浅谈桃源水电站施工导流及临时通航方案研究

'·d·水利水电工程设计DWRHE·2011年第30卷第1期桃源水电站施工导流及临时通航方案研究虞东亮摘要桃源水电站是沅水最末一个梯级电站，枢纽主要由泄洪闸、土石副坝、电站厂房、船闸等建筑物组成。可研阶段水工共提出3类9种枢纽布置方案，初选3种方案作重点比较。针对不同的枢纽布置，施工总计提出了12个分期导流及通航方案进行研究，并提出推荐方案供枢纽布置优选决策。方案比选研究思路及成果可供类似工程借鉴。关键词枢纽布置分期施工导流临时通航推荐方案桃源水电站中图分类号TV551文献标识码B文章编号1007—6980(2011)01—0004—05桃源水电站位于沅水下游河段，是沅水干流开发方案河槽宽约600m、水深2～6m，为主航道，右河槽宽约400中最末一个梯级电站。坝址紧临桃源县城，左、右岸分别m、水深2—9m。双洲岛地面高程39～41．5m，局部加高即为桃源县漳江垸和浔阳垸，上距凌津滩水电站38．2km，下可满足挡水要求，工程施工可充分利用双洲岛作为纵向围距桃源县延溪河口约1．6km。坝址距常德公路里程31km，堰采取分期导流方式。距长沙216km。2．2沅水有常年通航需求。施工期不宜长时间断航工程开发任务以发电为主，兼顾航运、旅游等综合利沅水是湖南省规划的“一纵二横”的骨干航道之一，用。枢纽主要由泄洪闸、土石副坝、电站厂房、船闸等建常德以下航段为Ⅲ级航道，常德以上规划为Ⅳ级航道。桃筑物组成。水库正常蓄水位39．50m，相应库容1．28亿m，源辖区内的沅水航道里程约92km，航道等级达到Ⅳ级标电站装机180MW，多年平均发电量为7．93亿kW·h。准，常年基本可通行500t级船舶。根据上游凌津滩近年来的过坝物资统计，年平均货运量100万t，常年有通航需1问题的提出求。从沅水流域通航现状及航运远期规划发展需要考虑，在预可行性研究阶段，推荐枢纽布置格局为：左岸接头土施工期不宜长时问断航。石坝段+船闸+左槽1O孔泄洪闸+电站厂房+双洲土石副坝2．3沅水大桥桥区通航安全问题敏感+右槽13孑L泄洪闸+右岸接头土石坝段。配套的施工导流及沅水大桥位于双洲洲头，主通航孔位于左侧河道，单临时通航方案为：二期施工的导流方案，一期围左槽，施工船孑L通航净宽94m，右侧河道为非通航孑L，单孔净宽54m。闸、左10孑L泄洪闸、厂房等工程，由疏浚后的右槽过流、通水流在双洲洲头分汉，分汉后的水流流向偏角较大，在桥航；二期围右槽，围堰挡水发电，施工右13孔泄洪闸等工程，位附近没有调顺，虽经后期整治，偏角仍有1O。～14。，超规由左10孔泄洪闸过流，永久船闸临时通航。范5。～9。，目前大桥仍未通过竣工验收。施工期流态变化可研初期，枢纽布置格局延续预可成果，仅泄洪闸略莫测，流向偏角或大或小，桥区通航安全问题较为敏感。作调整：左槽布置14孔，右槽布置11孔，施工导流及通航2．4施工期度汛标准需结合库区防洪堤行洪安全综合考虑方案不变。经模型试验论证，该方案一期施工期临时通航桃源水电站库区堤垸较多，坝址一澄溪河段左岸分布暴露出的问题比想象的要复杂得多，并且存在重大安全隐有漳江垸，右岸自下而上分布有浔阳垸、桃花垸、麦市垸患，没有通过交通部门的评审。在施工期不能断航的前提等。目前桃源坝址以上两岸防洪堤垸的安全泄量为23000下，经研究决定调整枢纽布置格局，并配套可行的施工导Ill3／s，相当于天然条件下坝址5～8年一遇洪水标准，考虑流及通航方案参与枢纽布置比选；同时对现有枢纽布置方五强溪、凤滩联合防洪调度情况下，可达超2O年一遇标案仍须进一步研究不同的分期导流及临时通航方案，以便准。施工期度汛标准，不但要满足工程本身的需要(1O～2O枢纽布置优选决策。年)，同时要确保安全泄量下库区两岸防洪堤垸行洪安全。2施工导流及临时通航特点3施工导流及临时通航方案研究根据枢纽布置及坝址区地形地质条件，本工程施工导在前期工作基础上，水工共提出3类9种枢纽布置方流及临时通航具有以下几个特点。案，经初步比较，选择方案I—A、I—B、Ⅱ一A代表不2．1充分利用双洲岛作为纵向围堰，实施分期导流同类型枢纽布置方案中的较优方案做重点比较。针对不同桃源水电站枢纽布置横跨双洲岛，双洲岛宽约600rn，的枢纽布置格局，施工进行了不同的分期导流及临时通航长约3000m，呈近似纺锤状。枯水期水面高程约32m，左方案研究。 虞东亮·桃源水电站施工导流及临时通航方案研究·5·3．1枢纽布置方案I—A导流方案比选3．1．2分期导流方案比较3．1．1枢纽布置格局该枢纽布置方案即预可推荐的方案，为更全面地把握枢纽布置从左至右依次为：左岸接头土石坝段+船闸该方案，本阶段提出了8个分期导流及临时通航方案进行+左槽14孔泄洪闸+厂坝连接段+电站厂房+双洲土石副研究，其中分二期的3个，分三期的4个，分四期的1个。坝+右槽11孔泄洪闸+右岸接头土石坝段。方案比较见表1。表1枢纽布置方案I—A施工导流及施工期临时通航方案比较表象_=0工蔓、等薯景宝娄坚慧姑：毒害言’备兰，，三塑星篓喜雹右毪怎藩藉：景兰N⋯N耄流烹鎏墓蚕ITJ茗兰‘。磊宴耋l已l工船闸14临．时坚通航溢；④I~四q,箍，利用永久船闸临时通航，．H^。‘围堰挡水发电，NIYH,，磊IYqJ~围堰挡水发电：：：⋯⋯⋯⋯一航，围⋯⋯3．1．3方案分析与推荐槽船闸，一期施工期过流及通航断面太小，断面平均流速3．1．3．1二期导流施工方案均在4．00m／s以上，不满足通航水力条件要求，该方案也从表1可以看出，二期导流方案最大优势是工期较短，不可行。二期一3方案与二期一1方案类似，明渠开挖及支缺点是通航水力条件均难以满足施工期临时通航要求。二护工程量大，通航保证率进一步降低，明渠进出口及弯段期一1方案，一期采用右槽通航，而沅水大桥右槽为非通水力条件差，通航安全无法保证，该方案同样不可行；所航孑L，桥区安全无法保障，通航存在重大安全隐患；另外以，二期导流方案均不成立。右槽较左槽河床高，床面凌弄，卵石堆星罗棋布，需经大3．1．3．2四期导流方案范围疏浚后才能满足通航要求，疏浚工程量大，且存在二四期方案考虑利用左槽通航进行分期，同期只布置一次疏浚问题，截流前工期安排较长，无法满足总进度要求，道纵向围堰，有利于施工度汛；但四期方案导流程序复杂，故二期一1方案不可行。二期一2方案则因同时围右槽和左施工安排不紧凑，工期太长，同时施工期通航相对于三期 ·6·水利水电工程设计DWRHE·2011午第3O卷第1期方案并无改善，故四期方案放弃。3．2枢纽布置方案I—B导流方案比选3．1．3．3三期导流施工方案3．2．1枢纽布置格局此类方案优点是：均可利用左槽通航，有效避免了沅水枢纽布置从左至右依次为：左岸接头土石坝段+大桥桥区通航安全问题，通航水力条件略有改善。但存在的船闸+左槽14孔泄洪闸+双洲土石副坝+电站厂房+右槽问题则较为突出，主要集中在以下几方面：(1)左侧河道建11孔泄洪闸+右岸接头土石坝段。筑物布置较多，一期布置两道土石纵向围堰，左侧主河槽束3．2．2分期导流方案比较窄度较大，汛前纵向围堰需考虑主动拆除措施，必然增加度参考枢纽布置I—A施工导流及通航方案，针对枢纽汛及工期压力。(2)船闸纵向围堰全部落在深水区，围堰施布置I—B布置格局，本阶段提出3个分期导流及临时通工难度较大。(3)左侧河道束窄较多，通航保证率低。(4)左航方案进行研究，其中分二期的2个，分三期的1个。各侧河道分成两个基坑之后，船闸基坑独立于左岸，紧靠县方案比较见表2。城，无条件布置施工场地，截流备料及围堰填筑施工相对较3．2．3方案分析与推荐困难，施工工期长，对一期工程施工进度安排影响较大。从3．2．3．1三期导流方案施工期通航条件来看，三期一2方案相对较好，最低通航流三期方案的优缺点与枢纽布置I—A推荐方案基本相量区间可达400～3000m3／s；从施工工期来看，三期一4方同，但与二期导流方案相比，首台机组发电工期推迟4个案相对较短；其它条件各方案均相当。综合考虑通航、施工月，总工期推迟6个月；通航水力条件恶化，通航保证率技术难度、场地布置及工期等因素，推荐三期一4方案为枢进一步降低；施工布置困难，施工难度加大。故三期方案纽布置I—A配套的施工导流及通航方案，参与枢纽布置比放弃。选。推荐施工导流及通航方案示意见图l。3．2．3．2二期导流施工方案从上表可以看出，二期一2方案优势明显，该方案导流程序简单，工期较短；一期施工期利用左侧天然河道通航，有效避免了沅水大桥桥区通航安全问题；通航水力条件较好，通航保证率有明显提高；纵向围堰充分利用双洲岛布置，局部加高即可满足挡水要求，不对原河床产生束窄效应；一、二期基坑均与双洲岛通过围堰联系，能充分利用双洲岛开展施工，施工及进度安排相对紧凑，便于提前发电。缺点是需增加双洲临时船闸才能解决二期通航问题，初步估算修建双洲临时船闸额外增加投资约1200万元。二期一1方案则因同时围右槽和左槽船闸，一期施工期过流及通航断面太小，断面平均流速均在4．00m／s以上，不能满足通航水力条件要求，故该方案不可行。综合考虑推荐二期一2方案为枢纽布置I—B配套的施工导流及通航方案，参与枢纽布图1枢纽布置I—A施工导流及临时通航方案示意图置比选。推荐施工导流及通航方案示意见图2。表2枢纽布置方案I—B施工导流及施工期临时通航方案比较表 虞东亮·桃源水电站施工导流及临时通航方案研究·1·3．3枢纽布置方案Ⅱ一A导流方案拟定3．3．1枢纽布置格局枢纽布置从左至右依次为：左岸接头土石坝段+左槽l4孑L泄洪闸+双洲土石副坝+双洲船闸+电站厂房+厂坝连接段+右槽11孔泄洪闸+右岸接头土石坝段。3．3．2施工导流及临时通航方案拟定本枢纽布置与I—B临时船闸方案基本类似，相应的施工导流及临时通航方案也基本相同，不进行方案比选，直接套用上述方案进行拟定。详见表3。该方案主要优点：(1)导流程序简单，工期较短。(2)一期施工期利用左侧天然河道通航，有效避免了沅水大桥桥区通航安全问题，通航水力条件较好，通航保证率相对较高。(3)永久船闸在一期施工期建成具备通航条件，有利图2枢纽布置I—B施工导流及临时通航方案示意图于低水头电站直接利用永久船闸临时通航，改造工程量少。表3枢纽布置方案Ⅱ一A施工导流及施工期临时通航方案导流分期二期(二期双洲永久船闸通航方案)施工导流及通航方案①一期围双洲船闸及右槽，施工船闸、厂房及右泄洪闸，由左河床泄流及通航；②二期围左槽，施工左14孔泄洪闸，由右11L泄洪闸泄流，利用双洲永久船闸临时通航，围堰挡水发电首台机组发电工期／总工期36个月／52个月度汛汛期，二期围堰需拆除至一定高程后方能安全度汛通航区间流量一期通航区间流量400—3600nl／s，通航保证率85．4％，与天然情况下仍有差距，持续时间2年(4)一、二期基坑均有道路连接双洲岛，可充分利用双洲岛施工导截流、施工期临时通航及度汛、永久通航、工期及开展施工。缺点在于永久船闸占据双洲汊河，工程弃渣容投资等多方面进行综合比较，则方案I—A竞争力较差，量不足。施工导流及通航方案示意见图3。方案Ⅱ一A较方案I—B优势明显，故选择方案Ⅱ一A作为本阶段推荐的枢纽布置方案。相应配套的施工导流及通航方案即为二期双洲永久船闸临时通航的二期施工导流方案。4几点体会4．1枢纽布置比选应同等考虑施工导流条件，只有两者有机结合才能少走弯路常规情况下，施工导流一般不制约枢纽布置方案的成立，但对宽浅式河床来说，特别是有通航要求的，则不尽然。本工程可研设计初期，由于对施工导流及临时通航重视程度不够，工作不够深入，直到模型试验论证原推荐方案施工导流及通航存在问题，通航技术论证报告未通过交通部门评审时，才真正引起高度重视。最后通过多种导流方案比较仍不得不放弃原推荐方案，重新进行枢纽布置方案推荐。结果表明，本工程施工导流及临时通航方案的优劣，左右着枢纽布置的推荐，所以，对宽浅式河床来说，图3枢纽布置Ⅱ一A施工导流及临时通航方案示意图枢纽布置比选应同等考虑施工导流条件，只有两者有机结合才能少走弯路。3．4枢纽布置方案导流比选成果分析与结论4．2施工期临时通航标准不明确，影响方案推荐的可信度针对3种不同的枢纽布置，施工总计提出了12个分期尽管每种枢纽布置都提出了相应的施工导流及临时通导流及临时通航方案进行研究，并提出推荐方案供枢纽布航推荐方案，但由于施工期临时通航标准无据可依，具体置优选决策。单从施工导流及临时通航条件来看，各枢纽要求不明确，从而影响到方案推荐的可信度。特别是施工布置方案均成立，但方案Ⅱ一A相对较优，方案I—B与期通航保证率取多少合适，无法界定，一般情况下施工期Ⅱ一A基本相当，方案I—A相对较差。从水力学条件、临时通航保证率均较天然河道的通航保证率有所降低，经 ·8·水利水电工程设计DWRHE·2011年第3O卷第1期南水北调中线吴洼东沟排水倒虹吸设计刘正军赵国杰陈浩摘要通过对吴洼东沟排水倒虹吸水力计算结果与模型试验结果的对比，表明所采用的水力计算方法合理，计算结果可靠。采用SAP2000和ANSYS两种方法对管身段的结构进行计算，结果表明两种方法计算结果基本相近，SAP2000计算结果略大，内力趋势基本相同。通过计算发现本工程温度对弯矩的影响幅度小于10％，吴洼东沟排水倒虹吸设计具有一定的代表性，值得类似工程参考。关键词倒虹吸模型试验SAP2000ANSYS结构计算南水北调中线工程中图分类号TV672．5文献标识码B文章编号1007—6980(2011)01—0008—04南水北调中线工程南起湖北省丹江口水库，北伏基岩为上第三系(N)黏土岩、砂岩、砂砾岩，基至北京市颐和园的团城湖。其中鲁山2段工程范围岩埋深8．5～15．0m。第四系上更新统(alQ)自上为TS229+211一TS239+031，位于河南省平顶山市而下主要由粉质壤土、粉质黏土、粗砂及粉土质砾境内，渠道上游与鲁山1段相接，下游与鲁山北段组成。粉质壤土层厚1．5m左右，分布于地表；粉相连，分段设计流量320m3／s，加大流量380m／s。质黏土分布稳定，厚7．0～15．0m，底板高程118～鲁山2段工程沿线共布置3座左岸排水建筑物，均129m；粗砂层厚1．0m左右，呈透镜状分布于粉为排水倒虹吸型式。其中吴洼东沟排水倒虹吸位于质黏土层下部；粉土质砾层厚2～3m，位于粉质河南省鲁山县吴洼村南约180m处，交于南水北调黏土层下部。勘探深度内基岩主要由黏土岩及砂砾中线总干渠桩号TS233+598．0处。其任务是将洪岩组成，局部夹砂岩薄层，黏土岩层厚一般3．5～水从总干渠的左侧安全地泄往右侧，确保总干渠安15．0m，砂砾岩层厚1—4m。管身坐落在粉质黏土全通过，此外吴洼东沟排水倒虹吸还承担昭平台南层上，工程地质条件较好，但粉质黏土具弱膨胀干渠的退水任务。性，应注意防护。1工程地质2工程总体布置场地区地表为上更新统冲积层(alQ)覆盖，下吴洼东沟工程主要建筑物由进口至出口依次为：验认为降低7％一15％较为合适。如果按这个标准来衡量的槽通航，确保通航水力条件满足施工期临时通航要求；二话，枢纽布置I—A推荐的三期一4方案就不成立。在这样期或三期则利用永久船闸临时通航。的条件下，方案比选的说服力不够，推荐方案值得商榷。(2)根据枢纽布置特点，为尽可能提前发电及利用永4．3参与比选的方案尽量精简，并非越多越好久船闸临时通航，一期选择在同一基坑内围护厂房、船闸就枢纽布置I—A来说，总共提出了8个分期导流及及泄洪闸等建筑物为最优施工方案，条件允许的情况下，临时通航方案，实际可以精简。比如说三期一3方案和三枢纽布置应尽可能朝这个方向调整。期一4方案，两方案基本类似，三期一3方案没任何优势，(3)坝址上下游已有桥梁横跨左右岸及洲岛的情况下，参与比选意义不大；三期一1方案相对于三期一2方案也是施工期通航应维持原主通航孔通航，方能有效避免桥区通航安全问题。如此；四期方案就更不必说，工期长了28个月，还有比选(4)库区有防洪堤垸的，必须严格控制上游库区水位，的必要吗?所以笔者认为方案应符合一定的条件，如通航施工宜选择过水围堰方案，枯期围堰挡水施工，汛期基坑基本可行、度汛基本安全、工期相对较短、导流投资相对过水度汛。较小等才能参与比选，并非越多越好。4．4方案比选研究思路及成果可供类似工程借鉴作者简介虞东亮男高级工程师中国水电顾问集团中南勘测设尽管工程还未开工建设，但从方案比选成果来看，还计研究院湖南长沙410014是有许多地方值得类似工程借鉴。(1)有通航要求的河道，一期施工期应尽量采取主河(收稿日期2OlO一11—30)'