湘江长沙综合枢纽导流方案设计与选择

1、湘江长沙综合枢纽导流方案设计与选择1 工程概况湘江长沙综合枢纽工程位于湘江干流下游河段，距长沙市市中心仅（2030）km，坝址位于蔡家洲中部偏上游的分汊河段， 枢纽主要建筑物从左至右依次为左岸改移防洪大堤、左岸副坝（预留三线船闸位置）、二线船闸、一线船闸、26 孔低堰泄水闸、1 孔排污闸、电站厂房、鱼道、蔡家洲副坝、20 孔高堰泄水闸以及右岸副坝。 坝顶高程 39.70 m，枢纽正常蓄水位 29.70 m，枢纽工程等别为等，工程规模为大（）型，主要建筑物级别为 1 级，次要建筑物级别为3 级，临时建筑物级别为 4 级。 双线船闸布置于左汊河床左侧，设计吨位 2 000 t，为保证三期截流期间不

2、断航，上闸首门槛采用了平河床设计；河床式电站厂房布置于左汊河床右侧， 总装机容量 57 MW，安装 6 台 9.5 MW 的灯泡贯流式机组； 泄水闸共 46孔，分左、右河汊布置，左汊 26 孔，堰顶高程 18.50m，孔口净宽 22 m；右汊 20 孔，堰顶高程 25.00 m，孔口净宽 14 m。2 自然条件坝址属湘江下游河段，地势平缓，河面宽阔，坝址处江心现有一河心洲蔡家洲，洲长 4.5 km 左右，宽为（200350）m，高程约 31.0 m，将湘江在此分为两汊，左汊为主航道，河宽约 850 m，河床高程为（15.0 25.0）m， 右汊河 床 宽 约 320 m， 河 床 高 程（22

3、.027.0）m。 坝址地层覆盖层厚度一般为 （4.022.2）m，局部为 35.1 m，基岩为花岗岩、强度高，工程地质和水文地质条件较好。长沙综合枢纽蔡家洲坝址控制流域面积 90 520km2，多年平均流量为 2 237 m3/s，流域多年平均降水量为 1 472.9 mm，46 月多暴雨，79 月炎热干旱。3 导流标准、方式的选定长沙综合枢纽工程属大（）型工程，主要永久建筑物为 1 级，次要永久建筑物为 3 级。 按 SL 303-2004水利水电工程施工组织设计规范规定，相应导流建筑物级别为 4 级， 其土石类围堰设计洪水标准为 2010 年一遇，混凝土类围堰设计洪水标准为105 年一遇

4、。 本工程主要采用土石围堰，设计洪水标准选择 10 年一遇洪水重现期。根据水工枢纽布置、坝址地形地质及水文条件等特点，本工程适宜采用分期导流方式。4 导流方案应解决的难点根据工程自然条件及枢纽总体布置， 在选择导流方案时除了应对导流工程费用、总工期、工程实施的难易程度等方面进行比较外， 还应解决以下敏感性难点问题：（1） 河床宽，江心有河心洲坝址处河段天然流量大，泄水闸低矮，且坝址处江心现有一河心洲蔡家洲， 将湘江在此分为两汊，便于利用其作为分期导流的纵向围堰，左汊为主航道，河宽约 850 m，河床高程为（15.025.0）m，右汊河床宽约 320 m，河床高程（22.027.0）m。（2）

5、必须严格控制施工期的水库淹没本工程水库为两岸堤防形式的河床式槽蓄水库， 库区两岸现有堤防高程基本在 36.0 m 以上，洪水期主要淹没方式为内涝，长沙市位于坝址上游，距离长沙市城区较近，库区沿河两岸农田、人口密集，地势多较平坦，对施工期临时淹没比较敏感，且汛期流量大，当洪水漫过堤顶时，淹没损失较大。 因此施工期在设计度汛标准之内， 必须严格控制上游库区水位，使之不超过上游库区堤防控制高程，并应尽量降低上游堰前水位，减轻上游库区防洪压力。（3） 施工期通航要求高本工程位于湘江干流上， 坝址处湘江河段通航现状为级航道，施工期间年过坝货运量较大，施工断航对航运有巨大影响， 必须妥善处理好施工期通航问

6、题。5 导流方案的选定由于本工程的主要开发目标为改善航运条件与水环境， 电站发电效益主要为解决运行期的运行成本， 其施工导流方案选择的总原则是确保施工期不断航、尽量减少施工期库区水位壅高。 为此，按照船闸优先的原则，初拟了以下三个方案进行比较：方案一：分二期导流，一期围左汊船闸、26 孔泄水闸和厂房，由右汊疏挖后的束窄河床过流和通航；二期围右汊 20 孔高堰泄水闸， 由已建船闸通航，已建左汊 26 孔泄水闸过流。方案二：分二期导流，一期第一年围左汊船闸+11.5 孔泄水闸，由左汊束窄河床及右汊河床过流，左汊束窄河床通航，一期第二年枯水期加围右汊 20 孔高堰泄水闸，由左汊束窄河床过流和通航；二

7、期围左汊剩余的 14.5 孔泄水闸和厂房， 由左汊已建 11 孔泄水闸和右汊 20 孔高堰泄水闸联合过流，已建船闸通航。方案三：分三期导流，一期围右汊 20 孔高堰泄水闸， 由左汊河床过流和通航； 二期围左汊左岸船闸+11.5 孔泄水闸， 由左汊束窄河床及右汊已建 20孔高堰泄水闸泄流，左汊临时航道通航；三期围左汊右岸电站厂房及剩余的 14.5 孔泄水闸，由已建的左汊 11 孔泄水闸和右汊 20 孔高堰泄水闸联合过流，已建船闸通航。对以上三个方案从水力学条件、施工进度、施工布置等方面进行了比较，比较结果如下：方案一主要优点是： 第一台机组发电工期和施工总工期短，可最大限度地发挥提前发电效益；少

8、两道纵向围堰，导流工程造价较低。主要缺点是：船闸、闸坝、厂房同时施工，施工强度大；一期挡水和度汛水位壅高分别达 2.15 m 和 0.68 m，对库区防洪压力很大，因此方案一因为防洪影响问题不宜采用。方案二主要优点是：一期、二期挡水和度汛水位壅高较小，对库区防洪压力不大；右岸高堰泄水闸在一期完工，便于二期施工交通。 主要缺点是：厂房在第二期施工， 第一台机组发电工期和施工总工期较方案一长；导流工程造价较大。方案三主要优点是： 各期挡水和度汛水位壅高较小，对库区防洪压力不大；右岸高堰泄水闸在一期完工，便于二期施工交通。 主要缺点是：船闸在第二期施工，厂房在第三期施工，第一台机组发电工期与与总工期

9、较其他方案长；导流工程造价较大。方案一及方案二一期均从左汊下河， 由于左汊左侧为主河道，且前期施工准备工作紧张，如围堰戗堤石料备料难度较大， 方案一及方案二一期围堰施工难度较大，方案三一期施工右汊泄水闸，不存在下河难度问题；方案二及方案三各期度汛影响最小。综上所述， 考虑到本工程的开发目标主要为航运和改善城市生态景观，发电属于次要目标，从保证长沙市的防洪安全考虑，推荐采用方案三，见图 1。推荐方案的施工导流水力特性见附表。6 围堰设计与施工难点本工程围堰主要包括：右汊一期围堰、左汊二期围堰、左汊三期围堰等。右汊一期围堰为不过水围堰，上、下游横向围堰采用土石围堰，利用蔡家洲作为纵向围堰，左汊二期

10、围堰及左汊三期围堰为过水围堰，左汊二期围堰上、下游横向围堰、纵向围堰均采用土石围堰，左汊三期围堰上、下游横向围堰采用土石围堰，纵向围堰采用混凝土围堰， 三期混凝土纵向围堰中间段利用闸墩和导墙，上下游连接段采用梯形断面。左汊二期围堰为本工程导流工程的难点， 填筑工程量大， 戗堤石碴填筑料以及围堰外侧水下抛石料均需从块石料场开采，石碴料源紧张且运距远，料场的开采强度无法满足填筑要求， 河道左汊左侧为主河道，围堰戗堤进占难度大。戗堤设计方案比较了双石碴戗堤进占方案、单石碴戗堤进占方案、石碴戗堤+卵石戗堤进占方案及土工布袋围堰方案等，考虑各方案的施工难度、备料难度、结构稳定性及工程量等因素，最终选定的

11、方案为：二期纵向围堰戗堤先施工，采取水上抛投的方式，为节约块石料用量，先抛投大卵石，再抛投大块石覆盖卵石形成戗堤，在二期横向围堰戗堤初进占段采用卵石代替石碴料，以减少石碴用量； 戗堤填筑的石碴料采取提前备料的方式，二期围堰培厚料就近取料，采用坝址边滩的砂料，采用挖砂船吹填上堰，三期纵向围堰典型断面见图 2。根据船闸原设计方案，上、下游引航道需修筑围堰形成干地施工，由于上、下游引航道围堰大部分位于主河道内，且长度较长，总长度达到 2 400 m，围堰填筑及防渗处理工程量较大，为此，设计优化了隔水墙及导流墩的设计方案，对部分隔水墙及导流墩基础进行水上钻孔灌注桩施工处理， 然后浇筑水上混凝土承台及水

12、上混凝土墩身，部分隔水墙及导流墩采用沉箱施工混凝土墩身，从而取消了引航道土石围堰，大大降低了工程导流费用。7 施工期临时通航坝址处湘江河段通航现状为级航道，左汊河床为主河道，最小通航流量为 385 m3/s（保证率 98%），最大通航流量为 19 700 m3/s（10 年一遇全年洪水）。选定的施工导流及相应的施工期通航方案为：一期围右汊 20 孔泄水闸，由左汊河床过流和通航；二期围左汊左岸船闸+11.5 孔泄水闸， 由左汊束窄河床及右汊已建 20 孔泄水闸泄流， 左汊临时航道通航；三期围左汊右岸电站厂房及剩余的 14.5 孔泄水闸，由已建左汊 11 孔泄水闸和右汊 20 孔高堰泄水闸联合过流

13、，已建船闸通航。8 结 语（1） 本工程由中国水利水电第八工程局有限公司和中交第二航务工程局有限公司施工， 施工单位采用的导流方案与上述选定的导流方案基本相同，已于 2009 年 12 月开始右汊一期施工， 工程进展顺利，右汊一期及左汊二期工程现已完工，根据业主要求及进度安排，二期过水围堰于 2012 年 8 月提前拆除，由于当时船闸金结及电气设备安装未完成，需要在船闸上、下游修建船闸横向小围堰挡水施工， 纵向围堰利用船闸上、 下游导航墙及闸室边墙挡水，由左汊束窄河床、左汊已建泄水闸及右汊已建泄水闸泄流；三期工程目前正在施工。（2） 为了满足三期截流期间不断航，船闸上闸首门槛高程采用了平河床设计，虽然增加了上游人字门的投资，但确保了湘江这个重要通航河段不断航，目前工程基本没有断航。（3） 从工程实施的情况来看 ，充分证明本文选定的导流方案科学、合理，启示我们在选定宽河床低水头电站施工导流方案时，应不拘泥于常规，从实际出发，综合考虑