張 超，陳世全，龍軍飛，李玉珠，吳顯偉

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

大渡河雙江口水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃與設(shè)計

張 超，陳世全，龍軍飛，李玉珠，吳顯偉

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

大渡河雙江口水電站礫石土心墻堆石壩壩高達312.00m，為世界第一高壩，其工程規(guī)模宏大，導(dǎo)流條件復(fù)雜。綜合考慮地形地質(zhì)條件、樞紐布置、大壩施工等特性，施工導(dǎo)流分初期、中期和后期導(dǎo)流三個階段。文章從導(dǎo)流方式、導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)流程序、導(dǎo)流建筑物設(shè)計、下閘封堵，以及初期蓄水與生態(tài)供水等方面簡要介紹了雙江口水電站施工導(dǎo)流設(shè)計的主要內(nèi)容，為類似特高心墻堆石壩施工導(dǎo)流規(guī)劃與設(shè)計提供借鑒。

施工導(dǎo)流；導(dǎo)流程序；導(dǎo)流建筑物；生態(tài)供水；雙江口水電站

1 工程概述

大渡河雙江口水電站位于大渡河流域水電規(guī)劃“3庫22級”開發(fā)方案的第5級，是流域上游控制性水庫［1］。工程為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河大壩為土質(zhì)心墻堆石壩，壩高達312.00m，壩頂高程2510.00m，為目前世界第一高壩。泄水建筑物包括洞式溢洪道、直坡泄洪洞、豎井泄洪洞和放空洞，其中洞式溢洪道、直坡泄洪洞及利用2#導(dǎo)流洞改建的放空洞位于右岸，利用3#導(dǎo)流洞改建的豎井泄洪洞位于左岸。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于左岸，發(fā)電廠房采用地下式，廠內(nèi)安裝4臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，電站裝機容量200萬kW，多年平均年發(fā)電量約77.07億kW·h。經(jīng)多方面論證，雙江口水電站建設(shè)的總體進度目標(biāo)為：2015年汛后截（分）流、2022年底首臺機組發(fā)電、2024年6月完工。

施工導(dǎo)流設(shè)計作為大型水電工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對其進行系統(tǒng)研究意義重大［2］。本文針對雙江口壩高庫大，導(dǎo)流條件復(fù)雜，牽扯因素眾多等特點，從多個方面系統(tǒng)介紹施工導(dǎo)流設(shè)計的主要內(nèi)容，為確保工程施工安全與質(zhì)量，優(yōu)化施工方案提供技術(shù)支撐。

2 導(dǎo)流方式

雙江口水電站壩區(qū)河段洪水量大、歷時長，壩址段河谷深切，谷坡陡峻，河谷呈略不對稱的“V”型谷，大壩心墻基礎(chǔ)需開挖至基巖，不具備明渠或分期導(dǎo)流條件。并且兩岸山體雄厚，基巖出露，巖性以花崗巖為主，具有良好的隧洞布置條件，因此采用隧洞導(dǎo)流方式。

心墻堆石壩結(jié)構(gòu)特性要求大壩施工期基坑不宜過水。同時，本工程規(guī)模巨大，發(fā)電經(jīng)濟效益和社會效益顯著，控制第一批機組發(fā)電的關(guān)鍵線路為壩體施工，而大壩基礎(chǔ)處理及壩體填筑工程量大，若采用枯期導(dǎo)流時段，汛前大壩填筑形象面貌難以滿足擋水度汛的要求，從而影響發(fā)電工期，因此采用全年導(dǎo)流時段。

綜上所述，本工程采用“圍堰全年擋水、隧洞導(dǎo)流”的導(dǎo)流方式。

3 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)大壩施工進度、導(dǎo)流方案等，施工導(dǎo)流分為3個階段，即初期、中期和后期導(dǎo)流。

3.1 初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)流建筑物級別為3級，對于土石類導(dǎo)流建筑物，相應(yīng)的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期50～20年。本工程水文實測和歷史洪水考證年限相對較長，樣本數(shù)量較多，經(jīng)統(tǒng)計分析得到的頻率洪水分布比較接近河流的自身特性，穩(wěn)定性較好，歷史上曾發(fā)生過大于30年一遇的洪水，考慮到本工程規(guī)模巨大，圍堰失事將對工程造成重大損失。采用風(fēng)險決策等方法［3］對不同標(biāo)準(zhǔn)進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最終選定重現(xiàn)期50年一遇作為初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)設(shè)計流量4790m3/s。

3.2 中、后期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)施工進度安排，結(jié)合規(guī)程規(guī)范，2020、2021年壩體施工期臨時度汛標(biāo)準(zhǔn)分別選用100年一遇和200年一遇，相應(yīng)設(shè)計流量5300、5810m3/s。

2021年11月1#導(dǎo)流洞下閘封堵，2022年壩體度汛選用300年一遇（500年校核）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)設(shè)計流量為6080（6460）m3/s；2020年9月底壩體填筑到2426.00m，超過死水位2420.00m高程，大壩具備死水位發(fā)電條件。2022年12月底第一臺機組開始發(fā)電，2023年壩體度汛標(biāo)準(zhǔn)選用500年一遇（1000年校核）洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)設(shè)計流量為6460（6960）m3/s。

3.3 截流、下閘、封堵及蓄水標(biāo)準(zhǔn)

本工程規(guī)模巨大，按期截流、下閘及蓄水發(fā)電，經(jīng)濟效益顯著，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)宜選用規(guī)范規(guī)定的上限值。

截流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇旬平均流量，截流時段為2015年11月中旬，相應(yīng)流量為399m3/s。

導(dǎo)流洞下閘標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇旬平均流量。

導(dǎo)流洞封堵施工時段采用20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

水庫蓄水標(biāo)準(zhǔn)為保證率75% ～85%，本工程按保證率上限85%考慮。

4 導(dǎo)流程序

由于樞紐工程規(guī)模巨大，圍堰工程量也相對較大，上游圍堰堰基防滲采用的封閉式混凝土防滲墻最大墻深71m，堰體最大高度56m。在基礎(chǔ)處理工程量大的情況下，一個枯期完建實現(xiàn)擋水、度汛，難度較大。因此，根據(jù)工程實際進展情況，圍堰防滲墻及堰體填筑分兩個枯水期施工。計劃于2015年進行分流，分流后由1#導(dǎo)流洞及過水圍堰過流，2016年進行河床截流。

初期導(dǎo)流從2015年11月中旬分流，到2020年2月壩體填筑超過圍堰頂高程，共40個月，期間由上下游圍堰擋水，1#導(dǎo)流洞過流。2016年11月上旬工程截流，1#導(dǎo)流洞過水，填筑上、下游圍堰。2017年 5月底，圍堰竣工。2017年 6月至2020年2月，1#導(dǎo)流洞下泄設(shè)計洪水（50年一遇洪水）4790m3/s時，上游水位2305.20m，上游圍堰頂高程2308.00m。

中期導(dǎo)流從2020年3月到2021年10月底1#導(dǎo)流洞下閘前，共20個月。2020年2月，壩體填筑到2309.00m，此時壩體施工可不需要圍堰保護。2020、2021年汛前，壩體分別填筑至 2320.00、2368.00m高程，由壩體臨時斷面形成的庫容分別為0.55、2.64億m3，其壩體臨時擋水度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)分別選用100年一遇和200年一遇，流量分別為5300、5810m3/s，此時由壩體擋水，1#導(dǎo)流洞泄流、度汛，相應(yīng)上游水位為 2314.10m和2323.70m。

后期導(dǎo)流從2021年11月 ～2024年4月，共30個月。2021年11月1#導(dǎo)流洞下閘，2021年11月～2022年4月，1#導(dǎo)流洞堵頭施工，由1#導(dǎo)流洞封堵閘門和壩體擋水，2#導(dǎo)流洞泄流。1#導(dǎo)流洞堵頭施工初期，由布置在左岸的施工期生態(tài)供水洞向下游供水，以滿足下游環(huán)保用水要求，堵頭施工后期由布置在右岸的2#導(dǎo)流洞向下游供水。

2022年5月底壩體填筑至高程2418.00m，2022年6月～2022年9月壩體擋水度汛設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)選用300年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)選用500年一遇，流量分別為6080、6460m3/s，由壩體擋水，2#導(dǎo)流洞聯(lián)合3#導(dǎo)流洞泄流、度汛，相應(yīng)上游水位分別為2409.35m和2413.49m。

2022年9月底壩體填筑至2426.0m，超過死水位2420.00m高程，工程具備蓄水發(fā)電條件。2022年10月底安排2#導(dǎo)流洞下閘，11月底庫水位蓄至2420.00m后，12月底第一臺機組即可投入運行。2022年10月～2021年4月封堵2#導(dǎo)流洞，并改建成放空洞，封堵堵頭施工期間由2#導(dǎo)流洞封堵閘門和壩體擋水，3#導(dǎo)流洞泄流。工程發(fā)電后由3#導(dǎo)流洞、放空洞、深孔泄洪洞和提前發(fā)電機組單獨或聯(lián)合泄流、度汛，并調(diào)節(jié)發(fā)電水位保持在最低發(fā)電水位2420.00m高程以上。

2023年5月底壩體填筑高程至2468.00m，2023年6月～2023年10月壩體擋水度汛設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)選用500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)選用1000年一遇，流量分別為6460、6960m3/s，此時由壩體擋水，3#導(dǎo)流洞聯(lián)合放空洞、深孔泄洪洞及提前發(fā)電機組單獨或聯(lián)合泄流、度汛，調(diào)蓄后相應(yīng)上游水位分別為2447.60m和2451.11m。

2023年11月初3#導(dǎo)流洞下閘，2023年11月～2024年4月，3#導(dǎo)流洞堵頭施工，封堵堵頭施工期間，由3#導(dǎo)流洞封堵閘門和壩體擋水，放空洞聯(lián)合深孔泄洪洞泄流并保持上游水位在2425.00m左右。

2024年4月底，壩體完建，由永久泄水建筑物過流。

5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

雙江口水電站導(dǎo)流建筑物由上、下游圍堰，3條導(dǎo)流洞和1條生態(tài)供水洞組成，其中1#導(dǎo)流洞、3#導(dǎo)流洞和生態(tài)供水洞布置于左岸，2#導(dǎo)流洞布置于右岸，總體平面布置如圖1所示。

圖1 導(dǎo)流建筑物平面布置圖

5.1 圍堰設(shè)計

上游圍堰為全年土石圍堰，與大壩上游壓重區(qū)全結(jié)合，采用復(fù)合土工膜心墻接混凝土防滲墻型式。堰頂高程2308.00m，最大堰高56m，堰頂軸線長約245m，堰頂寬度12m，上游坡比為1∶2.00，下游坡比為1∶1.75。堰體采用復(fù)合土工膜心墻進行防滲，復(fù)合土工膜最大高度36m，堰基防滲采用封閉式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度71m，墻下設(shè)帷幕灌漿。防滲墻施工平臺以下防滲體及堆筑體為分流過水圍堰，先行施工。

下游圍堰為全年土石圍堰，與大壩下游壓重區(qū)全結(jié)合，采用復(fù)合土工膜心墻接混凝土防滲墻型式，堰頂高程2265.00m，圍堰最大堰高20m，堰頂軸線長約157m，堰頂寬度10m，上游坡比為1∶1.75，下游坡比為1∶2.00。堰體采用復(fù)合土工膜心墻進行防滲，復(fù)合土工膜最大高度10.50m，堰基防滲采用封閉式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度72m，墻下設(shè)帷幕灌漿。防滲墻施工平臺以下防滲體及堆筑體為過水圍堰，先行施工。

5.2 導(dǎo)流洞設(shè)計

結(jié)合水工樞紐布置及壩區(qū)地形、地質(zhì)條件，對導(dǎo)流洞布置方案進行研究時，考慮主要布置原則有：①充分考慮導(dǎo)流建筑物與水工永久建筑物的結(jié)合，以減少工程投資，中、后期導(dǎo)流盡量利用永久泄洪建筑物；②導(dǎo)流建筑物的布置，除滿足過流要求外，還需考慮下游生態(tài)供水及封堵閘門下閘、擋水和運行等條件要求。

根據(jù)本工程大壩施工進度安排，為降低導(dǎo)流洞運行期、封堵期風(fēng)險，同時兼顧防洪發(fā)電及下游供水要求，選擇導(dǎo)流建筑物分三層布置：1#導(dǎo)流洞布置在左岸，進口高程 2261.00m，出口高程2247.00m；2#導(dǎo)流洞布置在右岸，進口高程2340.00m，出口高程2260.0m，與放空洞部分結(jié)合；3#導(dǎo)流洞布置在左岸，進口高程2360.00m，出口高程2273.86m，與豎井泄洪洞部分結(jié)合。

（1）初期導(dǎo)流洞

綜合考慮單洞泄量、隧洞布置條件、隧洞結(jié)構(gòu)、截流、下閘封堵及投資等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，確定初期導(dǎo)流采用1條導(dǎo)流洞方案。綜合比較導(dǎo)流工程運行、投資情況，同時滿足圍堰在一個枯水期完建擋水要求，并結(jié)合導(dǎo)流模型試驗成果確定1#導(dǎo)流洞斷面為15m×19m（寬×高），相應(yīng)上游圍堰最大高度為56m。1#導(dǎo)流洞布置在左岸，洞線采用雙彎道布置，進口高程為2261.00m，出口高程為2247.00m，洞身長度1522.61m。

（2）中后期導(dǎo)流洞

綜合分析水工泄水建筑物布置、中后期導(dǎo)流壩體擋水度汛要求，導(dǎo)流洞運行、封堵，盡量降低工程投資等要求，兩岸各布置一條2#、3#導(dǎo)流洞。

2#導(dǎo)流洞布置在右岸，采用長有壓隧洞接無壓隧洞形式，無壓段與水工放空洞以“龍?zhí)ь^”方式部分結(jié)合。2022年11月～2023年4月，2#導(dǎo)流洞下閘封堵后，改建成放空洞。2#導(dǎo)流洞按長有壓隧洞設(shè)計，總長1999.40m。導(dǎo)流洞進口設(shè)置岸塔式閘室，進口底高程為 2340.00m，塔頂高程2380.00m，后接方圓形有壓隧洞，漸變段長為20m，有壓洞尺寸 9m×13.5m（寬 ×高），長度727.14m，有壓段出口采用1∶4壓坡結(jié)構(gòu)，出口斷面尺寸9m×10.5m（寬×高），2#導(dǎo)流洞在樁號0+627.14m前隧洞底坡4.15‰，0+627.14m至有壓出口壓坡段底坡2%。無壓段采用城門洞型斷面，長1224.26m，底坡6.11%，尺寸11m×15.5m（寬×高）。

3#導(dǎo)流洞布置在左岸，與豎井泄洪洞部分結(jié)合布置，按短有壓隧洞設(shè)計。2023年11月～2024年4月，3#導(dǎo)流洞下閘封堵后，改建為豎井泄洪洞。3#導(dǎo)流洞布置在左岸，與豎井泄洪洞部分結(jié)合布置，隧洞進口底高程2360.00m，出口底高程2273.86m，洞身全長 1593.45m，隧洞底坡5.41%，其中結(jié)合段長933.21m。3#導(dǎo)流洞按短有壓隧洞設(shè)計，進口設(shè)置岸塔式閘室，閘室尺寸50m×20.5m×94m（長 ×寬 ×高）。進口閘室內(nèi)設(shè)置平板封堵閘門及調(diào)洪水位發(fā)電的工作閘門，平板門孔口尺寸10.5m×11m（寬 ×高），工作門孔口尺寸10.5m×9m（寬×高），其間采用1∶5的水流壓板，工作閘門后無壓隧洞尺寸12m×16m（寬×高）。

5.3 施工期生態(tài)供水洞設(shè)計

由于1#導(dǎo)流洞進口高程與2#導(dǎo)流洞進口高程高差較大，經(jīng)初步蓄水計算，按11月上旬85%蓄水保證率來量269m3/s，將水蓄至2#導(dǎo)流洞進口底高程2340.00m下游需斷水4.8天。

施工期生態(tài)供水洞布置在左岸，其任務(wù)是完成1#導(dǎo)流洞下閘后向下游供水，直至水位上升至2#導(dǎo)流洞進口高程以上，并由2#導(dǎo)流洞下泄供水。

施工期生態(tài)供水洞采用有壓隧洞后接無壓隧洞型式，進口高程2268.00m，出口高程2253.00m，隧洞全長1456.23m，分為有壓段、閘室段、無壓段。其中有壓段為城門洞型，斷面尺寸4.50m×6.00m（寬×高），長138.30m，底坡為平坡；閘室段長15.00m，閘室底高程2268.00m，內(nèi)設(shè)弧形控制閘門，尺寸4.50m×5.50m（寬×高）；無壓段為城門洞型，斷面尺寸5.50m×6.50m（寬 ×高），長1302.94m，底坡1.15%。

6 下閘封堵

本工程各導(dǎo)流洞和生態(tài)供水洞完成相應(yīng)使命后均需進行封堵，堵頭結(jié)構(gòu)均為1級建筑物，結(jié)構(gòu)安全級別1級，經(jīng)堵頭穩(wěn)定計算，結(jié)合大壩施工進度安排和水文條件等，擬定各隧洞下閘封堵計劃表如表1所示。

7 初期蓄水發(fā)電與生態(tài)供水

根據(jù)水利部水資源論證規(guī)范要求，結(jié)合本工程河道水文情況，初期蓄水期間須滿足向下游供水的流量不小于121m3/s。為此，在2268.00m高程設(shè)置施工期生態(tài)供水洞，利用弧形工作閘門控制下泄流量。

表1 隧洞下閘封堵計劃表

各時段蓄水標(biāo)準(zhǔn)均為來水保證率為85%的流量。1#導(dǎo)流洞2021年11月下閘封堵，1#導(dǎo)流洞采用單孔接力下閘，待上游水位超過2275.60m后全部下閘，后由施工期生態(tài)供水洞向下游供水。

11月85%保證率流量為269m3/s，在滿足向下游供水121m3/s流量前提下，蓄水分兩階段進行。①第一階段（下閘至 2320.00m）：第一階段水位2320.00m以下壩前水位上升速度對壩體穩(wěn)定影響較小，壩前水位上升速度不控制，水位由2275.60m蓄至2320.00m需歷時4.1天；②第二階段（2320.00～2343.70m）：水位在2320.00m以上，壩前水位上升速度對壩體穩(wěn)定影響較大，應(yīng)控制水位上升速度。因高水位時施工期生態(tài)供水洞泄量較大，可滿足控制壩前水位上升速度要求，第二階段按1m/天蓄水速度將水位由2320.00m蓄至2343.70m（2#導(dǎo)流洞進口高程為2340.00m，此時滿足下泄121m3/s要求）需歷時23.7天。

2022年9月底，壩體填筑到2426.00m高程，超過最低發(fā)電水位2420.00m高程，工程具備蓄水發(fā)電條件。2022年10月下旬2#導(dǎo)流洞下閘，下閘初期由進口閘門局開使上游水位至3#導(dǎo)流洞進口高程2360.00m，后由3#導(dǎo)流洞調(diào)節(jié)控制下泄流量，水庫開始蓄水。3#導(dǎo)流洞進口高程2360.00m對應(yīng)庫容2.09億m3，發(fā)電死水位2420.00m，對應(yīng)庫容為8.15億 m3。蓄水標(biāo)準(zhǔn)采用10月下旬保證率85%的流量514m3/s。

經(jīng)初步計算，在滿足向下游供水121m3/s流量前提下，上游水位由2#導(dǎo)流洞蓄至3#導(dǎo)流洞進口需95h，此后在滿足壩前水位上升速度要求前提下，按1.5m/天蓄水速度將水位由3#導(dǎo)流洞蓄至發(fā)電死水位2420.00m需歷時40天。經(jīng)一個月的調(diào)試，2022年12月底第一臺機組可投入運行。

8 結(jié)語

結(jié)合地形地質(zhì)條件，樞紐布置情況，以及大壩施工進度安排，綜合考慮水庫分期蓄水、提前發(fā)電，以及下閘封堵和生態(tài)供水等要求，通過可研階段大量的科研攻關(guān)研究，形成雙江口水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃與設(shè)計的主要成果：

（1）本工程施工導(dǎo)流分為3個階段，即初期、中期和后期導(dǎo)流。初期導(dǎo)流采用“圍堰全年斷流，隧洞泄流”的導(dǎo)流方式，圍堰采用二期施工，提前分流的方式。

（2）施工導(dǎo)流洞采用了分層布置格局。同時，利用2#導(dǎo)流洞改建為放空洞，利用3#導(dǎo)流洞改建為豎井泄洪洞，有效降低了投資。

（3）特布置一條生態(tài)供水洞銜接蓄水滿足了下游河道生態(tài)供水的要求，解決了1#、2#導(dǎo)流洞進口高差較大帶來的環(huán)保難題。

本文成果為類似300m級特高心墻堆石壩施工導(dǎo)流規(guī)劃與設(shè)計提供了參考。

［1］中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司.四川省大渡河雙江口水電站施工導(dǎo)流專題研究報告［R］.2016.

［2］劉福玉.白石水庫施工導(dǎo)流優(yōu)化方案探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（10）：64-65，72.

［3］張超.葉巴灘水電工程施工初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選［J］.人民長江，2016， 47（16）： 58-61.

［4］NB/T 35041-2014.水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計規(guī)范［S］.

TV551.1

B

1672-2469（2017）10-0148-05

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.042

2017-05-22

成都勘測設(shè)計研究院青年科技基金項目（P294-2015）

張 超（1985年-），男，高級工程師。