秦永濤，宋 慧，田 野

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津市 300222）

1 工程概述

NT1水電站位于老撾中部的Nam Theun河上，壩址距湄公河與Nam Theun河匯合處約33km，距首都萬象約220km，壩址控制集水面積14070km2。

NT1水電站安裝3臺200MW的混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量600MW，年利用小時3951h，多年平均發(fā)電量2371GWh。老撾地區(qū)雨季集中，汛期洪水流量大。NT1水電站主要特點為洪水流量巨大（PMF洪水流量34000m3/s），大壩采用面板堆石壩，最大壩高167m，泄洪及導流建筑物規(guī)模大，機組裝機規(guī)模相對較?。ㄓ捎谏嫌慰缌饔蛞?，裝機僅600MW），工程投資大，泄洪消能難度高。

2 可研階段泄洪建筑物成果

NT1水電站可研階段泄洪建筑物布置方式為：緊鄰大壩右岸山脊分別布置5條岸邊開敞式溢洪道、1條放空洞、4條導流洞（后期改建為非常泄洪洞）。

開敞式溢洪道布置在右岸壩肩緩坡地帶，最大下泄流量為28000m3/s。溢洪道溢流堰采用開敞式WES型實用堰，溢流堰垂直水流方向的頂部總寬度為236.0m?？刂贫喂卜譃?5孔，單孔尺寸為12m×15m（寬×高），泄槽長約400m，出口采用挑流消能型式。

緊鄰溢洪道右側布置1條放空洞，為有壓接無壓洞，總長1142.31m。進水口采用岸塔式，出口采用挑流消能型式。放空洞不參與樞紐泄洪。

4條非常泄洪洞布置于放空洞右側，全部由導流洞改建而成，采用有壓豎井洞塞型式。進水口采用岸塔式，單條洞長約1100m，非常泄洪洞泄量共約4×1504m3/s。

上述方案的整個泄洪工程投資為233137.38 萬元，占整個建筑工程投資的比例為51.86%，其中溢洪道133287.64萬元，放空洞50220.99萬元，4條非常泄洪洞改建費用49628.75萬元。

為了降低工程投資，提高項目的經濟指標，因此需要對工程進行優(yōu)化設計，以便順利推動項目實施。

3 泄洪建筑物布置方案研究

3.1 研究思路

NT1水電站工程施工期長，洪水流量大，布置有1～4號初期導流洞。導流洞如果在導流結束后能與永久工程相結合，則樞紐布置更加緊湊。利用大壩右岸現有地形布置非常溢洪道，研究采用非常溢洪道替代非常泄洪洞的可行性和經濟性。論證放空洞參與泄洪及導流洞封堵期下游供水的可行性。

3.2 泄洪方式研究

主要從經濟、技術方面針對導流洞后期改建為泄洪、放空設施進行研究。

（1）導流洞改建為非常泄洪洞方案研究。

將1～4號導流洞改建為4條非常泄洪洞，采用有壓豎井洞塞消能型式。單條非常泄洪洞最大設計泄流量為1600m3/s。

經計算，1～4號導流洞改建為4條非常泄洪洞需直接投資49628萬元。如果1～4號導流洞不改建為非常泄洪洞，由非常泄洪洞承擔的6400m3/s下泄流量改由設置在岸邊的非常溢洪道下泄，則非常溢洪道寬度需要27m。通過調整正常溢洪道的孔口尺寸，加大單寬泄量，調整溢洪道布置形式，在旁邊布置一條非常溢洪道[1]，需增加直接投資約10044萬元。

綜上所述，在同樣下泄6400m3/s 的情況下，1～4號導流洞改建為非常泄洪洞方案比加寬非常溢洪道方案增加直接投資約39584萬元。為了降低工程造價，不采取導流洞改建為非常泄洪洞的方案。

（2）放空洞與4號導流洞相結合方案研究。

根據大壩檢修要求，大壩檢修時需要將庫水位放空至240.00m高程，需要設置一條放空洞。放空洞主要功能為放空，兼作后期導流洞，和生態(tài)放水洞。

1～4號初期導流洞封堵后，放空洞作為后期導流洞過流，因此放空洞的進口底板高程及孔口尺寸受后期導流要求控制。

根據導流洞和放空洞的布置要求及地形地質條件，放空洞與導流洞研究以下三種結合方式：

a.采用旋流豎井消能方式與4號導流洞結合。

該結合方式存在以下問題：后期導流和放空期間的最大過流量為1400m3/s，進入渦室的水流最大流速為31m/s，其規(guī)模已遠超過目前已實施的旋流豎井式泄洪洞；由于渦室尺寸及豎井高度限制，洞內水流條件難以滿足旋流豎井消能的要求[2]。

b.采用洞塞消能方式與4號導流洞結合。

洞塞消能方式的前提條件是整個洞段為有壓流。在后期導流及放空期間，放空洞的過流量變化較大，當過流量較少時，放空洞內無法滿足有壓流要求。

c.采用龍?zhí)ь^型式與4號導流洞結合。

4號導流洞進口高程為145.00m，出口高程為139.00m，縱坡為i=0.004。放空洞采用龍?zhí)ь^型式與4號導流洞結合，泄槽為洞內陡坡接緩坡。泄洪放空時，放空洞內最大流速約為30m/s，水流進入結合段時會產生洞內水躍，水流條件差。

三種結合方式都存在較大的水力學問題，而在后期導流期間，放空洞為唯一導流通道，對放空洞的過流可靠度要求很高[3]。故認為放空洞不宜與初期導流洞結合，為使放空洞得到充分的利用，放空洞在設計上除作為放空和后期導流外，還需參與泄洪。

4 泄洪建筑物布置新方案

4.1 泄洪建筑物布置方案選定

根據上述布置方案研究，最終確定泄洪建筑物由開敞式溢洪道和放空洞組成。開敞式溢洪道分為正常溢洪道和非常溢洪道，放空洞兼后期導流，并參與泄洪。4條初期導流洞不參與泄洪。

泄洪建筑物的泄量分配原則為，在設計洪水下（1000年一遇流量19800m3/s）采用正常溢洪道和放空洞泄洪，正常溢洪道泄量為17448.69m3/s，放空洞泄量為1397.35m3/s；在校核洪水下（10000年一遇流量23600m3/s）采用正常溢洪道、非常溢洪道和放空洞泄洪[4]，正常溢洪道泄量為15734m3/s，非常溢洪道泄量為6481m3/s，放空洞泄量為1385m3/s；在PMF（流量34000m3/s）洪水下采用正常溢洪道、非常溢洪道和放空洞泄洪，正常溢洪道泄量為21754m3/s，非常溢洪道泄量為10825m3/s，放空洞泄量為1421m3/s。PMF洪水泄洪建筑物有關參數對比見表1。

表1 PMF洪水泄洪建筑物有關參數對比表Table 1 Comparison parameters of PMF flood discharge buildings

4.2 溢洪道設計

開敞式溢洪道利用地形條件布置在右岸壩肩緩坡地帶，由引水渠、控制段、泄槽段和出口消能段組成。非常溢洪道位于山內側，靠近壩側分別為1、2號正常溢洪道，布置方式見圖1。

圖1 溢洪道布置示意圖Figure 1 Spillway layout

（1）引水渠。

引水渠段長150m，渠底板高程為263.00m，左側（堆石壩側）為重力式導墻與控制段相接。

（2）控制段。

控制段閘頂高程為297.00m，橫水流向頂部總寬度172.5m。其中正常溢洪道6孔，非常溢洪道3孔，孔口尺寸均14.0m×21m（寬×高），正常溢洪道控制段順水流長度40.0m，設有平板檢修閘門和弧形工作門各一道。非常溢洪道控制段順水流長度20.0m，考慮到經濟性和使用頻率，只設一道平板工作閘門。控制段堰體和閘墩兩側采用0.4m厚C40抗沖磨混凝土進行保護。

（3）泄槽段。

溢洪道泄槽為明槽，正常溢洪道分為兩個單獨泄槽。為使水流順利挑入河槽，1號泄槽采用變坡形式，樁號0+000.00m～0+175.00m段底板坡度為i=0.13，0+198.25m～0+310.00段底板坡度為i=0.40，兩段中間采用拋物線連接，泄槽平面長度為310.00m；2號泄槽采用一坡到底的型式，底板坡度為i=0.13，平面長度為345.00m。1、2號泄槽邊墻寬度均為2.5m，底板厚度為2.0m。泄槽底板及兩側邊墻采用0.4m厚C40抗沖磨混凝土進行保護。同時為保證泄槽底板穩(wěn)定，對底板基礎進行固結灌漿處理，設置反濾排水層，底板設置錨筋與基礎連接。

非常溢洪道單獨為一個泄槽，為降低工程投資非常溢洪道僅底板采用0.5m厚C25混凝土襯砌。為防止非常溢洪道運行時底板破壞對正常溢洪道底板及邊墻造成影響，非常溢洪道底板高度比正常溢洪道底板高1.5m。

（4）出口消能段。

正常溢洪道出口采用挑流消能方式，采用等寬挑坎，挑坎長度為40m，挑坎及兩側邊墻采用0.4m厚C40抗沖磨混凝土進行保護。非常溢洪道出口不設置消能設施。

（5）岸坡防護。

為了避免小泄量時對溢洪道挑坎出口下方山體的沖刷，對溢洪道挑坎下方的山體進行局部開挖和C20混凝土貼坡保護處理。同時對溢洪道出口對岸500m范圍內的山體進行C20混凝土貼坡保護處理，以防止泄洪霧化對溢洪道出口對岸山體的破壞。

4.3 放空洞設計

放空洞單獨布置于4號導流洞右側，為有壓接無壓洞形式，由進水口、有壓洞、工作閘門室、無壓洞、明泄槽、挑流鼻坎組成，總長1038m。放空洞形式見圖2。

圖2 放空洞（兼后期導流洞、泄洪洞）Figure 2 Emptying tunnel（diversion tunnel，flood discharging tunnel）

（1）進口布置。

放空洞進口位于大壩上游右岸的山坡上，距壩軸線約350m。進口采用岸塔式進水口，順水流方向長20m，寬20m，塔高97m。進口內設事故平板閘門，孔口尺寸為7.4m×8.5m（寬×高）。

（2）洞身布置及結構設計。

放空洞進口后接圓形有壓洞，內徑8.5m，長446.88m，縱坡為i=0.0045。隧洞采用C40抗沖磨鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度1.0m。

有壓洞后接工作閘門室。工作閘門室布置于大壩軸線下游約10m處。工作閘門室底部流道順水流方向長35.00m，寬13.50m，上部順水流方向長15.5m，寬18.5m。閘室凈高53.0m。 閘室內設弧形工作閘門，孔口尺寸為6.5m×7.5m（寬×高）。工作閘門室后接無壓洞。

無壓洞長616.56m，縱坡為i=0.0577，洞身斷面為圓拱直墻型，內斷面寬7.9m，高11m。無壓洞過水斷面采用C40抗沖磨鋼筋混凝土襯砌，其余部位采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度1.0m。無壓洞后接明泄槽。

明泄槽長74.83m，縱坡為i=0.0577。明泄槽采用矩形斷面，寬7.9m，高10m。放空洞出口采用挑流消能。明泄槽及挑坎底部設置插筋并進行固結灌漿。

4.4 新方案的經濟合理性

通過加深溢洪道孔口高度，調整溢洪道進口數量，增加非常溢洪道，縮短非常溢洪道進口段長度，調整底板襯砌以及“三洞合一”增加放空洞功能等措施，泄洪建筑物投資由原方案的 233137.38 萬元，降低到164682萬元。

5 結束語

因地制宜，通過臨時建筑物和永久建筑物相結合，合理分配泄量，放空洞兼后期導流洞并參與泄洪，設置壩旁非常溢洪道等措施使NT1水電站泄洪建筑物設置更為合理，經濟性更佳。泄洪建筑物占整個工程直接投資的比例降低到了36%，且該方案已經通過了項目所在國家能源部的審查。