控制隧洞长度约340 m。施工支洞是施工导流洞的主要道路，设计等级为水电三级，采用双车道布置，支洞净断面尺寸设计为8.5 m×7 m城门洞(宽×高)。

3 结语

认真做好施工导流设计比选，有利加快主体工程进度，提高工程综合效益，保证工程施工安全。某水电站施工导流采用隧洞导流、围堰一次截断河床的导流方式，为大中型高山峡谷寒冷地区水利枢纽导流设计提供参考。