施工导流工程方案

施工导流工程方案本导流工程对应青衣江干流观音岩梯级水电站，坝址控制流域面积12870km²，流域内多年平均降水量1273mm，多年平均流量432m³/s，实测最大洪峰流量10800m³/s，历史调查最大洪峰流量14200m³/s，工程等别为Ⅱ等，主要永久性建筑物混凝土重力坝、发电厂房为2级，次要建筑物为3级，电站装机容量180MW，多年平均发电量7.62亿kW·h，正常蓄水位650.00m，总库容1.27亿m³，最大坝高72m。根据坝址1963-2023年共60年连续实测水文资料统计，全年不同重现期洪峰流量分别为：P=10%（10年一遇）7050m³/s、P=5%（20年一遇）7420m³/s、P=2%（50年一遇）9260m³/s、P=1%（100年一遇）11200m³/s、P=0.5%（200年一遇）12100m³/s；枯期时段（当年10月1日至次年5月31日）对应不同重现期洪峰流量为：P=10%1860m³/s、P=5%2070m³/s、P=2%2420m³/s，枯期时段连续60年实测最大洪峰流量2140m³/s，99%以上时段洪峰流量小于1000m³/s，径流条件符合枯期导流施工的基础要求。按照《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2017相关规定，本工程导流建筑物级别划定为4级，对应不过水围堰、导流泄水建筑物的洪水取值范围为10~20年重现期，结合本工程坝体为碾压混凝土浇筑、上升速度快的施工特性，最终确定导流时段采用当年11月1日至次年5月31日的枯期区间，导流挡水标准采用20年一遇枯期洪水，对应设计洪峰流量2070m³/s，导流泄水建筑物同步匹配该过流能力；坝体施工期临时度汛级别对应主要永久建筑物2级标准的下限要求，采用50年一遇全年洪水作为度汛控制标准，对应度汛洪峰流量9260m³/s，同时预留100年一遇超标洪水的应急防控冗余，确保全施工期不发生漫坝、河道溃决类风险。结合坝址河谷地形实测数据，坝址处河床水面宽217m，河床覆盖层最大深度27m，左岸为完整性较好的峨眉山组玄武岩山体，自然坡度32°~38°，无不良地质滑坡体分布，右岸为宽105m的河漫滩区域，表层为1.2~2.7m厚的耕作土，下层为砂卵石覆盖层，区域内全部划为永久基本农田保护区，不允许大规模开挖占用。基于上述边界条件，本次共提出3套导流方案进行技术经济比选：第一套为全段围堰右岸明渠导流方案，明渠布置在右岸漫滩区域，设计过流断面宽32m、高14m，总开挖量127万m³，临时占压基本农田187亩，同时涉及3户居民征地拆迁，经测算比选该方案因触碰耕地保护红线直接排除；第二套为分段围堰河床分期导流方案，一期围右岸1~7号坝段，预留束窄河床过流，在坝内设置3个6m×8m导流底孔，二期围左岸8~18号坝段，该方案河床束窄度达62%，实测河床导流流速将超过7m/s，河床深槽区域的覆盖层防冲护坦工程量预计增加4200万元，且一期施工占用直线工期10个月，将导致大坝度汛节点滞后8个月，综合经济性和进度要求予以排除；第三套为全段围堰断流、左岸导流洞泄流、枯期全河床截流施工、汛期坝体临时断面挡水度汛方案，导流洞布置在左岸玄武岩山体内，洞口距离坝址轴线210m，无耕地占用，地质条件适配性强，导流洞总长度728m，洞口进出口均不受河水冲刷影响，经多维度验算该方案的导流可靠性、施工便捷性、投资可控性均最优，最终确定为实施性导流方案。导流洞具体设计参数如下：导流洞进口底板高程612.00m，出口底板高程607.50m，洞身纵坡6.18‰，断面采用城门洞形，净空尺寸为14m（宽）×16m（高），二次钢筋混凝土衬砌厚度0.8m，洞身开挖断面尺寸为15.6m×17.6m，衬砌混凝土采用C25、抗渗等级W6，设计糙率n取0.014。基于能量方程开展泄流能力验算，沿程水头损失采用谢才公式计算，局部水头损失综合按总水头的8%取值，不同库水位对应的泄流能力分别为：库水位622.3m时，导流洞过流能力2070m³/s，刚好匹配20年一遇枯期导流洪水的泄流要求；库水位635.7m时，导流洞过流能力4630m³/s；库水位643.2m时，导流洞过流能力9260m³/s，完全满足50年一遇度汛洪水的泄流要求，冗余度达7.2%。导流洞进口设置一字式拦污栅，栅条采用φ36圆钢加工，栅条间距20cm，防止直径大于20cm的漂木进入洞内造成堵洞，进口明挖边坡采用φ32砂浆锚杆支护，锚杆长度4.5m，间排距1.5m×1.5m，挂φ8钢筋网（网目尺寸20cm×20cm）后喷射15cm厚C20混凝土，进口锁口段采用φ108无缝钢管大管棚超前支护，管棚单根长度15m，环向间距40cm，注浆压力控制在1.5~2.0MPa，确保进口围岩开挖稳定性。导流洞出口设置长32m、深2.2m的挖入式消力池，消力池底板采用1m厚C25钢筋混凝土浇筑，配置φ25钢筋网，间排距20cm×20cm，消力池末端设置1.5m高的混凝土尾槛，避免出口高速水流回流掏蚀洞脸边坡，洞身每间隔180m设置1个沉沙池，池深1.2m、容积240m³，定期清理洞内推移质淤积物，防止过流断面缩窄降低泄流能力。导流洞全段共布置12处变形监测点、8处围岩应力监测点，开挖期间实时监测围岩变形量，确保洞室收敛变形速率小于0.2mm/d，总变形量不大于15mm。全段断流围堰分上游围堰、下游围堰两个单元，均为4级不过水围堰。上游围堰堰顶高程经计算确定为624.0m，其中导流设计挡水位622.3m，波浪爬高计算采用官厅公式，结合坝址多年平均最大风速12m/s、吹程1.2km参数，波浪爬高取值0.7m，再加规范要求的1.0m安全超高，总堰高27m，堰顶宽度10m，满足施工重型车辆双向通行要求，上游坡比1:2.2，下游坡比1:1.8，围堰基础覆盖层最大深度14m，采用塑性混凝土防渗墙全封闭防渗，防渗墙厚度0.8m，墙底嵌入弱风化玄武岩面不少于0.5m，墙体28天龄期抗压强度不低于2MPa，渗透系数小于1×10^-7cm/s，允许渗透比降大于80，完全满足防渗要求。堰体结构分区从上游到下游依次为：2m厚C20混凝土预制块护坡、1.5m厚压实粘土斜墙、主体风化料填筑区、堆石排水体，其中反滤层设置三层结构，第一层为30cm厚细砂层、第二层为30cm厚瓜子片层、第三层为40cm厚粒径5~20cm碎石层，反滤层设计满足级配连续要求，确保堰体发生渗流时不出现管涌、流土类渗透破坏。采用有效应力法开展堰体抗滑稳定验算，设计洪水位下迎水坡抗滑稳定安全系数为1.37，大于规范要求的1.2限值，水位降落期下游坡抗滑稳定安全系数为1.29，满足规范1.15的限值要求，堰体最大渗透坡降为0.18，远小于风化料允许渗透坡降0.35，无渗透变形风险。下游围堰堰顶高程确定为610.2m，其中下游侧设计挡水位608.5m，波浪爬高0.5m，安全超高1.2m，总堰高12m，堰顶宽度8m，满足单车道通行要求，防渗结构采用高压旋喷桩防渗墙，墙厚0.6m，桩径60cm，孔距40cm，旋喷桩桩底嵌入基岩不少于0.5m，墙体渗透系数小于5×10^-7cm/s，完全满足防渗要求，下游围堰坡比上游侧1:2.0、下游侧1:1.7，同样设置三级反滤贴坡排水结构，经验算抗滑稳定系数为1.32，符合规范要求。截流工程采用单戗立堵截流方案，截流时段选定为当年11月12日-11月18日，基于近30年同期水文资料统计，截流设计流量选定为220m³/s，对应11月中旬5%频率最大流量，截流戗堤布置在上游围堰轴线下游侧15m位置，从右岸向左岸单向进占，戗堤顶宽20m，戗堤顶初始高程615m，龙口段宽度30m，截流最终计算水头差3.7m，龙口段最大表层流速4.8m/s。戗堤进占物料分三个分区配置：龙口上游侧10m段水流流速小于3m/s，采用0.5~1t大块石抛投，总备料量1200m³；龙口中间12m段水流流速3~5m/s，采用1~3t预制混凝土四面体抛投，总备料量180块；龙口最后8m合龙段水流流速大于5m/s，采用3~5t预制混凝土四面体抛投，总备料量28块，配套备料石渣料8700m³、钢构架石笼12个（单重10t）。截流施工设备配置为3台3m³侧卸式装载机、6台20t自卸汽车、2台TY220推土机、1台75t履带吊，设计最大抛投强度为每小时680m³，计划截流合龙总耗时不超过8小时。截流期间坝址上游水文站每2小时报送一次实时水位、流量数据，安排专人每30分钟观测一次龙口流速、落差变化，动态调整进占节奏，若截流期间遭遇超设计流量的突发来水，第一时间抛投预先储备的10t钢构架石笼压脚，防止戗堤出现整体垮塌风险，确保截流一次成功。坝体施工期度汛方案结合碾压混凝土坝快速施工特性制定，第二年汛前坝体碾压混凝土浇筑节点高程设定为644m，超过度汛控制水位643.2m，坝体临时断面上游坡比1:0.2、下游坡比1:0.7，90天龄期碾压混凝土抗压强度不低于15MPa，抗剪断摩擦系数取1.1、黏聚力取1.2MPa，经抗滑稳定验算，50年一遇度汛洪水下临时断面抗滑稳定安全系数为1.42，大于规范要求的1.3限值，满足临时挡水度汛要求。在8号、9号、10号三个坝段分别预留3个5m×7m导流底孔，导流底孔进口底板高程605m，配置事故检修闸门，当遭遇100年一遇超标度汛洪水11200m³/s时，提前打开导流底孔闸门联合导流洞泄流，总泄流能力可达11700m³/s，坝前最高水位647.1m，此时坝顶采用袋装土叠筑0.8m高临时子堰挡水，确保不发生漫坝风险。汛前安排专人对导流底孔进出口进行全面清淤，检查闸门启闭灵活性，在坝面临时子堰堆存点位预先储备袋装土15000袋，安排20人抢险队伍2小时内即可完成子堰填筑作业，度汛期间所有施工人员建立汛前撤离通道台账，下游安置点提前做好应急生活物资储备，一旦出现超标洪水预警第一时间组织下游3个村组共1276名群众转移避险。导流建筑物施工组织严格按照节点工期推进：第一年3月15日启动导流洞洞口明挖作业，4月10日完成洞脸边坡支护和锁口管棚施工，具备进洞条件，洞身开挖采用全断面光面爆破工艺，每循环进尺3m，采用2台侧卸式装载机装渣、10台15t自卸汽车出渣，洞内配置2台55kW轴流压入式通风机，通风管路全程延伸至开挖面30m位置，洞内瓦斯、CO浓度每小时监测一次，确保瓦斯浓度小于0.5%、CO浓度小于24ppm，洞身开挖作业10个月后于当年1月10日全面完成，随后开展一次系统的围岩支护质量验收，排查所有欠挖部位并处理到位。导流洞二次混凝土衬砌从洞身中间向进出口双向推进，先浇筑底拱、再浇筑边拱、最后浇筑顶拱，采用针梁钢模台车浇筑，台车长度12m，混凝土浇筑强度为每天180m³，总衬砌工期5个月，于当年6月15日全面完成，随后开展导流洞全段扫仓清理和过流试验，检测洞内淤积厚度不超过5cm，确保导流建筑物具备过水条件。截流合龙完成后第一时间启动上游围堰防渗墙造孔作业，采用冲击钻泥浆固壁法施工，造孔过程中泥浆比重控制在1.1~1.3，终孔后检查孔底嵌入基岩深度达标后浇筑塑性混凝土，防渗墙总造孔进尺342m，总工期45天，于第二年1月20日全面完成，随后开展堰体风化料填筑作业，分层厚度30cm，采用25t振动碾碾压8遍，压实度检测采用环刀法，检测合格率要求达到100%，确保堰体压实度不低于98%，相对密度不小于0.75，第二年2月底围堰全面达到设计高程，正式投入挡水运行。导流期水情与建筑物监测系统同步投运，在坝址上游15km干支流共设置3个自动水文监测站，每15分钟上传一次水位、流量、雨量数据，洪水预报提前期不低于6小时，大洪水预警提前期不小于24小时。导流洞内每间隔100m设置1个水位、流速自动监测点，进出口各布设一套高清视频监控系统，实时观察洞内冲蚀、淤积、漂木堵塞情况，一旦洞内流速超过设计值的10%，第一时间排查淤积原因并安排清淤作业。上游围堰沿轴线每30m布置一个监测断面，共12个监测断面，安装36支渗透压力计，水位低于620m时每天监测2次，汛期水位超过622m时每2小时监测1次，一旦渗透压力监测值超过设计值的80%，立刻在下游坡补打排水孔减压，防止堰体发生渗透破坏。围堰表面位移采用GNSS自动化监测系统，水平位移监测预警阈值设定为3mm/d，当位移速率超过预警值立刻停工排查隐患，排查完成前所有无关人员不得进入围堰影响区域。导流工程专属防汛仓库设置在坝址下游1km安全区域，共储备编织袋2万条、土工布1.2万㎡、各类反滤砂石料3000m³、应急200kW柴油发电机2台、冲锋舟4艘，60人专业抢险队伍24小时待命，遇到突发险情15分钟内即可启动应急处置。同时在下游围堰坝段设置DN800生态流量放流阀，安装在线流量监测设备，确保导流期下游河道生态下泄流量不小于多年平均流量的10%，即43.2m³/s，避免下游河道出现脱水段，满足鱼类洄游、植被灌溉的生态用水需求。导流建筑物封堵作业安排在第三年10月中旬实施，此时大坝永久溢洪道、发电引水洞等永久泄水建筑物已全部具备过流条件，导流洞下闸设计流量选定为180m³/s，下闸采用2扇16m×17m平板钢闸门，单扇门重量128t，配置2台2×100t固定卷扬机下放作业，下闸作业选在平潮时段开展，总耗时不超过3小时。下闸完成后待洞内水位全部平稳后开展导流洞混凝土封堵作业，封堵段总长度40m，分两个封堵区布置，第一个封堵区位于进口往洞内15m位置，浇筑20m厚C25微膨胀抗渗混凝土，第二个封堵区位于出口往洞内20m位置，同样浇筑20m厚C25微膨胀抗渗混凝土，两个封堵区中间预留长308m的排水廊道，通过预埋排水管将洞内渗水引排至下游，降低封堵段承受的渗透压力。封堵混凝土采用冷却通水工艺，内部最高温度控制在28℃以内，避免出现温度裂缝，封堵完成后开展全面压水试验，检查封堵段渗透系数小于1×10^-6cm/s，满足永久运行防渗要求。导流底孔封堵作业安排在第三年12