月潭水库工程施工导流设计

2020-05-09何文君

广西水利水电 2020年2期

何文君

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，合肥 230088）

1 工程概况

月潭水库工程位于安徽省休宁县境内的率水河上，大坝坝址在下琳溪村下游约500 m处，距休宁县城约18.5 km。坝址控制流域面积908 km2，总库容1.57亿m3，为大（2）型水库。水库以黄山市屯溪区的城市防洪为主，兼具城镇供水、生态环境保护、旅游、发电和灌溉供水等多项功能。水库建成后，黄山市屯溪主城区防洪能力由25年一遇洪水提高到100年一遇，电站装机容量2×10 MW，多年平均发电量为4 326万kW·h。水库供水规模为18.3万m3/d，年均供水量为6 846万m3。水库设计灌溉面积为1.45万亩。枢纽工程由拦河坝、泄洪表孔、泄洪底孔、生态放水管、发电引水管道、发电厂房及升压开关站、鱼道等建筑物组成。枢纽工程平面布置见图1。

图1 枢纽工程平面布置图

拦河坝为混凝土重力坝，坝顶高程为173.6 m（1985黄海高程系，下同），最大坝高36.6 m，坝顶长度为214 m，坝顶宽7.0 m，共分11个坝块。其中，初步设计确定的泄洪建筑物布置为：泄洪建筑物布置在河床坝段2#～7#坝块（右岸向左岸依次编号，下同），由5个表孔与4个底孔间隔布置。表孔单孔净宽9.0 m，堰顶高程平正常蓄水位165.0 m，堰顶设置弧形闸门控制；进口底板高程144.8 m，标准段尺寸6.0 m×6.0 m（宽×高），出口底板高程141.5 m，尺寸6.0 m×5.0 m（宽×高），进口设事故检修闸门，出口设弧形工作闸门。本工程采用底流消能，下游消力池底高程134.5 m，净宽89.0 m，池长115.0 m，两侧边墙顶高程150.5 m，消力池内底孔边缘增设长35.0 m导流墩，尾坎与下游河床平。

发电引水系统布置于左坝段的7#和8#坝块，进口高程147.0 m，正向进水的深式进水口。埋管引水型式，进水道尺寸为2孔6.8 m×7.0 m（宽×高）矩形断面，渐变为直径4.5 m的引水发电钢管。地面式发电厂房布置在左坝段后河床，副厂房布置在主厂房与坝体之间。

2 水文、地质条件

2.1 水文

月潭水库流域多年平均降水量为2022 mm，汛期4～7月为1116 mm，占年总量的55.2%，降水的年内分配极不均匀，最大年降水量3068 mm（1999年），最小年降雨量1284 mm（1978年）。汛期4～8月份径流量占全年69.6%，其中6月份最大，占全年的20.8%；非汛期9月～次年3月仅占全年30.4%，其中12月份最小，只占全年的2%。

坝址处各施工时段设计洪水成果见表1。

表1 水库坝址处各施工时段设计洪水成果表（m3/s）

2.2 地形、地质条件

坝址附近河道宽约130.0～140.0 m，河道左侧为宽20.0～25.0 m左右的一级阶地，阶面高程约149.0 m。顺阶地外侧为首村至回溪的村村通公路。其下为高水河漫滩，宽约7.0 m，地面高程143.0～145.0 m。河床宽约110.0 m，河底高程141.0～142.5 m。

坝址出露的基岩为前震旦系木坑组千枚岩系，按岩性可细分为千枚状粉砂岩及粉砂质绢云母千枚岩，部分层间挤压带夹少量薄层绢云母绿泥千枚岩。坝址第四系覆盖层可分为山坡坡积层以及第四系冲洪积层。

3 导流标准与导流方式

3.1 导流标准

本工程属大（2）型水库，枢纽工程级别Ⅱ等，大坝为2级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）的规定，导流建筑物级别为4级，导流建筑物设计洪水标准：土石结构为重现期20～10年的洪水，混凝土结构为10～5年的洪水。坝体施工期临时度汛的洪水标准为重现期50～20年的洪水，导流泄水建筑物封堵后坝体度汛洪水标准为重现期100～50年的洪水。根据本工程情况，导流建筑物设计洪水标准选用10年一遇。

3.2 导流方式

针对本工程特点，对隧洞导流和底孔分期导流3种方案做了详细比较，具体导流方案简述如下：

（1）方案一：隧洞导流方案。右岸河床新开导流明渠+右岸（凸岸）新开隧洞导流。具体的导流程序及分期施工内容为：一期（第一年9月至第二年3月）主要进行左岸发电厂房及7#～8#坝块施工以及7#坝块上下游的砼纵向围堰施工，同期进行右岸新开导流隧洞（7.5 m宽×7.0 m高）的施工，利用右岸河床新开导流明渠进行导流；二期（第二年9月至第三年3月）主要进行1#～6#坝块、9#～11#及一期未完（不受导流水位影响）主体工程施工，利用右岸导流隧洞导流；第三个枯水期，大坝及发电厂房主体土建工程基本结束，无须导流，导流隧洞下闸蓄水，为机组发电做准备。

（2）方案二：2个底孔导流方案。右岸岸坡新开导流明渠+5#、6#坝块2个泄洪底孔导流。具体的导流程序及分期施工内容为：一期（第一年9月至第三年3月）主要进行左岸发电厂房及4#～11#坝块主体施工，利用右岸岸坡新开明渠导流；二期（第三年11月至第四年2月）进行1#～3#坝块以及一期未完（不受导流水位影响）主体工程施工，利用5#、6#坝块2个泄洪底孔导流。

（3）方案三：4个底孔导流方案。左岸岸坡新开导流明渠+3#～6#坝块4个泄洪底孔导流。具体的导流程序及分期施工内容为：一期（第一年9月至第三年3月）主要进行砼纵向围堰及1#～7#坝块（含下游消力池左侧墙）主体施工，利用左岸岸坡新开明渠导流；二期（第三年11月至第四年2月）进行8#～11#坝块、电站厂房以及一期未完（不受导流水位影响）主体工程施工，利用3#～6#坝块4个泄洪底孔导流。

各方案优缺点、工程量及投资比较见表2。

经综合分析比较，坝址区基岩主要为千枚岩，修建隧洞条件不好，存在进洞困难、衬砌工程量大等问题，且坝区洪水峰高量大、历时短，洪枯季节差别大，不建议采用；方案二在二期导流期间仅能利用2个泄洪底孔导流，相较于方案三的4个泄洪底孔导流泄洪能力低且上游水位更高；方案三技术上可行、经济上合理、工期也能满足设计要求，最终推荐采用方案三，即利用消力池左侧挡墙及7#坝块、上下游延伸纵向混凝土围堰的分期导流方案。

表2 各方案优缺点、主要导流工程量及投资比较表

4 导流程序

根据选定的导流标准和导流方式，导流程序划分为两期3个阶段。具体如下：

（1）一期导流。分前后两个阶段，前阶段采用土石围堰束窄河道，右岸老河床导流，进行发电厂房基坑及导流明渠的开挖和纵向混凝土围堰浇筑。后阶段利用左岸明渠导流，右岸老河床上下游横向土石围堰及纵向混凝土围堰形成一期基坑，进行溢流坝段主体结构工程施工，为后期泄洪底孔导流做准备。

（2）二期导流。利用溢流坝段泄洪底孔导流，在导流明渠上下游填筑横向土石围堰，与纵向混凝土围堰形成二期基坑，进行发电厂房坝段及发电厂房主体结构工程施工。

分期导流总体规划见表3。

5 导流建筑物的设计

根据调洪演算成果，综合确定各分期围堰设计挡水位。一期前阶段土石围堰上游设计挡水位145.5 m，下游144.4 m，堰顶高程取146.5 m到146.0 m，从上游至下游渐低；一期后阶段上游横向围堰设计挡水位为149.0 m，堰顶高程150.0 m，下游横向围堰根据导流明渠水深及底高程，设计挡水位为147.5 m，堰顶高程148.5 m；二期上游横向围堰设计挡水位150.5 m，堰顶高程151.5 m，下游横向围堰设计挡水位144.8 m，消力池内水位147.0 m，但考虑与纵向混凝土堰顶衔接问题及2.0 m消力坎的壅水等因素，堰顶高程取148.5 m。

表3 分期导流规划表

纵向混凝土围堰布置在消力池左侧墙位置，共分4段，上游段54.0 m、大坝段41.2 m、消力池段119.05 m以及下游段37.5 m，总长251.75 m，纵向混凝土围堰一期和二期在不同方向挡水，上游侧挡水位二期底孔导流时最高，为150.5 m，考虑波浪高度和安全加高因素，堰顶高程取151.5 m；下游侧挡水位一期后阶段时最高，为147.5 m，堰顶高程取148.5 m。消力池段利用消力池侧墙段取150.5 m，大坝段取生态放水管顶面高程150.8 m。考虑到纵向混凝土围堰堰基与河床基岩间有收缩裂缝，对其采用接触灌浆处理。

导流明渠布置在发电厂房位置，底宽20.0 m，两侧边坡1∶1.5，设计过流583 m3/s，根据布置，导流明渠总长405.2 m，进口高程142.0 m，出口高程141.0 m，纵底坡i=0.247%，要求对渠底进行修整，无凸出部分，糙率取0.028，最大流速达4.35 m/s。

一期前阶段土石围堰轴线长390.0 m，两侧边坡1∶2.0，堰顶高程从146.5 m到146.0 m，堰高5.0～5.5 m，堰顶宽3.0 m。纵向混凝土围堰分上游段、7#坝块段、消力池侧墙段、下游段4段，其中上游段54.0 m，下游段37.5 m为新增段，中间两段118.2 m利用永久结构。堰顶宽度均为2.0 m，底板宽9.7～12.0 m。

一期后阶段上下游横向土石围堰堰顶高分别为150.0 m和148.5 m，围堰轴线长分别为93.0 m和95.0 m，两侧边坡均为1∶2.5，堰顶宽5.0 m和8.0 m（下游考虑施工道路）。

二期上下游横向土石围堰堰顶高分别为151.5 m和148.0 m，围堰轴线长分别为75.0 m和70.0 m，两侧边坡均为1∶2.5，堰顶宽上游5.0 m，下游结合交通为8.0 m，考虑上游围堰最大高度达11.0 m，在高程148.0 m位置留二级平台，平台宽2.0 m。

一期前阶段围堰及后阶段上下游横向围堰、二期上下游横向围堰结构均采用土石堰体，堰体及堰基均采用土工膜防渗。土工膜采用斜铺法，在迎水侧堰脚位置水下开挖截水槽，将土工膜压入槽中，填水泥粘土，随堰体上升在斜坡上采用砂袋压土工膜。堰体填筑前，对堰基进行清基、整平，工程量包括在大坝坝基开挖中。一、二期上下游横向围堰与混凝土纵向围堰相接处采用锥坡包裹刺墙，适当延长堰体长度，堰体出水面后加强压实，确保土石堰体与混凝土堰体接触处的防渗安全，对水流直冲位置采用干砌块石或抛石护脚。

6 施工度汛

本工程第二年、第三年的6～7月均存在安全度汛问题。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）要求，汛期坝体挡水标准为50～20年重现期标准，本工程选择20年挡水标准，汛期洪峰流量为2388 m3/s。

在第二年汛期，除左岸导明渠过流外，坝体导流底孔也参与过流，根据水力计算，此时根据天然河道水位～流量曲线推算，下游水位将达到150.0 m，根据导流明渠、底孔联合过流调洪计算，上游水位将达到155.0 m。第二年3月底右岸坝段混凝土浇筑至154.0 m高程以上，4月份坝体开始挡水，汛前浇筑至155.0 m以上，拆除土石围堰，对坝体及消力池表面进行保护，汛期考虑坝面及消力池基坑过水。

在第三年汛期，汛前发电引水洞事故门、检修门、拦污栅均安装完毕，溢洪道浇筑至溢流面顶165.0 m高程，汛期来水通过底孔泄流及溢流面溢流。4月份以前通过导流（泄洪）底孔导流，4月后上游水位逐渐抬高，当超过溢流堰顶，溢流堰开始分洪，汛前要做好新浇溢流面的保护及消力池的防冲工作。发电厂房关闭检修门，不参与泄洪。

据此对两个汛期作如下度汛安排及要求：第二年汛前要做好已浇坝段表面保护，消力池表面的保护，做好所有施工机械和人员的撤退方案。第三年汛期整个坝段挡水，做好溢流坝段新浇溢流面及泄洪底孔的过洪准备，以防特大洪水。同时要在3月底以前完成发电洞进水口、生态放水管的闸门安装调试，具备下闸挡水条件。