蛟河抽蓄工程下水库施工导流设计

杨振平，马王禹泽

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 工程概况

蛟河抽水蓄能电站位于吉林省蛟河市境内的松花江一级支流漂河的源头区，上水库位于琵河村西北方向约5 km的北沟沟首处，下水库位于琵河村上游约3 km处，工程装机容量为1 200 MW，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型。永久性主要建筑物为1级建筑物，包括上水库挡水建筑物、输水建筑物、地下厂房、主变洞、母线洞、通风兼出线洞、地面开关站、下水库挡水、泄水消能建筑物等；永久性次要建筑物为3级建筑物，包括进厂房交通洞、尾调通风洞、排水廊道等；临时性建筑物为4级建筑物。

2 基本水文资料

下水库坝址处设计洪峰流量及天然24 h设计洪量见表1，下水库分期设计洪水成果见表2，下水库坝址水位流量关系见表3。

表1 下水库设计洪峰流量及24 h设计洪量成果表

表2 下水库分期设计洪水成果表 m3/s

表3 下水库坝址水位流量关系

3 导流方式

下水库大坝坝型为混凝土面板堆石坝，不适宜采用分期导流方式；下水库大坝工程在右岸设置1条泄洪放空洞，可以考虑用做施工导流泄流建筑物使用，永临结合，降低工程投资；下水库坝址所在的漂河属于小河流，洪水流量较小。综合考虑下水库放空检修及施工导流等需要，下水库大坝施工采用围堰一次拦断河流、基坑全年施工、泄洪放空兼导流洞泄流的导流方式。

4 导流标准及度汛标准

4.1 导流标准

下水库大坝坝型为混凝土面板堆石坝，为1级建筑物，根据NB/T 10491-2021《水电工程施工组织设计规范》规定，相应导流建筑物为4级建筑物，施工导流标准土石围堰为10年重现期洪水[1]。为保证下水库混凝土面板堆石坝工程施工质量，施工期间基坑不宜过水，故导流挡水时段采用挡大汛洪水，基坑全年施工。

4.2 度汛标准

根据施工进度安排，第3年10月中旬，坝体填筑高程超过围堰堰顶高程，需要坝体施工期临时挡水度汛。根据NB/T 10491-2021规定，坝体挡水拦蓄库容小于0.1亿m3，度汛洪水设计标准为50～20年重现期[1]。考虑下水库坝后附近有琵河村，坝体过流将对下游造成人员财产损失，故坝体施工期临时度汛洪水设计标准采用上限值，即大汛50年重现期洪水，相应洪峰流量为361.0 m3/s。

5 导流程序

由于下水库大坝施工导流利用永久泄洪放空洞进行泄流，导流建筑物仅有上下游围堰，围堰布置考虑因素较为简单，满足大坝基坑挡水要求即可。下水库大坝施工导流程序：第1年9月初开始进行泄洪放空兼导流洞施工，至第2年9月底泄洪放空兼导流洞具备过水条件，第2年10月中旬开始截流。结合工程施工进度安排，施工导流过程分为初期、中期和后期[1]。下水库拦河坝施工导流程序见表4。

表4 下水库大坝施工导流程序表

6 初期导流建筑物设计

6.1 泄洪放空兼导流洞结构设计

泄洪放空洞采用短有压进口形式，由引水渠、闸门井段、无压隧洞、出口扩散段及消能段组成。进水口底板高程为401.00 m，闸门井内设1道事故闸门和1道工作闸门。工作闸门后接无压隧洞，采用一坡到底，断面采用城门洞型。洞径为4.00 m×7.30 m，工作闸门孔口尺寸为4.00 m×4.20 m。

6.2 导流建筑物水力学计算

按有压流进行计算，按下列公式计算：

其中：μ——流量系数；ω——隧洞出口断面面积，m2；H0——上游水面与隧洞出口底板高程差H及上游行近流速水头V02/2g之和，一般可认为H0=H；hp——隧洞出口断面水流的平均势能；ξi——某一局部能量损失系数，与之相应的流速所在断面为ωi（根号内第二项）；li——某一段洞长，与之相应的断面面积、水力半径和舍齐系数为ωi（根号内第三项）、Ri和Ci；a——出口断面洞高；p/r——为出口断面平均单位压能，当淹没流时，hp=hs(下游水深），当自由出流时，p/r一般常小于0.5a，当出口逐渐收缩和注意改善出口断面与下游边界的衔接条件时可取p/r=0.5a[2]。

经计算，上游挡水水位为410.95 m。

6.3 堰顶高程计算

围堰堰顶高程按下列公式计算：

式中：h——围堰挡水水位，m；Y——围堰顶超高，m；R——设计波浪爬高，m；e——设计风壅水面高，m；A——安全加高，m。

经计算，上游围堰顶高程为412.10 m，下游围堰顶高程为397.50 m。

6.4 围堰结构设计

上游土石围堰挡水标准采用全年10年重现期洪水，经水力计算，围堰设计挡水位为410.95 m，考虑波浪爬高、最大风速壅高等影响，确定围堰堰顶高程为412.10 m，围堰长度为264.30 m。截流戗堤顶宽8.00 m，围堰顶宽10.00 m，两侧坡比均为1∶1.7。围堰断面堰壳填筑料为堆石料，防渗体采用高喷灌浆上接土工膜防渗体。

下游土石围堰设计挡水位为396.17 m，考虑波浪爬高、最大风速壅高等影响，确定围堰堰顶高程为397.50 m，围堰长度为157.50 m。围堰断面形式同上游围堰。

7 结语

针对吉林蛟河抽水蓄能电站工程的工程特点，从水力计算、结构设计等方面全面论述施工导流的设计关键点，对施工具有重要的现实意义，确保工程安全导流度汛。