水电站导流洞布置优化设计

孟育海（临夏州水务水电局，甘肃 临夏州 731100）

某水电站工程主要包括三部分，分别为泄洪隧洞、混凝土双曲拱坝以及左右岸地下厂房等等。此水电站工程属于一等大（1）型工程，建筑物也是按照I级建筑的规格进行实施。在可研阶段，按照本工程所具有的地质情况、工程施工情况以及工期方面的要求采取的是断流围堰挡水、隧洞导流的方式进行，导流的标准采用的是20年一遇的洪水标准，设计流量为5850m³/s。此水电站具有自身特征，可以采取多种导流洞布置方案，但是涉及到的因素比较多，具有较大的选择难度。所以需要对导流洞布置方案进行比较分析，对导流洞布置方案进行优化[1]。

1 初期设计水电站问题所在

初期设计阶段水电站厂房的进水口采用的是岸塔式，这就造成了其明挖工程量比较大，平面位置和导流洞进口相接，从高程方面为上下布置，这就使得进口开口存在交叉的情况，并且两方面的施工存在交叉的情况，无法有效避免相互干扰，会影响到导流洞的工期。这就需要在初期设计导流洞和厂房进水口布置的基础上进行优化设计，从而降低进口工程量以及所具有的施工难度，对于两进水口的施工方式以及施工时间进行优化调整，使其能够错峰进行，避免施工干扰。

2 导流洞布置优化设计原则和具体内容

2.1 导流洞布置优化设计原则

要以初期设计的导流标准和导流洞布置方案作为基础，充分将导流洞和尾水洞进行结合，确保洞线的走向、布置间距和尾水洞结合点的稳定性。

2.2 优化设计的具体内容

第一，对于其中4条导流隧洞截流可行性进行充分的研究，从而能够有效提升其余2条导流洞进口高程，进而降低进口工程量和施工难度；

第二，要以两岸地质地形作为基本研究条件，充分对比岸塔式和竖井闸室结构的异同，从而有效降低进口开挖以及混凝土的工程量，进而降低导流洞和厂房进水口两方面的施工干扰[2]。

3 水电站导流洞布置优化设计内容

3.1 对于导流洞进口高程进行优化

主要是利用其中4条导流隧洞进行截流，从而提升其余2条导流洞进口高程，并且将其投入使用的时间进行顺延，从而降低截流前的隧洞工程量，保证截流的顺利完成。本次研究主要对比了2#、5#导流洞和3#、4#导流洞高程提升、进口闸室为露天岸塔式两种方案。

第一，方案一：进行2#、5#导流洞进口高程抬高布置。主要是将2#和5#导流洞进口高程进行提升，此方案是将其提升到380m的高度，其他各号导流洞保持原有设计。由于2#和5#导流洞的进口底板高程有所提升，所以在进行导流洞封堵施工过程中无需设置进口闸室以及闸门设备等等[3]。

第二，方案二：进行3#、4#导流洞进口高程抬高布置。主要是将3#和4#导流洞进口高程进行提升，此方案是将其提升到380m的高度，其他各号导流洞保持原有设计。以施工的具体规划和厂房尾水洞发电过水要求作为依据，可以将导流洞分成两期进行封堵，一期对2#和5#进行封堵，二期对剩余导流洞进行封堵，因此3#和4#导流洞还是要进行闸室以及闸门设备的设置。

表1 方案比较结果

第三，方案比较结果如表1所示。

从表1中能够得知，相对于初期设计方案来说，优化之后的方案一和方案二在多方面都具有明显的优势，包括：工程投资、工程量、导流洞长度、施工复杂性等等。虽然在一定程度上4栋截流增加了难度，但是可以利用相应的技术措施进行解决，包括：提升抛投强度、增加特殊抛投材料等等。总的来说，从工程投资以及导流工程量等方面考虑，优化方案一相对较优。

3.2 对于导流洞进口形式进行优化

将2#和5#导流洞的进口进行提升能够有效降低进口土石方的明挖量，但是其他导流洞的闸室还处于厂房取水口下面，所以其施工还是会在一定程度上受到厂房进水口施工的影响。为了能够有效降低导流洞和厂房进水口之间相互的影响，以导流洞进口地质情况作为基础对露天竖井和地下竖井闸室方案进行对比。

第一，方案一：露天竖井式闸室。通过将2#和5#导流洞进口高程有效提升，需要将进洞点向前移动以便确保洞径厚度的岩体层。因为进口底板高程相对较高，所以无需设置进口闸室和闸门等设备。将其他导流洞闸室从露天岸塔式结构改为露天竖井闸室结构，其他设计保持不变。

第二，方案二：地下竖井式闸室。此方案是在方案一的基础上进行优化，主要是确保导流洞进出口高程不变，将3#和4#导流洞竖井闸室布置在取水口和坝肩之间的山体之间，就是指将3#和4#导流洞闸室设置成为地下竖井闸室结构。

第三，方案对比结果。

1）对于导流洞的工程量来说（特别是导流洞进口明挖和混凝土工程量方面），相对于初期设计方案，竖井闸室方案能够有效降低工程量。其中方案一比方案二能够降低工程投资费用1124万元；

2）在进行竖井闸室布置过程中，方案一的1#、3#、4#以及6#导流洞露天竖井闸室和施工通道都处在厂房进水口的下面，所以在进行施工时还是会受到厂房进水口施工方面的影响。但是地下竖井闸室处在取水口和大坝间的山体内，所以从空间布置方面来说是比较协调有序的，因此施工以及交通情况不会受到厂房进水口施工的影响，因此方案二相对较好；

3）从泄流能力方面来说，竖井闸室方案在洞线和竖井闸室结构方面都有了较大的改变，这就造成了导流洞的流量系数有所下降。初始阶段导流上游水位相对于初期设计来说上涨了1.2m，而随着导流的进行上游水位增加为0.53m[4]。

4）从地质情况方面来看，露天竖井闸室方案进口区前部地形相对比较平淡，但后部的基岩边坡相对较陡峭，闸门井400m高程以上边坡开挖高度相对较大，这就很大程度上影响了边坡的稳定性；而地下竖井闸室位置的岩体具有比较好的完整性，具有比较好的成井条件，并且能够有效降低开挖范围，能够有效降低开挖边坡高度，对于提升边坡稳定性是非常有利的，所以导流洞进水口采取竖井闸室的布置方案具有非常好的工程地质条件。

总的来说，从导流洞地质条件、所需要的投资费用、整体的工程量以及导流洞施工情况考虑，导流洞进口采取地下竖井闸室的方式是比较良好的，能够起到优化布置的作用。

3.3 总体结论

第一，对于提升2#和5#导流洞进口、4洞截流方案技术和经济方面的比较，在结合初期设计导流洞截流研究成果来看，此种方案在技术方面是可行的；

第二，从投资费用方面来看，相对于初期设计方案来说，地下竖井方案在工程投资方面能够降低1.153亿元；

第三，通过4条短洞进行截流，一定程度上延长2条长洞的施工周期，不但能够有效降低导流洞施工工期方面的压力、降低导流工程方面的投资，同时也能够有效避免导流洞进口和厂房取水口之间的施工影响。

4 结 语

本文主要分析了水电站导流洞布置优化设计方面的内容，通过此内容能够从工程投资、施工复杂性等多方面对导流洞布置进行优化，从而进一步推动我国水电站的发展，有效促进水电行业的发展。

[1]冯菊.溪洛渡水电站导流洞布置优化设计[J].中国西部科技,2014(07):15-17

[2]黎昀;唐朝阳.溪洛渡水电站导流洞布置设计[J].水电站设计,2006(02):18-19

[3]张超;雷运华;张有山;孔科;周顺文.叶巴滩水电站导流洞布置方案优选研究[J].水利水电技术,2016(10):88-91

[4]翁永红;饶志文;李勤军;郭鸿俊;漆祖芳.乌东德水电站导流规划与设计[J].人民长江,2014(20):22-25