王小波，張優(yōu)秀，顧洪炎

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都610072)

1 工程概況

大崗山水電站位于大渡河中游石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河干流水電規(guī)劃的第十四級(jí)電站，壩址控制流域面積62 727 km2，壩址處多年平均流量1 010 m3/s。工程主要任務(wù)為發(fā)電，總裝機(jī)2 600 MW，正常蓄水位為1 130.00 m，死水位1 120.00 m。工程樞紐由混凝土雙曲拱壩、水墊塘及二道壩、泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)和排沙孔等建筑物組成，主要建筑為Ⅰ級(jí)。根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件和樞紐工程主要建筑物的布置，施工期導(dǎo)流設(shè)計(jì)擬采用隧洞導(dǎo)流方式。

2 導(dǎo)流建筑物級(jí)別和導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇

圍堰保護(hù)對(duì)象混凝土拱壩為Ⅰ級(jí)建筑物，根據(jù)規(guī)范，導(dǎo)流建筑物應(yīng)定為Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)。從失事后果來(lái)看，攔河大壩為控制發(fā)電工期的關(guān)鍵施工項(xiàng)目，圍堰失事將推遲工程總工期和第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)間，損失巨大;從使用年限上看，圍堰擋水3年5個(gè)月，導(dǎo)流洞過(guò)流5 a，均>3 a;同時(shí)參照國(guó)內(nèi)已建和在建的巨型工程經(jīng)驗(yàn)，選擇導(dǎo)流建筑物級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

根據(jù)規(guī)范和從導(dǎo)流工程保護(hù)對(duì)象、投資以及參照二灘和小灣電站等類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)，初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇30 a一遇。

3 導(dǎo)流方案

結(jié)合樞紐布置，對(duì)導(dǎo)流方案進(jìn)行研究時(shí)考慮的主要布置原則有2條:①?lài)咝褪郊案叨葢?yīng)滿足在一個(gè)枯水期完建并擋水度汛的要求;②根據(jù)壩區(qū)地形、地質(zhì)條件及水工建筑物布置，合理布置初期導(dǎo)流隧洞;后期導(dǎo)流應(yīng)充分考慮利用水工永久建筑，以減少工程投資。下面主要從導(dǎo)流洞斷面、導(dǎo)流洞條數(shù)、導(dǎo)流洞平面布置等3方面對(duì)施工導(dǎo)流方案進(jìn)行選擇。

3.1 導(dǎo)流洞斷面選擇

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，最合理的導(dǎo)流方案應(yīng)該是圍堰費(fèi)用與導(dǎo)流洞費(fèi)用之和最小。在滿足汛前具備擋水度汛的條件下，擬定了5種導(dǎo)流洞斷面，上游圍堰對(duì)應(yīng)有5種高度。由于圍堰高度差別不是很大，并結(jié)合導(dǎo)流洞進(jìn)口布置的具體條件，圍堰高度的變化不會(huì)引起導(dǎo)流洞長(zhǎng)度的變化。對(duì)應(yīng)的工程投資見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)流工程規(guī)模比較表

從表1可以看出，導(dǎo)流洞洞徑越小，導(dǎo)流工程投資越省，這與一般山區(qū)河流的規(guī)律相同。

3.2 導(dǎo)流洞條數(shù)選擇

在圍堰高度確定為53.5 m的情況下，經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)流洞過(guò)流面積需要約350 m2。在地質(zhì)、施工及運(yùn)行條件允許的前提下，宜采用大型導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流。上游圍堰規(guī)模已定的條件下，根據(jù)兩岸地形、地質(zhì)條件及兩岸地下廠房布置情況，開(kāi)展了1條和2條導(dǎo)流洞布置的研究。為充分發(fā)揮隧洞的過(guò)流能力，所有方案隧洞均按壓力洞設(shè)計(jì)。

1條導(dǎo)流洞方案:導(dǎo)流洞設(shè)于右岸，長(zhǎng)度800.7 m，需要的洞徑18 m×20.5 m，斷面面積344.18 m2，單洞泄流量達(dá)7 040 m/s(壩體擋水時(shí))流速20.45 m/s。雖然斷面面積略小于龍灘和二灘，但其泄流量比二灘大，比龍灘小。1條導(dǎo)流洞方案布置情況見(jiàn)表2。

表2 1條導(dǎo)流洞方案導(dǎo)流泄水建筑物特性表

2條導(dǎo)流洞方案:左右岸各1條導(dǎo)流洞，右洞長(zhǎng)度800.7 m，左洞長(zhǎng)915.4 m，需要的洞徑12.5 m×15.0 m，斷面面積175.52 m2，單洞泄流量3 520 m3/s(壩體擋水時(shí))流速19.37 m/s。斷面面積其指標(biāo)在巨型(大型)工程中屬中等。2條導(dǎo)流洞方案布置情況見(jiàn)表3。

表3 2條導(dǎo)流洞方案導(dǎo)流泄水建筑物特性表

1條導(dǎo)流洞方案和2條導(dǎo)流洞方案比，導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)難度很大，尤其是出口卸荷深度10～40 m，洞身需要采取大量的一期支護(hù)和二期支護(hù)措施，技術(shù)難度高，施工風(fēng)險(xiǎn)大;對(duì)施工機(jī)械要求高;單洞泄流還存在進(jìn)口水流條件不好，上游圍堰堰面流速相對(duì)較大;出口下游圍堰和導(dǎo)流洞出口附近左岸河岸沖刷嚴(yán)重，護(hù)岸工程量大;截流落差和難度較單洞大?；谝陨显?，放棄右岸1條導(dǎo)流洞布置方案，選擇2條導(dǎo)流洞方案。

3.3 導(dǎo)流洞平面布置選擇

攔河大壩位于Ω形河段的下游段，左右岸地質(zhì)條件差別不大，都有布置導(dǎo)流洞的條件。按圍堰高度基本相同的原則確定導(dǎo)流洞規(guī)模，2條導(dǎo)流洞選擇相同的斷面。為此，擬定3種導(dǎo)流洞布置方案并進(jìn)行比較。

方案1:右岸裁彎取直布置方案。右岸布置2條導(dǎo)流洞，1#洞長(zhǎng)1 225 m，2#洞長(zhǎng)1 208 m，導(dǎo)流洞軸線距離50 m。上游圍堰靠2#導(dǎo)流洞布置，上游圍堰頂高程1 006.5 m，最大堰高53.5 m，2條導(dǎo)流洞洞徑為12.5 m×15.5 m。進(jìn)口高程957 m，出口高程952 m。

方案2:壩區(qū)右岸布置2條導(dǎo)流洞。上游圍堰頂高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，右岸 1#導(dǎo)流洞長(zhǎng)800.7 m，2#導(dǎo)流洞長(zhǎng)933.0 m。導(dǎo)流洞洞徑12.5 m×15.0 m，進(jìn)口高程953 m，出口高程949 m。

方案3:壩區(qū)左右岸各布置一條導(dǎo)流洞。上游圍堰頂高程1 000.5 m，最大堰高53.5 m，左岸導(dǎo)流洞長(zhǎng)915.4 m，右岸導(dǎo)流洞長(zhǎng)800.7 m。導(dǎo)流洞洞徑和進(jìn)出口高程同方案2。

方案1與2、3兩個(gè)方案相比，由于洞線長(zhǎng)，工程量大，首先考慮1#導(dǎo)流洞與水工泄洪洞結(jié)合布置。泄洪洞龍?zhí)ь^結(jié)合段高程降低過(guò)多(約150 m)，泄洪洞下游設(shè)計(jì)水位和校核水位都遠(yuǎn)高于導(dǎo)流洞出口高程，出口降到導(dǎo)流洞所需要的高程后，永久運(yùn)行時(shí)存在明流、明滿流和滿流3種流態(tài)，水力學(xué)條件極差，運(yùn)行條件復(fù)雜，導(dǎo)流洞與泄洪洞不具備結(jié)合布置的條件。由于導(dǎo)流洞無(wú)法與泄洪洞結(jié)合，導(dǎo)致工程量增加過(guò)多，投資增加。

方案2和方案3有1條導(dǎo)流洞布置完全一樣，僅需要對(duì)另外1條導(dǎo)流洞的布置進(jìn)行比較，現(xiàn)比較如下:

1)布置條件:左岸導(dǎo)流洞洞線布置受壓力管道豎井段、壩基開(kāi)挖邊線等制約，進(jìn)出口受地形地質(zhì)條件限制布置條件較差，開(kāi)挖量較大;右岸導(dǎo)流洞進(jìn)出口布置條件較好，洞線較左岸導(dǎo)流洞略長(zhǎng)。

2)水力條件:左岸隧洞位于微彎河道的凹岸，隧洞出口水流條件較好，兩條隧洞左右岸對(duì)稱(chēng)布置，可利用對(duì)沖水流改善消能條件。

3)施工條件:兩條導(dǎo)流洞設(shè)在同一岸，施工支洞布置復(fù)雜，導(dǎo)流洞施工與封堵條件稍差，施工工期約增加2個(gè)月。

4 結(jié)論

1)和一般山區(qū)河流的規(guī)律相同，導(dǎo)流洞洞徑越小，導(dǎo)流工程投資越省，建議下一步從過(guò)流能力方面對(duì)導(dǎo)流斷面進(jìn)行選擇。

2)1條導(dǎo)流洞布置方案導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)難度很大，進(jìn)出口卸荷深度達(dá)10～40 m，洞身需要采取分期支護(hù)，技術(shù)難度高;單洞泄流還存在進(jìn)口水流條件不好，進(jìn)出口附近河岸沖刷嚴(yán)重，護(hù)岸工程量大;截流落差和難度較單洞大。選擇2條導(dǎo)流洞方案。

3)對(duì)于導(dǎo)流洞的布置，右岸截彎取直布置兩條導(dǎo)流洞時(shí)與泄流洞不具備結(jié)合布置的條件，導(dǎo)致工程量增加，從而工程投資增加;左右岸各布置一條導(dǎo)流洞和均設(shè)在右岸相比，雖然左岸導(dǎo)流洞布置條件較差，但布置難度不大，水力條件、施工條件和工期均優(yōu)于兩洞設(shè)于右岸方案。所以初期導(dǎo)流布置推薦左、右各布置1條導(dǎo)流洞。

[1]中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.大崗山可研施工組織設(shè)計(jì)報(bào)告[R].成都:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.