彭崢 程保根 李鵬 中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司

圖1 電站樞紐布置及周邊環(huán)境平面圖

1.工程概況

老鷹巖二級水電站位于四川省石棉縣境內(nèi)，是大渡河干流28級開發(fā)的第18級，其上游與老鷹巖一級銜接，下游為瀑布溝水電站。電站采用閘壩、河床式廠房聯(lián)合擋水的開發(fā)方式，電站總裝機容量420MW，聯(lián)合運行多年平均年發(fā)電量18.71億kW?h。工程為二等大（2）型工程，永久性主要建筑物為2級建筑物，永久性次要建筑物為3級建筑物。

2.導流方式

本工程大壩基坑深度約80m，基坑開挖回填工程量巨大，壩體不可能在一個枯水期修筑至度汛洪水位以上，若汛期基坑過水，則會嚴重影響發(fā)電工期和總工期，且基坑翻水對下游石棉縣城安全威脅極大，因此應采用全年圍堰、廠房基坑全年施工的導流方式。若采用隧洞導流，則需在河道左岸布置兩條15m×18m城門洞型隧洞，隧洞工程量大，工程投資高，隧洞施工工期較長且隧洞出口直接對沖石棉縣城堤防，故不宜采用隧洞導流方式。若采用束窄河床過流分期導流，由于受河道寬度限制且河床覆蓋層深厚，縱向?qū)涂v向全年圍堰均布置于主河道中央，需對右岸邊坡進行大規(guī)模擴挖，導流建筑物基礎(chǔ)處理和防滲工程難度大、投資高、導流風險大，且施工工期明顯延長，故不適宜采用束窄河床分期導流。在綜合考慮地形地質(zhì)條件、河流水文條件、樞紐建筑物布置特點、主體工程施工等因素后，考慮到本工程左岸為凸岸，具備布置導流明渠的條件，且能與水工永久泄洪閘結(jié)合以節(jié)約部分工程量，擬定本工程采用圍堰一次攔斷河床、基坑全年施工、明渠泄流分期導流的方式。

3.導流標準

一期導流主要保護左岸導流明渠全年施工，根據(jù)規(guī)范導流建筑物級別為5級，導流設(shè)計標準采用全年10年一遇洪水重現(xiàn)期，相應流量為5760m3/s。

二期導流主要圍護主基坑電站廠房和泄洪閘壩段全年施工。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，導流建筑物級別為4級，相應土石類導流建筑物設(shè)計洪水重現(xiàn)期為10～20年。采用規(guī)范上、下限標準下，導流設(shè)計流量相差約9.4%，二期圍堰和導流明渠邊墻頂高程最大高度僅相差1m，且根據(jù)工期分析，兩標準下的上游圍堰都能在一個枯水期完建，故導流標準的不同，并不會對臨建工程投資有較大影響[1]。同時考慮到：二期主基坑工程量大，施工難度高，大壩工程為關(guān)鍵項目，基坑下游緊鄰石棉縣城，二期基坑失事將嚴重影響發(fā)電工期、經(jīng)濟損失巨大、社會影響惡劣，故本工程二期導流標準選擇規(guī)范規(guī)定上限值即全年20年一遇洪水重現(xiàn)期，相應導流設(shè)計流量為6300m3/s。

表1 不同底寬導流明渠方案水力學指標及工程投資估算比較表

三期導流主要圍護進行明渠改建封堵、廠房剩余混凝土澆筑及機組安裝等。根據(jù)規(guī)范導流建筑物級別為4級。三期上、下游圍堰設(shè)計擋水標準選用枯期20年一遇，相應設(shè)計流量為1878m3/s。水道系統(tǒng)與廠房貫通后，廠房壩段需在廠房進口閘門和尾水閘門保護下進行廠房剩余混凝土澆筑及機組安裝施工，期間廠房進口和尾水閘門設(shè)計擋水標準選用30年一遇，相應設(shè)計流量為1878m3/s。

4.導流方案

4.1 導流方案比選

根據(jù)水工樞紐布置特點，在已選定導流方式基礎(chǔ)上，對可行的導流方案進行擬定比選。

枯期明渠方案：明渠按照泄放枯期洪水設(shè)計，一期在縱向圍堰圍護下施工完成左岸枯期明渠和兩孔泄洪閘底板及邊墩，期間原河床過流；二期在上下游圍堰圍護下，分三個枯期施工完成剩余三孔泄洪閘壩段以及廠房基坑上下游導墻，期間枯期明渠泄流，汛期基坑過水；三期在上下游全年土石圍堰圍護下，施工完成廠房壩段，期間已完建五孔泄洪閘泄流，枯期擇機封堵改建明渠。本方案能夠降低明渠和圍堰規(guī)模，減小明渠出口單寬流量，降低下游縣城防沖壓力，降低導流風險，但是泄洪閘壩段汛期無法施工，總工期較推薦方案需延長17個月，且廠房小基坑縱向?qū)Φ鼗幚黼y度高、投資大，泄洪閘上下游圍堰需多次恢復，綜合導流工程投資亦偏大。綜上，枯期明渠方案不適宜[2]。

全年明渠、主體工程分兩期施工方案；一期在縱向圍堰圍護下，施工完成左岸全年明渠和完建左岸兩孔泄洪閘；二期在上下游全年土石圍堰圍護下，施工完成廠房壩段、剩余三孔泄洪閘壩段和其它樞紐建筑物。本方案導流程序簡明，不需要進行三期明渠改建施工，但是由于主體工程工期由廠房壩段控制，本方案與推薦方案施工工期相同，而明渠過流控制斷面束窄，引起導流工程和圍堰上游施工場地墊高防護工程量較大，工程投資較大。綜上，不推薦本方案。

推薦方案：一期在縱向圍堰圍護下，施工完成左岸全年明渠和兩孔泄洪閘邊墩及底板；二期在上下游全年圍堰圍護下，施工完成廠房壩段、剩余三孔泄洪閘壩段和其它樞紐建筑物；三期在上下游枯期土石圍堰圍護下，進行左岸兩孔泄洪閘改建施工，完成明渠封堵。

4.2 明渠規(guī)模擬定

本工程明渠導流流量大、河道較窄、基坑布置條件逼仄，明渠導墻布置受地形地質(zhì)條件限制，為保證基坑邊坡開挖安全和下基坑道路設(shè)計坡度，上游圍堰高度受限，估算明渠過流底寬不應小于30m。結(jié)合水工泄洪閘閘孔尺寸，對明渠寬度進行多方案綜合比選：明渠結(jié)合兩孔閘（2×13m），過流底寬31m；明渠結(jié)合兩孔閘（2×15 m），過流底寬35m；明渠結(jié)合三孔泄洪閘（3×13m），過流底寬52m。不同寬度條件下相關(guān)水力學指標及投資估算情況見表1。

經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟比較：31m寬明渠方案左岸邊坡開挖規(guī)模最小，但是導墻和圍堰規(guī)模最大，明渠出口單寬流量最大，且對下游石棉縣城沖刷影響嚴重，上游施工場地墊高防護工程量大，整體工程投資較推薦方案略高；52m寬明渠方案導墻和圍堰規(guī)模均較小，明渠出口下游防沖壓力最小，但是左岸明渠邊坡規(guī)模過大，邊坡處理難度大投資高，安全風險突出，且工程投資最高；35m寬明渠方案工程投資最低，明渠邊坡、導墻和圍堰規(guī)模適中，經(jīng)模型試驗和穩(wěn)定計算驗證，邊坡穩(wěn)定風險和下游消能防沖均可采用工程措施有效解決。綜上，推薦導流明渠結(jié)合兩孔泄洪閘（2×15m），過流底寬35m。

5.導流建筑物設(shè)計

（1）一期圍堰。一期縱向全年圍堰順河流向布置在河道左岸明渠導墻外側(cè)，全長719.579m。上游段圍堰頂高程866.00m，下游段圍堰頂高程865.00m，中間設(shè)漸變段。圍堰采用土石填筑，堰體最大高度約15m，堰頂寬度8m，迎水面、背水面坡比1：1.5。堰體采用土工膜心墻防滲，最大防滲高度5m。圍堰基礎(chǔ)覆蓋層孤石較多，顆粒級配不好，透水性較強，采用封閉式混凝土防滲墻防滲，最大墻高約69.06m。堰體防滲采用復合土工膜心墻。

受河道地形影響，縱向圍堰形成后，在上游端對河道束窄較為嚴重，故對明渠進口上游端右岸河道進行擴挖處理。

（2）導流明渠。根據(jù)河谷地形地質(zhì)條件，明渠導墻呈“S形”，沿河道左岸基巖邊緣極限位置布置，確保導墻坐落于巖石基礎(chǔ)上，降低左岸邊坡開挖規(guī)模。導墻中間段垂直于壩軸線，且過閘段與水工泄洪閘邊墩邊墻全結(jié)合；為適應基巖地層走向，明渠導墻上游端向左岸山體側(cè)偏轉(zhuǎn)11°，偏轉(zhuǎn)段與導墻主體段圓弧形漸變過渡；明渠出口段導墻向河床方向偏轉(zhuǎn)12°，形成喇叭形明渠出口，以降低明渠出口出流單寬流量，減小出口水流沖刷。導墻采用“L”型混凝土重力式結(jié)構(gòu)，頂寬4.00m，底寬6.00m，最大墻高30m,設(shè)置厚4m懸臂式底板，底板寬度10～15m。根據(jù)水力學計算及模型試驗成果，明渠上游段墻頂高程876.00～875.00m，過閘段與泄洪閘邊墻全結(jié)合，墻頂高程868.00～882.00m；下游段墻頂高程868.00m～865.00m。

（3）石棉縣城防沖保護。施工期明渠泄放20年一遇洪水時為下游縣城堤防防護的控制工況。根據(jù)水力模型試驗成果，在現(xiàn)有堤防結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對壩軸線下游400～880m范圍內(nèi)縣城堤防進行加固。結(jié)合原有防沖混凝土護底，下游右岸防洪堤從防洪堤到河床依次新增防沖墻、鋼筋鉛絲石籠、塊石串等措施進行加固。混凝土防沖墻超過試驗沖刷深度2m，深度約為6m～15m，厚度1.2m，防沖墻頂部與縣城原防洪堤C15混凝土護底連接，防沖墻外側(cè)采用鋼筋石籠（石籠內(nèi)石塊用鉛絲捆綁）加固防沖，鋼筋石籠外側(cè)采用更加柔性的塊石串加固。

（4）二期圍堰。二期上、下游圍堰均采用碾壓式心墻堆石壩。

上游圍堰頂高程876.00 m，最大堰高41m，堰頂寬10.00 m，截流戧堤布置在堰體下游，戧堤頂高程858.50m，防滲墻施工平臺頂高程862.00m。迎水面坡比為1：2.0，采用塊石護坡、大塊石護腳。背水面坡比為1：1.8。堰體采用350g/0.8mmHDPE/350g的復合土工膜心墻防滲，最大防滲高度13m，土工膜兩側(cè)采用過渡層進行保護。堰基防滲采用厚1.0m封閉式混凝土防滲墻，防滲墻嵌入基巖1m，最大深度75.4m。

下游圍堰頂高程865.00m，最大堰高15m，堰頂寬10.00 m。迎水面坡度為1：1.8，迎水面采用塊石護坡、大塊石和鋼筋石籠護腳，背水面坡度為1：1.8。堰體采用350g/0.8mmHDPE/350g的復合土工膜心墻防滲，最大防滲高度8m，土工膜兩側(cè)采用過渡層進行保護。基礎(chǔ)防滲采用厚1.0 m 封閉式混凝土防滲墻，墻頂高程為858.00m，防滲墻嵌入基巖1 m，最大深度約61.4m。

（5）三期圍堰。三期上、下游圍堰在布置于導流明渠內(nèi)，均采用土石圍堰。

上游圍堰頂高程867.00m，頂寬8.0m，堰高17m，迎水面邊坡坡度為1：1.8，坡面采用塊石護坡；背水面邊坡坡度為1：1.8。堰體防滲采用閉氣碎石土料斜墻防滲，防滲高度為16m。

下游圍堰頂高程860.00m，頂寬8.0m，堰高11m，迎水面邊坡坡度為1：1.8，坡面采用塊石護坡；背水面邊坡坡度為1：1.8。堰體防滲采用閉氣碎石土料斜墻防滲，防滲高度為10m[3]。

6.結(jié)語

老鷹巖二級水電站工程基坑規(guī)模大，地形地質(zhì)條件復雜，且緊鄰石棉縣城，導流建筑物布置受到諸多不利因素的制約。經(jīng)過對導流方案的深入研究，將臨時明渠與永久泄洪閘結(jié)合布置，科學選定導流建筑物規(guī)模，擬定合適的導流程序，節(jié)約了工程投資，縮短了工期，并對施工期間明渠高邊坡、下游縣城堤防防沖保護等問題采取了合理工程措施，為工程建設(shè)快速順利推進創(chuàng)造了條件。