小漩水电站施工导流设计与实践.pdf

'水利水电技术第47卷2016年第8期小漩水电站施工导流设计与实践汪文兵，喻建春(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉430064)关键词：小漩水电站；施工导流；设计doi：10．13928／j．enki．Wl"ahe．2016．08．014中图分类号：TV74(263)文献标识码：B文章编号：1000-0860(2016)08-0054-051工程概况小漩水电站位于湖北省十堰市竹山县的汉江一级支流堵河干流上，坝址位于竹山县城上游，距城关约3km。水电站为堵河干流三级开发的第二个梯级，距上游潘口水电站坝址约10．4km。距下游黄龙滩电站坝址约98km。电站开发任务以发电为主，并对潘口水电站进行反调节，兼顾改善库区通航条件。枢纽建筑物主要由6孔开敞式泄水(冲砂)闸、厂房、左右岸连接坝段、下游河道疏挖、通航建筑物等组成。工程等级为Ⅲ等，泄水闸、电站厂房等主要建筑物级别为3级。泄水(冲砂)闸布置在主河床，为开敞式平底闸，共6孔，单孔尺寸15mX15m，被施工混凝土纵向围堰分割为左、右各3孔；发电厂房布置于河床左岸，安装有3台灯泡贯流式机组，安装间布置在主厂房左侧；左、右岸连接坝段采用空箱和土石坝组成；通航建筑物采用斜面升船机，右岸预留位置暂不建设；下游河床疏挖护砌范围自坝下至郭家山隧道处，总长2598m。水库正常蓄水位264．00m，死水位262．00m，坝顶高程270．5m(防浪墙顶271．50m)，最大坝高26．0m。水电站总装机容量5万kW，年均发电量约1．5亿kW·h。工程于2009年11月10日一期截流，2012年9月6日二期截流，10月31日水库下闸蓄水，11月25日在二期围堰挡水条件下第一台机组发电，2013年3月30日全部三台机组发电。2导流特点和难点(1)施工期导流流量大，河谷相对较窄。坝址处54河谷为宽缓形谷，河谷宽320～350m，河流两岸分布砂卵石漫滩，滩地宽度30～100m。河段为横向谷，手巾店沟在坝址区上游左岸垂直汇人堵河，右岸岸坡较完整，没有大支流汇入。坝址区的地层岩性为第四系全新统的冲洪积堆积成因的砂卵石层和奥陶系与寒武系中上统绢云石英千枚岩、炭质绢云千枚岩、板岩等。(2)工程施工导流需要考虑上游潘口电站施工的影响。潘口水电站位于小漩水电站上游约10．4km处，2009年9月26日截流，2011年9月8日下闸蓄水，2012年5月31日第一台机组发电。潘口水电站与本工程基本同步施工，因此本工程实际导流流量为潘口水电站导流、泄洪、发电下泄流量，其施工对本工程影响较大。3导流方式、初拟导流方案工程坝区建筑物所在河段汛期流量大，两岸均为山体，无开挖导流明渠的地形条件，因此坝区导流只能采用分期导流的导流方式。由于左岸为305省道，右岸为村级公路，各种建筑材料从左岸运抵工地较为方便。左岸下游潘口乡场地平坦开阔，周围可利用面积较大，通过弃渣形成的小漩村耕地抬高在工程完工后作为移民用地，施工期间可作为施工辅助企业布置场地。因此，主要施工辅助企业布置在左岸，为避免修建联系左右岸的跨河大桥，左岸建筑物列为一期施工项目较为合适。根据地形地质条件，水文特性及工程总体布置，收稿日期：2015-11-25作者简介：汪文兵(1971一)，男，高级工程师。WaterResourcesandHydropowerEngine州ngV01．47No．8 参考类似工程施工，工程施工分两期进行。工程初拟定了以下三个导流方案：方案一：先围厂房及3孔泄水闸方案。一期修建低围堰，枯水期在低围堰的保护下修建一、二期共用的纵向混凝土围堰和一期上下游高围堰，形成一期基坑，汛期在一期基坑内修建厂房、靠近厂房的左汪文兵，等∥小漩水电站施工导流设计与实践表1各期导流流量洪水标准导流流量／m3·s一1导流时段施工分期说明P／％不考虑潘口考虑潘口第一年11月一次年3月一期低围堰挡水20800潘口水电站导2058003646流洞下泄流量第二年4月～次年8月一期高围堰挡水10733042402014901275潘口水电站发第三年11月～次年4月二期围堰挡水1020801635电下泄流量边3孔泄水闸、左岸连接坝段，右岸束窄河床明渠导流；二期修建二期围堰和纵向混凝土围堰形成二期基坑，保护右边3孔建筑物、右岸连接坝段施工，左岸已建的3孑L泄水闸导流。方案二：先围厂房及2孔泄水闸方案。本方案与方案一基本相同，不同之处在于一期修建靠近厂房的2孔泄水闸，二期导流采用一期已建的2孔泄水闸泄流。方案三：先围泄水闸方案。为施工便利，本方案需将厂房移至右岸布置。一期修建低围堰，枯水期在低围堰的保护下修建一、二期共用的纵向混凝土围堰和一期上下游高围堰，形成一期基坑，汛期在一期基坑内修建左边4孔泄水闸、左岸连接坝段，右岸束窄河床明渠导流；二期修建二期围堰和纵向混凝土围堰形成二期基坑，保护右边2孔建筑物、厂房、右岸连接坝段施工，左岸已建的4孔泄水闸导流。4导流标准(1)导流建筑物级别。工程主要建筑物登记为3级，根据《水电工程施工组织设计规范》(DL／T5397--2007)的有关规定，各期导流建筑物级别均为5级。二期围堰挡水期间第一台机组发电，二期围堰级别提高为4级建筑物。(2)导流建筑物设计洪水标准。一期低围堰挡水时段为第一年11月～第二年3月，采用土石结构，洪水标准为5年一遇。一期高围堰挡水时段为第二年4月一第三年8月，采用土石结构，洪水标准为5年一遇。纵向围堰作为一、二期基坑共用的挡水结构，同时为泄水闸的永久分水导墙，挡水时段为第二年4月一第四年4月，采用混凝土结构，洪水标准采用5年一遇。二期围堰挡水时段为第三年11月～第四年4月，采用土石结构，洪水标准采用10年一遇(方案三的二期围堰为5级，导流标准采用全年5年一遇)。水利水电技术第47卷2016年第8期(3)导流时段、导流流量。根据各分期基坑作业内容及施工进度计划，同时上游潘口水电站也在同期施工，小漩水电站一期导流流量为潘口水电站导流洞调蓄后的下泄流量，二期施工时潘口水电站已下闸蓄水，二期导流流量为潘口水电站发电流量或溢洪道控泄流量。各导流时段导流流量如表1所列。由表l可知，潘口水电站施工及运行期间对下游有明显的削峰作用。本工程技施设计时，考虑到潘口水电站施工有很多不确定因素，从安全考虑，一、二期导流流量采用天然流量。主要设计流量如下：一期11月～次年3月，P=20％流量800n13／s，一期全年P=20％流量5800In3／s，二期11月～次年4月。P=10％流量2080m3／s。5导流方案选定5．1导流方案比选(1)方案一与方案二比较。两方案施工难度、工期差别不大。方案二(先围厂房+2孔闸)一、二期上游水位不均衡，二期上游水位比一期上游水位高出1．4m，一期所修建的纵向围堰需要加高才能满足要求。因此方案一优于方案二。(2)方案一与方案三比较。方案三(先围泄水闸方案)二期为全年施工，按全年P=20％标准计算，上游水位265．2nl。如与方案一上游水位保持相同高程，则需汛期上游潘口电站控制下泄流量为4006n13／s。方案一总工期40个月，首台机组发电30个月，利用二期围堰挡水提前发电。方案三总工期52个月，首台机组发电45个月。因此方案一优于方案二。经综合比选，方案一更优。5．2推荐方案的导流程序推荐一期先围左岸厂房及靠近厂房的3孔泄水闸，二期围护右岸剩余的3孔泄水闸，其导流程序及水力计算成果如表2所列。各期导流布置如图1和图2所示。 汪文兵，等∥小漩水电站施工导流设计与实践表2推荐方案导流程序及水力计算成果导流标准导流流量水位／m围堰堰顶高程／m导流时段施工分期过水建筑物P／％／m3．8—1上游下游上游下游束窄河床，高程251，0m，宽度第1年11月一期截流20146253．13252．0640m第1年12月～一期低围堰挡水，纵向及一期高20800束窄河床，高程251．0nl，宽度255．39253．69256．2254．4第2年3月围堰施工，基坑开挖60nl第2年4月～第一期高围堰挡水，厂房、3孔泄205800柬窄河床，高程251．0m，宽度261．87260．26262．7261．03年8月水闸施工105irl左岸3孔泄水闸高程249．0rll，第3年11月二期截流20146252．59252．06宽度45m第3年12月～第4年4月二期围堰挡水，基坑施工102080同上259．35255．69262．7261．0第4年4月以后二期围堰拆除，6孔泄水闸过水，永久运行工况图1一期低围堰挡水期导流布置6导流建筑物设计(1)右岸柬窄河床疏挖。疏挖后的右侧束窄河床宽度约105m，疏挖河底高程251．0In，右侧开挖边坡为1：1．5。施工时根据需要从右到左依次开挖，一期截流前最小开挖底宽为40In，一期低围堰挡水时宽度为60m，一期高围堰挡水期宽度为105rn。疏挖后的右岸河床将上游水流平顺导向下游，为扩大河床泄流能力，河床部分尽量能挖低直至基岩。(2)一期低围堰。一期低围堰挡水时段为第一年11月～第二年3月，设计挡水标准为11月～3月，P=20％，相应洪水洪峰为800m3／s，设计上游挡水水位255．39m，下游水位253．69m。上游围堰顶部高程256．0m，下游围堰顶部高程254．4～256．0In，纵向顶部高程从上游256．0m渐变到下游的254．4rn。围堰设计为土石不过水围堰，上下游边坡l：2，一期上游低围堰上游及转角处一定范围迎水面坡脚局部采用50cm钢筋石笼护坡保护。一期低围堰座落于砂卵石基础上，采用高压旋喷防渗墙防渗。一期低围堰于2010年4月拆除。(3)一期高围堰。一期高围堰挡水时段为第二年4月一第三年8月，设计挡水标准为全年P=20％，相应洪水洪峰为5800m3／s，设计上游水位261．87m，水利水电技术第47卷2016年第8期 汪文兵，等∥小漩水电站麓工导流设计与实践图2一期高围堰、二期围堰挡水期导流布置(单位：m；尺寸单位：mm)下游水位260．26m。上游横向高围堰顶部高程262．7m，顶宽8m，上下游边坡1：2，采用土工膜心墙防渗。为防止汛期上游水流冲刷堰体，迎水面及转角处一定范围迎水面坡脚局部采用100cm铅丝石笼护坡保护。下游横向围堰顶部高程260．8m，顶宽6m，上下游边坡1：2。围堰结构与上游横向高水围堰基本相同。(4)纵向混凝土围堰。纵向混凝土围堰为一、二期施工共用围堰，后期作为两侧泄水闸消力池的分水导墙。围堰采用C15混凝土现浇。围堰结构综合考虑一、二期导流挡水工况进行设计，进口高程262．7m，出口高程260．8m，顶宽6m，顶部至254．0～253．0m高程为矩形，254．0～253．0m以下两侧1：0．4放坡至基岩，基岩出露高程约245～247m，围堰最大底宽约13．6m。(5)二期围堰。围堰挡水时段为1个枯水期(第三年11月一次年4月)采用土石不过水围堰。二期挡水时，采用左岸已建的3孔泄水闸导流，导流流量取11月一次年4月，P=10％流量2080m’／s。由于在二期围堰挡水期间，第一台机组已于第三年11月底水利水电技术第47卷7016年第8期具备发电条件，发电所需的上下游水头差不小于6m，施工期间下游水位约为252．0m，由此确定上游水头最低258．0m。为充足利用电能，上游在可能的条件下尽量拦蓄更多来水，同时纵向混凝土围堰和二期上下游围堰满足两岸交通要求，因此上下游围堰修建至与纵向围堰顶部齐平。发电期间如上游水位超过262．0m，根据潘口泄洪预报水位仍有上涨趋势，需及时打开左侧泄水闸泄洪以降低上游水位，以确保二期基坑施工的安全。7施工期问导流、度汛方案的调整一期施工时按设计的导流方案及导流建筑物完成了施工。施工期实际过流最大4100m3／s(竹山站，2010年7月19日)，分析认为：如无潘口水电站施工影响，则上游来流量超过设计导流流量，一期基坑将过水。由于一期3孔泄水闸闸门安装进度延迟，一期施工较原计划推迟接近1年，一期围堰在2012年8月(原计划是2011年8月)才具备拆除条件，此时潘口水电站已正常发电，库水位已蓄水至340m。 汪文兵，等∥小漩水电站旋工导流设计与实践为尽快蓄水发电，业主要求在2012年9月初进行二期围堰截流。为此，设计单位提供了2012年9月～10月的导流方案及度汛措施，经批准后实施。具体方案如下：(1)小漩水电站2012年9月中下旬蓄水后，由左岸一期工程已基本建成的左岸连接土石坝、电站厂房、3孔泄洪闸以及二期围堰挡水发电。二期工程施工期间，二期围堰挡水标准为全年10年一遇，相应洪水流量为7330m3／s；度汛时段为2012年9月下旬～4月，度汛标准为全年50年一遇，相应洪水流量8980m3／s。(2)小漩水电站二期基坑施工期间采用二期围堰挡水，3孔泄水闸泄水的导流方案，二期度汛采用3孔泄水闸+二期围堰堰顶过流的泄水方案。为保证小漩水电站施工需要和下游防洪安全，需要潘口水电站在保证其自身安全的前提下，控制下泄流量。(3)根据潘口水库2012年防洪度汛方案和调洪资料，目前库水位为340．0m，以此作为汛限水位从340．0m起调，当其上游来水不超过20年一遇时，潘口出库流量按不超过3084n13／s流量下泄，其坝前水位为348．6m，在此基础上叠加为1000年一遇洪水时，潘口水库最高水位为355．47in，未超过其设计洪水位357．05m。小漩水电站二期基坑施工安全。(4)小漩工程2012年度汛，在遭遇50年一遇洪水时，考虑上游潘口水库的条件，控泄流量为7662m3／s，加上潘12I～小漩区间流量，小漩坝址50年一遇洪水流量为7782in3／s。采用3孔泄洪闸+二期堰顶过流，小漩水电站坝前水位为267．99m。在小漩水电站遭遇50年一遇以上洪水时，二期围堰采用提前扩挖缺口泄洪，以保证左岸一期建筑物安全，避免形成溃堰洪水。实际施工时，2012年9月～10月，上游未遭遇大洪水，在潘121水电站蓄水及正常发电条件下，小漩水电站二期基坑正常施工。2012年10月31日小漩水电站左岸3孔泄水闸下闸蓄水，11月25日在二期围堰挡水条件下，已安装的第一台机组发电。8结语受导流流量大、河床不宽、工期紧等条件制约，小漩水电站的导流设计与施工有较大难度，施工过程中也由于种种原因发生了工期滞后的情况。鉴于国内较多采用分期导流施工的电站均出现工期滞后的情况，建议在同类工程导流设计中，宜将施工进度安排留足余地，同时尽可能利用上游梯级电站的控泄，降低工程施工难度，确保工程安全。(责任编辑郭利娜)(上接第53页)污水截走，除罗家港、沙湖港、北湖渠有处理后的废污水排放外，其他港渠由于没有新的水量进入，水体几乎没有流动性。为解决这一问题，利用曾家巷泵站提水进入东湖，一是经东湖港、新东湖港、东杨港往青山港调度，再是经九峰渠往北湖水系调度(见图3)。6结语水网连通工程实际上就是生态调度，本文在总结提炼了国内外生态水网构建的关键技术的基础上，以武昌大东湖生态水网连通工程为平台，在结合武昌大东湖区域环境及水情的基础上，指导优化大东湖水网连通工程的设计与施工，同时对已实施的区段进行监测和评估，分析其效果，取得了良好的示范与推广效果。参考文献：[1]万成涛，程玉珍．武汉东湖污染现状及其防治和保护[J]．水利水电快报，1996，17(21)：29-31．[2]CoveneyMF，StitesDL，LoweEF，otaLNutrientremovalfromeutrophiclakewaterbyweflandfiltration[J]．EeolEng，2002(19)：160．163．[3]陈水勇．水体富营养化的形成、危害和防治[J]．环境科学与技术，1999，5(2)：1-15．[4]黎明，刘德启，沈颂东，等．国内富营养化湖泊生态修复技术研究进展[J]．水土保持研究，2007，14(5)：351-352．[5]张伟．水体的富营养化及其治理[J]．生物学通报，2001，36(11)：20—22．[6]盂顺龙，裘丽萍，陈家长，等．污水化学沉淀法除磷研究进展[J]．中国农学通报，2012，28(35)：264·268．[7]王跃进，巢农，朱涛，等．电灌站涵管式中层取水防螺工程费用—效益分析[J]．中国血吸虫病防治，2007，19(5)：368—370．[8]黄轶听，杭德荣，王志坚，等．中层取水防钉螺拦网的研究[J]．中国热带医学，2012，12(5)：548-551．[9]李立银，倪朝辉，李云峰，等．涨渡湖湿地保护与渔业生产优化模式探讨[J]．长江流域资源与环境，2006，15(3)：366．371．[10]邹丛阳，张维佳，李欣华，等，城市河道水质恢复技术及发展趋势[j]．环境科学与技术，2007，30(8)：99-102．(责任编辑郭利娜)水利水电技术第47卷2016年第8期'