虞 東 亮

桃源水電站位于沅水下游河段,是沅水干流開發(fā)方案中最末一個(gè)梯級電站。壩址緊臨桃源縣城,左、右岸分別為桃源縣漳江垸和潯陽垸,上距凌津?yàn)┧娬?8.2km,下距桃源縣延溪河口約1.6km。壩址距常德公路里程31km,距長沙216km。

工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主,兼顧航運(yùn)、旅游等綜合利用。樞紐主要由泄洪閘、土石副壩、電站廠房、船閘等建筑物組成。水庫正常蓄水位39.50m,相應(yīng)庫容1.28億m3,電站裝機(jī)180MW,多年平均發(fā)電量為7.93億kW?h。

1 問題的提出

在預(yù)可行性研究階段,推薦樞紐布置格局為:左岸接頭土石壩段+船閘+左槽10孔泄洪閘+電站廠房+雙洲土石副壩+右槽13孔泄洪閘+右岸接頭土石壩段。配套的施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案為:二期施工的導(dǎo)流方案,一期圍左槽,施工船閘、左10孔泄洪閘、廠房等工程,由疏浚后的右槽過流、通航;二期圍右槽,圍堰擋水發(fā)電,施工右13孔泄洪閘等工程,由左10孔泄洪閘過流,永久船閘臨時(shí)通航。

可研初期,樞紐布置格局延續(xù)預(yù)可成果,僅泄洪閘略作調(diào)整:左槽布置14孔,右槽布置11孔,施工導(dǎo)流及通航方案不變。經(jīng)模型試驗(yàn)論證,該方案一期施工期臨時(shí)通航暴露出的問題比想象的要復(fù)雜得多,并且存在重大安全隱患,沒有通過交通部門的評審。在施工期不能斷航的前提下,經(jīng)研究決定調(diào)整樞紐布置格局,并配套可行的施工導(dǎo)流及通航方案參與樞紐布置比選;同時(shí)對現(xiàn)有樞紐布置方案仍須進(jìn)一步研究不同的分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案,以便樞紐布置優(yōu)選決策。

2 施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航特點(diǎn)

根據(jù)樞紐布置及壩址區(qū)地形地質(zhì)條件,本工程施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

2.1 充分利用雙洲島作為縱向圍堰,實(shí)施分期導(dǎo)流

桃源水電站樞紐布置橫跨雙洲島,雙洲島寬約600m,長約3000m,呈近似紡錘狀。枯水期水面高程約32m,左河槽寬約600m、水深2～6m,為主航道,右河槽寬約400m、水深2～9m。雙洲島地面高程39～41.5m,局部加高即可滿足擋水要求,工程施工可充分利用雙洲島作為縱向圍堰采取分期導(dǎo)流方式。

2.2 沅水有常年通航需求,施工期不宜長時(shí)間斷航

沅水是湖南省規(guī)劃的 “一縱二橫” 的骨干航道之一,常德以下航段為Ⅲ級航道,常德以上規(guī)劃為Ⅳ級航道。桃源轄區(qū)內(nèi)的沅水航道里程約92km,航道等級達(dá)到Ⅳ級標(biāo)準(zhǔn),常年基本可通行500 t級船舶。根據(jù)上游凌津?yàn)┙陙淼倪^壩物資統(tǒng)計(jì),年平均貨運(yùn)量100萬t,常年有通航需求。從沅水流域通航現(xiàn)狀及航運(yùn)遠(yuǎn)期規(guī)劃發(fā)展需要考慮,施工期不宜長時(shí)間斷航。

2.3 沅水大橋橋區(qū)通航安全問題敏感

沅水大橋位于雙洲洲頭,主通航孔位于左側(cè)河道,單孔通航凈寬94m,右側(cè)河道為非通航孔,單孔凈寬54m。水流在雙洲洲頭分汊,分汊后的水流流向偏角較大,在橋位附近沒有調(diào)順,雖經(jīng)后期整治,偏角仍有10°～14°,超規(guī)范5°～9°,目前大橋仍未通過竣工驗(yàn)收。施工期流態(tài)變化莫測,流向偏角或大或小,橋區(qū)通航安全問題較為敏感。

2.4 施工期度汛標(biāo)準(zhǔn)需結(jié)合庫區(qū)防洪堤行洪安全綜合考慮

桃源水電站庫區(qū)堤垸較多,壩址—澄溪河段左岸分布有漳江垸,右岸自下而上分布有潯陽垸、桃花垸、麥?zhǔn)雄?。目前桃源壩址以上兩岸防洪堤垸的安全泄量?3000m3/s,相當(dāng)于天然條件下壩址5～8年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),考慮五強(qiáng)溪、鳳灘聯(lián)合防洪調(diào)度情況下,可達(dá)超20年一遇標(biāo)準(zhǔn)。施工期度汛標(biāo)準(zhǔn),不但要滿足工程本身的需要(10～20年),同時(shí)要確保安全泄量下庫區(qū)兩岸防洪堤垸行洪安全。

3 施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案研究

在前期工作基礎(chǔ)上,水工共提出3類9種樞紐布置方案,經(jīng)初步比較,選擇方案Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅱ-A代表不同類型樞紐布置方案中的較優(yōu)方案做重點(diǎn)比較。針對不同的樞紐布置格局,施工進(jìn)行了不同的分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案研究。

3.1 樞紐布置方案Ⅰ-A導(dǎo)流方案比選

3.1.1 樞紐布置格局

樞紐布置從左至右依次為:左岸接頭土石壩段+船閘+左槽14孔泄洪閘+廠壩連接段+電站廠房+雙洲土石副壩+右槽11孔泄洪閘+右岸接頭土石壩段。

3.1.2 分期導(dǎo)流方案比較

該樞紐布置方案即預(yù)可推薦的方案,為更全面地把握該方案,本階段提出了8個(gè)分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案進(jìn)行研究,其中分二期的3個(gè),分三期的4個(gè),分四期的1個(gè)。方案比較見表1。

表1 樞紐布置方案Ⅰ-A施工導(dǎo)流及施工期臨時(shí)通航方案比較表

3.1.3 方案分析與推薦

3.1.3.1 二期導(dǎo)流施工方案

從表1可以看出,二期導(dǎo)流方案最大優(yōu)勢是工期較短,缺點(diǎn)是通航水力條件均難以滿足施工期臨時(shí)通航要求。二期-1方案,一期采用右槽通航,而沅水大橋右槽為非通航孔,橋區(qū)安全無法保障,通航存在重大安全隱患;另外右槽較左槽河床高,床面凌弄,卵石堆星羅棋布,需經(jīng)大范圍疏浚后才能滿足通航要求,疏浚工程量大,且存在二次疏浚問題,截流前工期安排較長,無法滿足總進(jìn)度要求,故二期-1方案不可行。二期-2方案則因同時(shí)圍右槽和左槽船閘,一期施工期過流及通航斷面太小,斷面平均流速均在4.00m/s以上,不滿足通航水力條件要求,該方案也不可行。二期-3方案與二期-1方案類似,明渠開挖及支護(hù)工程量大,通航保證率進(jìn)一步降低,明渠進(jìn)出口及彎段水力條件差,通航安全無法保證,該方案同樣不可行;所以,二期導(dǎo)流方案均不成立。

3.1.3.2 四期導(dǎo)流方案

四期方案考慮利用左槽通航進(jìn)行分期,同期只布置一道縱向圍堰,有利于施工度汛;但四期方案導(dǎo)流程序復(fù)雜,施工安排不緊湊,工期太長,同時(shí)施工期通航相對于三期方案并無改善,故四期方案放棄。

3.1.3.3 三期導(dǎo)流施工方案

此類方案優(yōu)點(diǎn)是:均可利用左槽通航,有效避免了沅水大橋橋區(qū)通航安全問題,通航水力條件略有改善。但存在的問題則較為突出,主要集中在以下幾方面:(1)左側(cè)河道建筑物布置較多,一期布置兩道土石縱向圍堰,左側(cè)主河槽束窄度較大,汛前縱向圍堰需考慮主動(dòng)拆除措施,必然增加度汛及工期壓力。(2)船閘縱向圍堰全部落在深水區(qū),圍堰施工難度較大。(3)左側(cè)河道束窄較多,通航保證率低。(4)左側(cè)河道分成兩個(gè)基坑之后,船閘基坑獨(dú)立于左岸,緊靠縣城,無條件布置施工場地,截流備料及圍堰填筑施工相對較困難,施工工期長,對一期工程施工進(jìn)度安排影響較大。從施工期通航條件來看,三期-2方案相對較好,最低通航流量區(qū)間可達(dá)400～3000m3/s;從施工工期來看,三期-4方案相對較短;其它條件各方案均相當(dāng)。綜合考慮通航、施工技術(shù)難度、場地布置及工期等因素,推薦三期-4方案為樞紐布置Ⅰ-A配套的施工導(dǎo)流及通航方案,參與樞紐布置比選。推薦施工導(dǎo)流及通航方案示意見圖1。

圖1 樞紐布置Ⅰ-A施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案示意圖

3.2 樞紐布置方案Ⅰ-B導(dǎo)流方案比選

3.2.1 樞紐布置格局

樞紐布置從左至右依次為:左岸接頭土石壩段+船閘+左槽14孔泄洪閘+雙洲土石副壩+電站廠房+右槽11孔泄洪閘+右岸接頭土石壩段。

3.2.2 分期導(dǎo)流方案比較

參考樞紐布置Ⅰ-A施工導(dǎo)流及通航方案,針對樞紐布置Ⅰ-B布置格局,本階段提出3個(gè)分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案進(jìn)行研究,其中分二期的2個(gè),分三期的1個(gè)。各方案比較見表2。

3.2.3 方案分析與推薦

3.2.3.1 三期導(dǎo)流方案

三期方案的優(yōu)缺點(diǎn)與樞紐布置Ⅰ-A推薦方案基本相同,但與二期導(dǎo)流方案相比,首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期推遲4個(gè)月,總工期推遲6個(gè)月;通航水力條件惡化,通航保證率進(jìn)一步降低;施工布置困難,施工難度加大。故三期方案放棄。

3.2.3.2 二期導(dǎo)流施工方案

從上表可以看出,二期-2方案優(yōu)勢明顯,該方案導(dǎo)流程序簡單,工期較短;一期施工期利用左側(cè)天然河道通航,有效避免了沅水大橋橋區(qū)通航安全問題;通航水力條件較好,通航保證率有明顯提高;縱向圍堰充分利用雙洲島布置,局部加高即可滿足擋水要求,不對原河床產(chǎn)生束窄效應(yīng);一、二期基坑均與雙洲島通過圍堰聯(lián)系,能充分利用雙洲島開展施工,施工及進(jìn)度安排相對緊湊,便于提前發(fā)電。缺點(diǎn)是需增加雙洲臨時(shí)船閘才能解決二期通航問題,初步估算修建雙洲臨時(shí)船閘額外增加投資約1200萬元。二期-1方案則因同時(shí)圍右槽和左槽船閘,一期施工期過流及通航斷面太小,斷面平均流速均在4.00m/s以上,不能滿足通航水力條件要求,故該方案不可行。綜合考慮推薦二期-2方案為樞紐布置Ⅰ-B配套的施工導(dǎo)流及通航方案,參與樞紐布置比選。推薦施工導(dǎo)流及通航方案示意見圖2。

表2 樞紐布置方案Ⅰ-B施工導(dǎo)流及施工期臨時(shí)通航方案比較表

3.3 樞紐布置方案Ⅱ-A導(dǎo)流方案擬定

3.3.1 樞紐布置格局

樞紐布置從左至右依次為:左岸接頭土石壩段+左槽14孔泄洪閘+雙洲土石副壩+雙洲船閘+電站廠房+廠壩連接段+右槽11孔泄洪閘+右岸接頭土石壩段。

3.3.2 施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案擬定

本樞紐布置與Ⅰ-B臨時(shí)船閘方案基本類似,相應(yīng)的施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案也基本相同,不進(jìn)行方案比選,直接套用上述方案進(jìn)行擬定。詳見表3。

該方案主要優(yōu)點(diǎn):(1)導(dǎo)流程序簡單,工期較短。(2)一期施工期利用左側(cè)天然河道通航,有效避免了沅水大橋橋區(qū)通航安全問題,通航水力條件較好,通航保證率相對較高。(3)永久船閘在一期施工期建成具備通航條件,有利于低水頭電站直接利用永久船閘臨時(shí)通航,改造工程量少。(4)一、二期基坑均有道路連接雙洲島,可充分利用雙洲島開展施工。缺點(diǎn)在于永久船閘占據(jù)雙洲汊河,工程棄渣容量不足。施工導(dǎo)流及通航方案示意見圖3。

表3 樞紐布置方案Ⅱ-A施工導(dǎo)流及施工期臨時(shí)通航方案

圖3 樞紐布置Ⅱ-A施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案示意圖

3.4 樞紐布置方案導(dǎo)流比選成果分析與結(jié)論

針對3種不同的樞紐布置,施工總計(jì)提出了12個(gè)分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案進(jìn)行研究,并提出推薦方案供樞紐布置優(yōu)選決策。單從施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航條件來看,各樞紐布置方案均成立,但方案Ⅱ-A相對較優(yōu),方案Ⅰ-B與Ⅱ-A基本相當(dāng),方案Ⅰ-A相對較差。從水力學(xué)條件、施工導(dǎo)截流、施工期臨時(shí)通航及度汛、永久通航、工期及投資等多方面進(jìn)行綜合比較,則方案Ⅰ-A競爭力較差,方案Ⅱ-A較方案Ⅰ-B優(yōu)勢明顯,故選擇方案Ⅱ-A作為本階段推薦的樞紐布置方案。相應(yīng)配套的施工導(dǎo)流及通航方案即為二期雙洲永久船閘臨時(shí)通航的二期施工導(dǎo)流方案。

4 幾點(diǎn)體會(huì)

4.1 樞紐布置比選應(yīng)同等考慮施工導(dǎo)流條件,只有兩者有機(jī)結(jié)合才能少走彎路

常規(guī)情況下,施工導(dǎo)流一般不制約樞紐布置方案的成立,但對寬淺式河床來說,特別是有通航要求的,則不盡然。本工程可研設(shè)計(jì)初期,由于對施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航重視程度不夠,工作不夠深入,直到模型試驗(yàn)論證原推薦方案施工導(dǎo)流及通航存在問題,通航技術(shù)論證報(bào)告未通過交通部門評審時(shí),才真正引起高度重視。最后通過多種導(dǎo)流方案比較仍不得不放棄原推薦方案,重新進(jìn)行樞紐布置方案推薦。結(jié)果表明,本工程施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案的優(yōu)劣,左右著樞紐布置的推薦,所以,對寬淺式河床來說,樞紐布置比選應(yīng)同等考慮施工導(dǎo)流條件,只有兩者有機(jī)結(jié)合才能少走彎路。

4.2 施工期臨時(shí)通航標(biāo)準(zhǔn)不明確,影響方案推薦的可信度

盡管每種樞紐布置都提出了相應(yīng)的施工導(dǎo)流及臨時(shí)通航推薦方案,但由于施工期臨時(shí)通航標(biāo)準(zhǔn)無據(jù)可依,具體要求不明確,從而影響到方案推薦的可信度。特別是施工期通航保證率取多少合適,無法界定,一般情況下施工期臨時(shí)通航保證率均較天然河道的通航保證率有所降低,經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為降低7%～15%較為合適。如果按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來衡量的話,樞紐布置Ⅰ-A推薦的三期-4方案就不成立。在這樣的條件下,方案比選的說服力不夠,推薦方案值得商榷。

4.3 參與比選的方案盡量精簡,并非越多越好

就樞紐布置Ⅰ-A來說,總共提出了8個(gè)分期導(dǎo)流及臨時(shí)通航方案,實(shí)際可以精簡。比如說三期-3方案和三期-4方案,兩方案基本類似,三期-3方案沒任何優(yōu)勢,參與比選意義不大;三期-1方案相對于三期-2方案也是如此;四期方案就更不必說,工期長了28個(gè)月,還有比選的必要嗎?所以筆者認(rèn)為方案應(yīng)符合一定的條件,如通航基本可行、度汛基本安全、工期相對較短、導(dǎo)流投資相對較小等才能參與比選,并非越多越好。

4.4 方案比選研究思路及成果可供類似工程借鑒

盡管工程還未開工建設(shè),但從方案比選成果來看,還是有許多地方值得類似工程借鑒。

(1)有通航要求的河道,一期施工期應(yīng)盡量采取主河槽通航,確保通航水力條件滿足施工期臨時(shí)通航要求;二期或三期則利用永久船閘臨時(shí)通航。

(2)根據(jù)樞紐布置特點(diǎn),為盡可能提前發(fā)電及利用永久船閘臨時(shí)通航,一期選擇在同一基坑內(nèi)圍護(hù)廠房、船閘及泄洪閘等建筑物為最優(yōu)施工方案,條件允許的情況下,樞紐布置應(yīng)盡可能朝這個(gè)方向調(diào)整。

(3)壩址上下游已有橋梁橫跨左右岸及洲島的情況下,施工期通航應(yīng)維持原主通航孔通航,方能有效避免橋區(qū)通航安全問題。

(4)庫區(qū)有防洪堤垸的,必須嚴(yán)格控制上游庫區(qū)水位,施工宜選擇過水圍堰方案,枯期圍堰擋水施工,汛期基坑過水度汛。