楊金平 羅亮明

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

陳冬勇

（湖南五凌電力有限公司 長沙市 410002）

1 工程概況

筱溪水電站工程位于邵陽市新邵縣境內，為資水干流的第二個梯級，是一個以發(fā)電為主、兼顧航運等綜合利用的水電樞紐工程。樞紐建筑物主要包括大壩、廠房和升船機三部分，水庫正常蓄水位198.0 m，相應庫容9 900萬m3。大壩包括左岸擋水壩段、河床溢流壩段及右岸擋水壩段，壩頂高程204.5 m，最大壩高44.5 m。溢流壩位于河床中部，溢流堰堰頂高程186.5 m，共設8孔14 m×11.5 m弧形閘門。河床式電站廠房位于河床右岸，裝機3×40 MW+1×15 MW軸流式水輪發(fā)電機組。垂直升船機位于左岸，設計噸位近期50 t，遠期100 t。

壩址位于龍口溪峽谷出口段，壩基河谷為基本對稱的“U”形河谷，河床寬度（180～285）m，河床枯水位（174.5～174.8）m 時，水深一般（1～4）m。 河床砂卵石一般厚 （0.5～1）m，局部因人工采砂棄料堆積有（3～6）m厚的卵礫石堆。兩岸山體較厚，山頂高程（270～310）m，山坡坡度 40°～45°左右。

壩址河段以上控制流域面積15 843 km2，多年平均年徑流量129億m3，多年平均流量158 m3/s。5～7月為主汛期，8月以后大洪水相對較少。

2 導流標準及導流方式選定

本工程為Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，主要永久建筑物為2級，次要永久建筑物為3級。按照《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL 303-2004）規(guī)定，導流建筑物屬Ⅳ級建筑物，其土石類導流建筑物設計洪水標準為20～10年一遇洪水重現期，混凝土類導流建筑物設計洪水標準為10～5年一遇洪水重現期。本工程采用土石類圍堰，設計洪水標準選定10年一遇洪水重現期。

本工程為河床式電站，根據水工樞紐布置、壩址地形地質及水文條件，適宜采用分期導流方式。

按照電站機組盡早投產發(fā)電的原則，采用一期先圍右岸電站廠房和部分溢流壩，由左岸束窄河床泄流和通航；二期圍左岸剩下的溢流壩，同時施工左岸升船機，由一期已建溢流壩泄流，施工期河流斷航。

3 導流時段及導流方案選擇

3.1 一期導流時段及導流方案選擇

根據選定的導流方式，本工程采用一期圍右岸電站廠房和部分溢流壩的施工導流方案。由于電站廠房工程量較大，結構復雜，施工程序多，一個枯水期無法形成擋水條件，故電站廠房施工適宜采用全年的導流時段；一期河床溢流壩需要設置導流底孔和缺口，結構較復雜，且最大壩高達44.5 m，工程量也較大，一個枯水期內將壩體全線搶出水面保證全年施工難度大，故導流時段亦適宜采用全年。

由于在一個枯水期內形成廠房全年縱向圍堰非常困難，故一期采用廠房全年不過水小基坑、大壩全年過水大基坑的導流方案不可行。為此，以二期工程第二個枯期截流下河、電站盡早發(fā)電為前提，進行了一期圍右岸電站廠房及3孔（或4孔）溢流壩、全年過水（或不過水）大基坑共4個導流方案的技術經濟比較，4個導流方案的比較成果見表1。

表1 一期導流方案比較表

根據施工進度計劃，一期截流時間安排在第1年11月下旬，根據水文資料，5月進入主汛期，故對于過水大基坑方案，為增加有效施工時段，過水圍堰擋水時段選定11月～次年4月。擋水標準選擇10年一遇和5年一遇兩種擋水標準進行了比較，其上、下游圍堰的擋水水位相差分別為1.83 m、0.76 m，相應圍堰工程造價相差僅6.6%；但年平均過水次數分別為0.83和1.40次，相差較大。為減少基坑過水風險，增加有效的施工工期，減少施工強度，選定一期過水圍堰的擋水標準為10年一遇（P=10%），相應擋水流量為4 370 m3/s。

從表1可知，4個導流方案在工期方面均能保證二期截流下河前形成廠房小基坑以確保廠房繼續(xù)上升，方案三和方案四不過水，但導流工程造價相對較高；方案一和方案二的基坑過水機率相對較大，但導流工程造價相對較低。根據資水具有洪中有枯、枯中有洪的特性，一次洪峰歷時不長，且資水為少泥沙河流，圍堰過水不會造成基坑嚴重淤積。從圍堰工程造價、河床束窄率、束窄河床最大平均流速以及一、二期施工強度均衡性等方面分析，經技術經濟比較，初設階段選定方案一，即一期圍右岸電站廠房及3孔溢流壩、全年過水大基坑的導流方案，圍堰采用土石過水圍堰。

3.2 二期導流時段及導流方案選擇

根據選定的導流方式及一期導流方案，本工程二期圍左岸5孔溢流壩，同時施工左岸升船機，由一期3孔溢流壩泄流，在二期截流下河前形成廠房小基坑以確保廠房繼續(xù)上升。

二期河床溢流壩結構雖然較簡單，但施工條件較困難，基礎處理較復雜，且最大壩高達44.5 m，工程量亦較大，一個枯水期內將壩體全線搶出水面保證全年施工難度大，故導流時段亦適宜采用全年。由于二期導流泄水建筑物為一期已建的3孔溢流壩，若二期圍堰采用全年擋水時段（相應擋水流量為7 870 m3/s），在右岸一期3孔溢流壩預留缺口和底孔雙層聯合泄流時，二期圍堰仍過高，投資太大。故二期導流圍堰適宜采用枯水期擋水、洪水期允許過水的過水圍堰形式。

根據水工結構設計，溢流壩堰頂高程為186.5 m，若二期導流采用一期3孔溢流壩堰頂泄流的方式，二期圍堰及廠房圍堰的工程量將十分巨大（當二期過水圍堰的擋水流量取2 000 m3/s時，上游圍堰堰前水位將達到195.5 m以上）；由于資水洪水峰高量大，底孔過流能力小，一期3孔溢流壩堰體單獨預留底孔亦難以滿足二期導流要求。

為此，初設階段二期導流按一期右岸3孔溢流壩預留缺口或預留缺口+底孔的導流方式擬定了3個導流方案進行技術經濟比較。

方案一：采用一期右岸3孔溢流壩堰體預留低梳齒泄流，梳齒底板平均高程173.0 m，后期梳齒封堵利用閘墩門槽下放臨時閘門擋水，由二期左岸5孔已建的溢流壩堰頂泄流。該方案的優(yōu)點是溢流壩不用設置導流底孔泄流，結構簡單，且可減少二期導流難度；缺點是封堵門跨度較大（凈跨14.0 m），高度較高（擋水高程190.0 m以上），且需在動水中起閉，技術難度大。

方案二：采用一期右岸3孔溢流壩堰體預留缺口+底孔泄流，底孔進口底板高程170.5 m、孔口尺寸8 m×7.5 m（寬×高），缺口底板高程 180.0 m、寬 14.0 m，后期缺口回填時由一期右岸3孔溢流壩堰體預留的導流底孔泄流，水庫蓄水發(fā)電前封堵導流底孔。該方案的優(yōu)點是導流底孔參與二期導流，能較好地解決二期導流與后期封堵問題，有利于加快溢流壩后期施工進度，導流工程造價亦相對較低；缺點是堰體缺口與導流底孔雙層泄流，水力條件復雜，結構也較復雜。

方案三：采用一期右岸3孔溢流壩堰體預留缺口泄流，缺口底板高程176.5 m、寬14.0 m，后期缺口回填時由二期左岸5孔已建的溢流壩堰體預留導流底孔泄流，底孔進口底板高程170.0 m、孔口尺寸6 m×6 m（寬×高），水庫蓄水發(fā)電前封堵導流底孔。該方案的優(yōu)點是缺口與導流底孔分開設置，結構較簡單；缺點是二期截流難度大，且后期缺口回填必須待二期溢流壩基本完工并拆除二期圍堰后才能進行，影響溢流壩后期施工進度，導流工程造價亦相對較高。

從上述3個方案分析比較可知，盡管方案一不用設置導流底孔，結構簡單，但梳齒下閘封堵實施困難；方案二與方案三比較，雖然只是導流底孔設置位置不同，但影響到溢流壩后期施工進度，方案二的導流工程造價亦相對較低。故初設階段選定方案二，即二期導流采用一期右岸3孔溢流壩堰體預留缺口＋底孔的導流方式。

初設階段對導流底孔設置的個數及尺寸擬定了二個方案進行技術經濟比較，其中二期過水圍堰的擋水流量選取2 600 m3/s，導流缺口個數3個，底板高程180.0 m，寬度14.0 m。比較成果見表2。

表2 導流底孔方案比較表

從表2可知，兩個導流底孔設置方案的上游圍堰擋水水位相差為1.07 m，相應圍堰工程造價相差僅7.1%，相差不大；但方案一的壩體開孔率（指寬度方向，下同）僅為48%，方案二的壩體開孔率則達到61%，方案二的壩體應力分布明顯對結構不利。經技術經濟比較，初設階段選定方案一。

選定的導流缺口和底孔的個數、高程、尺寸如下：

導流缺口：個數3個，底板高程180.0 m，寬度14.0 m。

導流底孔：孔數3個，底板高程170.5 m，孔口尺寸 8 m×7.5 m（寬×高）。

初設階段對二期過水圍堰的擋水流量進行了比較，不同擋水流量的導流水力學計算成果比較見表3。

表3 二期過水圍堰擋水流量比較表

從表3可知，不同擋水流量的上、下游圍堰的擋水水位相差不大，相應圍堰工程造價相差亦不大；但年平均過水次數相差較大。由于二期基坑內需要完成左岸大壩基礎開挖及基礎處理，閘墩、堰體、消力池及升船機混凝土澆筑等，雖然施工項目比較單一，但施工強度相對較大，工期相對比較緊張。從圍堰工程造價、基坑過水風險、施工強度以及充分利用一期縱向圍堰等方面分析，經技術經濟比較，初設階段選定二期全年過水圍堰的擋水流量為2 600 m3/s。

根據施工進度計劃，電站廠房在第3年汛前雖不能封頂，但廠房進、尾水口均可搶至臨時度汛高程以上（即上游進口194.0 m、下游尾水186.0 m），此時進、尾水口可臨時下閘封堵擋水（將閘門分節(jié)后利用施工設備起吊）。故廠房小基坑圍堰采用枯期不過水圍堰，導流標準采用10年一遇洪水重現期，導流時段為2～4月，相應導流流量4 320 m3/s。

初設選定方案的導流程序如下：一期先圍右岸電站廠房和3孔溢流壩，由左岸束窄河床泄流和通航；二期圍左岸5孔溢流壩，同時施工左岸升船機，在二期截流下河前形成廠房小基坑以確保廠房繼續(xù)上升，由一期溢流壩堰體預留3個缺口和3個底孔聯合泄流，缺口底板高程180.0 m、寬14.0 m，底孔底板高程 170.5 m、孔口尺寸 8 m×7.5 m（寬×高），施工期河流斷航；后期加高一期溢流壩缺口，利用3個導流底孔泄流，最后封堵導流底孔。

垂直升船機安排在第二期施工，其上、下游引航架及下游導航墻混凝土水下部分可修建臨時小圍堰擋水。

附圖為施工導流布置示意圖。

附圖 施工導流布置示意圖

4 技施階段實施情況

本工程由中國水電三局施工，于2004年10月底開工，12月19日一期合龍，施工單位采取的一期導流方案和導流程序與設計完全一致，由于該工程地質條件復雜，基礎處理工作難度大、時間長，為保證二期工程的順利實施，二期對導流方案進行了如下修改：

由一期溢流壩堰體預留的3個缺口和6個底孔泄流，缺口底板高程180.0 m，寬14.0 m；底孔底板高程 170.0 m，孔口尺寸 4.5 m×8 m（寬×高），施工期河流斷航。二期圍堰采用土石過水圍堰，設計擋水標準3 000 m3/s，設計過水標準為全年10年一遇洪水，相應流量7 870 m3/s。

5 結語

施工導流雖屬臨時工程，但在整個水利水電工程的施工中又是一項至關重要的單位工程，它不僅關系到整個工程施工進度及機組發(fā)電、工程竣工時間，而且對壩址選擇、樞紐總布置、施工方法、施工場地布置以及工程造價等有很大影響，必須綜合考慮工期、造價、通航及庫區(qū)臨時淹沒等各方面因素，通過水力學計算、造價對比、工期分析等多種手段進行多方案技術經濟比較，最終確定施工導流方案。

河床式廠房電站的特點是電站廠房工程量較大、結構復雜、施工程序多、一個枯水期難以達到下閘條件，閘壩結構相對簡單，一般在一個枯水期就能搶出水面，故這類電站一般首選分期導流的方式。且為使電站早日投產，一般一期施工電站廠房加部分閘壩，二期施工剩余部分閘壩，由已建閘壩過流，若閘壩過流能力有限，則考慮在壩體增設導流底孔或缺口以增強過流能力。由于施工導流涉及的內容眾多，所以一個具體工程的導流方案往往并不是唯一的，如何從多種方案中選擇出最優(yōu)方案是一個值得研究的重大決策問題。

本文通過對該施工導流方案的選定與施工實踐，啟示我們在選定河床式電站施工導流方案時，應從實際出發(fā)，綜合考慮施工進度、均衡性、工程造價、通航及庫區(qū)臨時淹沒等各方面因素。同時，施工導流方案和方式也不是一成不變的，在施工過程中，常常會受工期、資金、洪水或基礎處理等多方面制約，需要根據實際情況對導流方案進行動態(tài)調整，以保證工程的順利實施。如本工程在實施過程中，揭露出的地質條件較為復雜，基礎處理難度大、時間長，二期導流優(yōu)化了導流底孔，并將圍堰擋水標準提高到3 000 m3/s，有效保證了二期工程的順利實施。該工程施工分期導流方案和底孔＋缺口聯合過流方式的成功應用，可為同類工程選定導流方案提供參考。