蜀河水电站厂房施工导流与度汛

1、蜀河水电站厂房施工导流与度汛徐更晓 金风清 彭传波摘 要 蜀河水电站采用分期导流施工，二期安排厂房施工、采用一期已经形成的右岸泄洪闸泄流，原规划采用全年围堰，10年一遇洪水标准，实际施工中因情况变化实施全年围堰有较大困难，对导流方案进行调整，经过方案比较，2008年采用过水围堰加子堰挡水、采用枯期10年一遇洪水标准，而施工中2008年全年并未遇到超过该标准的洪水，基坑全年施工；2009年汛前仍采用枯期10年一遇标准，汛期采用右岸泄洪闸和已经形成的厂房表孔联合泄流将度汛标准提高至20年一遇，2008年、2009年均保证工程按期安全度汛及库区和下游的安全，保证工程顺利实施，本文对度汛方案调整的原因

2、、方案的确定、实际度汛情况等进行了介绍。关键词 水电站厂房 二期导流 过水围堰 度汛1 工程概况蜀河水电站工程位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站；枢纽建筑物布置型式为左岸溢流式厂房方案，枢纽建筑物从右至左由右副坝、垂直升船机坝段、泄洪闸、电站厂房坝段（泄洪表孔）、安装间及左副坝等组成。工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。工程规模为二等大（2）型，正常蓄水位217.30m，相应水库库容1.76亿m3，总装机容量276MW，安装

3、6台46MW贯流式机组。工程分两期施工，一期先施工右岸升船机及泄洪闸坝段，二期进行左岸厂房坝段的施工。施工总工期52个月，第一台机组发电工期42个月。厂房工程包括厂房坝段、安装间坝段、尾水副厂房（含户内开关站）及二期导流、截流工程、闸门及启闭机安装、以及金属结构机电设备安装等项目，主要工程量：砂砾石开挖24.23万m3，石方明挖27.30万m3，混凝土浇筑37.67万m3，安装6台贯流式机组。2 水文气象条件汉江流域面积159000km2，蜀河坝址以上集水面积49400km2，占汉江流域面积31.1。2.1 气象条件汉江上游流域处于北亚热带边缘大陆性季风气候区，局地气候受秦岭和巴山制约，具有温

4、暖湿润的山地气候特征。全年气候温和、四季分明、降水适中、无霜期长。本流域暴雨主要发生在510月，全年降水量的80都集中在此期间；一次暴雨过程一般历时五天左右，雨量主要集中在三天之内，实测最大暴雨一日雨量达370.7mm，三日达644.1mm，五日雨量为784.4mm，年平均降雨量776.3mm（白河）、752.5mm（旬阳）。2.2 径流坝址多年平均径流量732 m3/s，各月平均流量见表1。表1 坝址各月份平均流量月份123456789101112平均流量1591472705577757001580111116601050503237 对于10年一遇洪峰流量，考虑安康控泄后为17000m3/

5、s。2.3 洪水蜀河坝址以上洪水主要由暴雨形成，年内分布不均，7月至10月上旬为主汛期，年最大洪水在310月均有出现，但以夏季的7月份洪水和秋季的9月份出现最多。由于流域内山高坡陡，岩层透水性差，河槽调蓄作用小，以致洪水汇流速度较快，具有猛涨猛落，峰型尖瘦的特点，一次洪水过程一般57天。考虑安康水库调蓄影响的蜀河坝址设计洪峰成果见表2。表2 蜀河坝址设计洪峰成果表P(%)0.1%1%2%5%10%20%50%Qm,p(m3/s)381003000027800231001970016900116002.4 分期洪水蜀河坝址分期设计洪水由安康站与蜀河坝址洪峰流量相关关系推算。坝址分期设计洪水成果见

6、表3。表3 蜀河坝址分期设计洪水成果表时 段各 种 频 率 设 计 值（%）5102012月3月2530170015804月5020385027305月9680705046206月159001210083107月9月23100197001690010月1870013300836011月2290238017702.5 坝址水位流量关系根据实测的坝址处河道深泓线、同时水面线和历史洪水调查线及坝址大断面资料，推算坝址水位流量关系曲线。表4 蜀河水电站坝址水位流量关系表流量（m3/s）0.013054012202200346060808200105001310015900水位（m）189.519119

7、3195197199202204206208210流量（m3/s）18700215002440027400305003380037100405004420048300水位（m）212214216218220222224226228230表5 右岸泄洪闸特征泄量与水位泄量（m3/s）36056084011201400158027301500017000上游水位（m）197.75196.6197.9198.7199.6201.6208219.8222.6下游水位（m）192.1193.1193.9194.7195.4197.9199209210.83 枢纽工程总体导流方案施工导流为河床两期导流，一

8、期工程围护右侧河床，施工泄洪闸、升船机、右副坝及纵向混凝土导墙等建筑物，由左侧束窄后的原河床导流。根据一期基坑内的工程量分析，其全部完工的施工周期约需两年，具备施工期过流条件的施工周期约需一年。二期工程围护左侧河床，施工厂房、安装间、副厂房和左副坝等建筑物，由已完建的泄洪闸及升船机坝段导流。本工程于2005年12月21日通过国家发改委的核准，同年12月26日正式开工建设，2007年利用枯水围堰进行导墙水下部分混凝土浇筑，汛期利用纵向导墙与右岸上下游土石围堰挡水，施工泄洪闸坝段。2007年12月29日一期泄洪闸工程具备过流条件，同年12月30日二期基坑主河床截流，2008年转入二期基坑，2008

9、年2月1日完成二期工程上、下游围堰戗堤以下防渗工程。4 原规划的厂房导流方案、节点工期4.1 原规划的厂房导流方案 原规划厂房施工采用右岸已形成的泄洪闸及垂直升船机坝段泄流，厂房基坑上下游围堰挡水及泄洪闸纵向导墙挡水，围堰级别为级,采用汛期十年一遇设计标准，对应洪水流量19700m3/s，安康控泄后坝址区洪水流量为17000 m3/s，厂房全年施工，厂房（二期）导流工程的施工时段为2008年2月2009年12月。原规划的二期导流工程主要技术特性见表6，导流平面布置见图1。4.2 原导流工程节点控制工期（1） 2008年1月前完成二期河床截流，戗堤高程203.06m；2008年3月底（Q20%=

10、1580m3/s）完成戗堤防渗工程；并于2008年5月底完成上下围堰填筑，达到224.0m高程；（2）2009年11月底上下游围堰拆除完成；（3）自2008年8月至2009年8月完成一期混凝土的浇筑；表6 原规划的厂房（二期）导流主要技术特性表序号项目名称单位围堰名称上游围堰下游围堰1围堰级别级2导流时段2008年2月2009年11月3导流标准%104导流流量（控泄后）m3/S170005导流泄水右岸4孔泄水闸，升船机6上游水位m222.6m7下游水位m210.778上游围堰顶高程/最大堰高m/m224.1/34.19围堰坡度-1：1.751：1.510围堰结构-土石围岩、迎水坡采用钢筋笼石防

11、护，堰体下部采用高喷墙防渗、上部采用复合土工膜防渗（4）2009年12月30日实现1#、2#两台机组投产发电，2010年6月30日前实现6台机组全部投产发电的目标； （5）2011年6月30日工程完工。4.3 厂房施工导流的主要特点工期紧,厂房工程总体工期紧,首台机组发电工期为24个月,围堰施工工期紧,2008年5月以前要完成围堰加高、防渗处理、防冲保护施工。围堰防冲刷稳定形势严峻,汉江汛期洪量大、流速高,加之纵向导墙缩短,造成围堰的坡度较陡、坡脚部分伸出导墙以外,因此对围堰的抗冲刷稳定十分不利,要采取对应措施。二期围堰为全年挡水围堰,要经过两个主汛期,汉江水情特点是洪水陡涨陡落、峰值大,一旦

12、出现超标准洪水将影响到库区及下游的安全，安全度汛任务重、风险大。5 厂房导流方案调整的原因厂房导流方案调整主要基于三个方面的原因：（1）移民拆迁问题，由于库区移民征地滞后，原方案上游围堰拦洪水位回水水面线以下拆迁很难在汛前完成，2008年汛期按原导流方案实施难度很大，（2）围堰布置问题，纵向导墙上游端缩短49m、自坝上0199m缩短至坝上0150m, 若采用全年224m高程围堰，即便采用围堰斜向布置及放陡边坡的措施，围堰布置仍很困难，或占压基坑或超出导墙范围；（3）采用全年围堰一旦出现超标准洪水危及到上游县城、溃堰风险大进而影响到下游村镇，进而改变度汛方案则意味着原工期要随之调整，不同的度汛方

13、案不仅事关工程建设更关联库区和下游的安全，因此必需认真研究以确定切实可靠的方案。图1 厂房施工导流平面布置图6 厂房实施导流方案6.1 2008年实施度汛方案6.1.1 2008年度汛方案的比较选择主要针对全年围堰（原规划方案）、全年围堰顶部拆除方案、枯期过水围堰结合加高子堰等方案进行了比较：（1）全年围堰（原规划方案）仍采用全年10年一遇的洪水标准，度汛流量17000m3/s，上游围堰顶高224.1m，下游围堰顶高213.7m，采用全年围堰的优点是正常渡汛标准较高，在不发生超标准洪水的情况下施工工期较长，在正常度汛情况下不会影响上游县城及下游蜀河镇，其缺点是库区实物淹没指标大、汛前搬迁安置难

14、度大，出现超标准洪水时影响到县城，出现超标准洪水时溃堰风险大、造成下游损失大，恢复施工难度大、对工期影响大，由于该方案风险较大并且短期内完成库区及下游蜀河镇的临时搬迁无法实现、且易引起群体事件，因此全年围堰方案不能采用。（2）全年围堰顶部拆除方案该方案在正常渡汛情况下同全年围堰，其不同在于当预报出现超标准洪水时提前将围堰拆除至213.7m高程，让基坑过流，一旦发生溃堰对下游造成的损失要小于全年围堰，该方案的优点是采用全年围堰的优点是正常度汛标准较高，在不发生超标准洪水的情况下施工工期较长，在正常度汛情况下不会影响上游县城及下游蜀河镇，并且在出现超标准洪水时的损失要小于全年围堰，其缺点时对洪水预

15、报周期要求长、精度要求高，围堰临时拆除工程量大、操作复杂、实施难度大，同时该方案也存在汛期移民安置无法完成的困局。（3）枯期过水围堰结合加高子堰采用枯水期（11月次年6月）10年一遇标准，流量为12100m3/s，采用过水围堰顶部加子堰的型式，对应上游围堰高程217.7m（过水围堰顶高203.0m）、下游围堰顶高程208.2m（过水围堰顶高202.0m），该方案在出现超标准洪水时拆除顶部子堰基坑过流，其优点是施工期回水水面线、上游淹没实物指标不超过水库运行期20年一遇指标，移民问题易于解决，.泄洪闸施工不受限制,有利于该标段工程进度的完成.，过水堰面高程低,满足过水围堰断面布置要求，出现超标准

16、洪水时不致影响到上游县城，一旦出现超标准洪水一旦溃堰对下游的影响远小于全年围堰，其缺点时度汛标准较低，施工工期比全年围堰少4个月，遭遇超标准洪水的几率大。综合以上三种方案，前两种方案均存在较大的风险，且移民问题在汛前无法解决到满足度汛要求，因此无法实施，方案3比较稳妥，最终确定按方案3实施。6.1.2 枯期过水围堰设计(1) 过水围堰设计原则发生标准洪水时，库区淹没不影响或少影响上游棕溪镇、关口镇、旬阳县城等未搬迁范围为依据，确定堰前水位，进而确定上下游围堰高程；发生超标准洪水时，不增加下游及蜀河镇天然洪水淹没范围。枯水围堰确定过水堰面高程时，除了要考虑库区淹没等因素，在布置时要结合上下游导墙

17、长度，堰面保护难度等因素。(2) 过水围堰设计采用过水围堰加子堰的综合围堰型式。堰顶高程和过流堰面高程确定当洪水流量为12100m3/s时，上游水位216.1m，下游水位207.2m，确定上游围堰堰顶为高程217.7m，下游围堰堰顶高程为208.2m，堰顶宽度均为10m。当坝址流量为17000m3/s，过流堰面为203m时，堰前水位为214.6m；当坝址流量为20年一遇23100m3/s时，堰前水位217.3m，与水库永久运行堰前水位（217.3m）一致。因此，上游围堰过水堰面顶高程确定为203m，下游围堰过水堰面高程为202m。防护设计上游围堰子堰迎水坡面和背水坡坡比均为1：1.75，堰体不

18、做防护，子堰填筑工程量为11.2万m3。EL.203m以下断面按照过水围堰加固，堰面采用厚度1.0m混凝土防护，EL190m以下基坑坡面采用1.0m厚钢筋笼石，上部喷20cm混凝土防护，上游迎水坡面采用1.0m厚钢筋笼石防护。上游围堰剖面示意图见附图2。下游围堰过流堰面202m高程以上子堰堰体迎水面及背水坡坡面坡比均为1：1.75，坡面不做防护，填筑工程量为4.20万m3。EL.202m以下断面按照过水围堰加固，过水堰面采用厚度1.0m混凝土防护，上、下游坡面采用1.0m厚钢筋笼，上部喷20cm混凝土防护。为便于交通，上游围堰子堰左侧加高至316国道226.5高程，下游围堰右侧加高至214.8

19、m，连通右岸贝雷桥。 图2 上游过水围堰结合加高子堰结构图6.1.3 2008年度汛施工安排及度汛情况由于度汛方案发生变化，汛期基坑预备过流，因此施工安排特别是基坑内大型设备的布置要进行调整，原规划布置在基坑内的C7050塔机、K80塔机、MQ600门机在2008年汛期不再布置于基坑内，而改为基坑内布置两台履带式布料机，安排左非坝段先升高、在其位置布置Q900门机、Q600门机各一台，2008年汛后再在基坑内厂房的上、下游布置大型门塔机。工程实施中，2008年5月底完成上下游围堰施工、2008年6月底前完成厂房基坑混凝土封底,具备应主汛期的条件，而2008年全年未遇到12100m3/s以上的洪

20、水，2008年7月5日7月14日出现一次洪峰，洪峰流量35007200m3/s，采用泄洪闸过流，基坑未过流，厂房全年施工，工程进度按原计划实施。6.2 2009年实施度汛方案6.2.1 2009年度汛标准按照原规划2009年汛期二期基坑汛期度汛标准应为全年10年一遇标准，相应洪水流量为17000m3/s（安康调控后），对此需将现有围堰加高至224m高程，由于本工程移民安置工作的难度很大，鉴于全年高围堰存在扩大淹没范围及布置方面的问题而难以实施，仍然采用目前的过水围堰，并按照工程情况和规范确定度汛标准：上游土石过水围堰的挡水时段为2008年汛后2009年6月底前，挡水标准为10年一遇。按照DL/

21、T5397-2007水电工程施工组织设计规范，土石过水围堰级别为4级。根据工程在2009年6月底前表孔具备过流条件及7月份开始机组安装、年底首台机组发电的进度情况，按照DL/T5397-2007水电工程施工组织设计规范的要求，本工程2009年施工度汛标准为20年一遇洪水标准，相应洪峰流量为23100m3/s。6.2.2 2009年度汛方案2009年底是蜀河水电站工程的首台机组投产发电之年，安全度汛至关重要，工程在枯水期和汛期将采用不同的标准和导流方式。在2009年上半年枯水期厂房坝段施工仍采用2008年的导流方法和防洪标准，即采用上、下围堰挡水，厂房不过水，泄洪闸导流方式。围堰挡水按枯水期6月

22、份10年一遇洪水标准设计施工，泄洪闸导流能力满足枯水期6月份10年一遇洪水标准，相应洪峰流量为12100m3/s，上游最高水位不超过运行期蓄水水位217.3m；当预报坝址流量大于12100m3/s洪水时，采用预先挖除到213.7m高程（9680m3/s洪水水位以上部分），对应的堰前水位较低，水库库容较小。人员和主要设备提前撤离基坑。并挖开下游围堰缺口，基坑充水，基坑过水。汛后清淤、抽水，恢复基坑施工。在厂房主体施工形象具备过流条件后，开始拆除上游围堰至203.0m高程、下游围堰至202.0m高程，保留围堰下部过水围堰堰体。围堰上部子堰拆除后过水围堰堰体可挡水流量约为3100 m3/s。2009

23、年汛期蜀河水电站工程度汛标准为汛期20年一遇洪水标准，当遭遇到20年一遇洪水23100 m3/s时，安排1#、3#两台机组正常进行机组安装施工，即1#、3#机组工作门与下游检修门挡水，2#、4#、#5、6#厂房表孔及泄洪闸过水。厂房这时上游水位为217.2m，厂房坝段分流10100m3/s，泄洪闸坝段泄量13000 m3/s，上游水位不超过运行期蓄水水位217.3m。当坝址遭遇20年一遇（23100 m3/s）以上流量时，厂房表孔1#、3#机组工作门与下游检修门提起，厂房16#机组段表孔流道全部泄流。不同泄流组合下的上游水位泄量关系如表7。表7 不同泄流组合下的上游水位泄量关系曲线表 泄量上游水位泄量分配总泄量(m3/s)备注泄洪闸坝段(m3/s)厂房坝段(m3/s)204.63850汛前围堰挡水，厂房不过流情况3850206.75020502021070507050213.796809680216.71210012100枯水期10年一遇流量215.6m114008300197002、4、5、6厂房表孔参与度汛217.2m13