枕头坝二级水电站施工导流规划与设计

李志伟，彭继乐，赵 星

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

枕头坝二级水电站为大渡河干流水电梯级调整规划的第19个梯级，是枕头坝河段两级堤坝式开发的第二级，其上一级为枕头坝一级水电站，位于四川省乐山市金口河区。开发任务以发电为主，兼顾库区供水，并促进地方经济社会发展。工程等别为II等，工程规模为大(2)型，水库总库容0.122亿m3，正常蓄水位为592.00 m，枢纽由两岸重力坝、泄洪闸、河床厂房和鱼道等建筑物组成，左岸布置5孔泄洪闸，单孔尺寸14 m×21 m(宽×高)，底高程571.00 m，右岸布置河床式厂房，总装机容量300 MW(6×50 MW)，多年平均发电量15.03亿kWh，坝顶高程595.00 m，最大坝高54 m，坝顶总长322.6 m。

坝址河段为开阔的“U”形河谷，谷底宽约340～360 m，主河道偏右岸，枯水期河面高程577～578 m，河水面宽100～140 m，水深4～7 m，左岸分布宽缓的漫滩和I级阶地，宽约30～60 m，长约600 m。河床覆盖层深厚，最大厚度达30 m，以含漂卵砂砾石为主，局部夹有砂层或砂层透镜体分布，坝基岩体主要为峨边群(Pteb)之茨竹坪组(Pt2c)浅灰色、灰白色中厚层粉砂岩与深灰色、灰黑色薄层粉砂质板岩夹泥质板岩及炭质板岩。

坝址位于大渡河下游河段，洪水流量大，洪水主要由上游融雪和中下游暴雨洪水组成，主汛期为6～9月，枯水期为10月～次年5月，上游瀑布沟水电站具有多年调节性能，对本工程施工期导截流和度汛有利，考虑瀑布沟水电站调蓄影响后，枕头坝二级水电站设计洪水成果见表1。

表1 枕头坝二级水电站设计洪水成果表

1 导流方式和标准

1.1 导流方式

河床覆盖层深厚，左岸附近有重要工业设施，右岸附近有医院、学校和居民区等设施，坝址不具备布置导流洞条件，本工程为闸坝式水工建筑物，泄洪闸过流能力大，施工期利用泄洪闸过流，可减少导流工程投资，因此，选用分期束窄河床导流方式[1]。

坝址左岸为凸岸，右岸为主河道，泄洪闸布置于左岸阶地泄洪归槽条件较好，施工导流分两期，一期利用原河道过流，施工左岸泄洪闸，二期利用已建泄洪闸过流，施工右岸发电厂房，施工工期较短，投资省，发挥工程效益快。本工程两期施工内容多，若采用枯期8个月时段(10月～次年5月)施工，一个枯期时段完成建设任务，则各期施工强度大；跨汛期施工，则枯期围堰需拆除、重建，且基坑过流度汛对工程不利，导流程序复杂，施工工期长，因此，导流时段采用全年时段。

综上所述，本工程采用“围堰全年挡水，河床分两期过流”的导流方式。

1.2 导流标准

枕头坝二级水电站为II等大(2)型工程，主要建筑物如挡水建筑物、泄水建筑物、发电厂房等为2级，根据《水电工程施工组织设计规范》(DL/T5397-2007)，导流建筑物级别为4级，土石围堰设计洪水标准20～10年一遇，混凝土围堰设计洪水标准为10～5年一遇，坝址河段水文资料相对较长，样本数量多，经统计分析得到的频率洪水分布接近河流的自身特性，稳定性好，另外，上游已建梯级电站具有洪水调蓄能力，河段发生大洪水可能性降低，围堰堰体为常规土石结构、混凝土结构，因此，导流洪水标准选取下限值，即选用全年10年一遇，洪水流量为6 140 m3/s[2]。

2 导流方案

根据枢纽建筑物布置、地形地质和周边社会因素，选用分两期束窄河床导流方式，可分为先施工右岸厂房方案和先施工左岸泄洪闸方案，若先施工右岸厂房，则二期施工左岸泄洪闸时，河床无满足要求的泄洪通道，因此，选用先施工左岸泄洪闸方案。由泄洪闸的过流能力可知，3、4孔和5孔泄洪闸均能满足二期泄流要求，根据一期所围泄洪闸孔数，导流方案分为一期围3孔泄洪闸方案、一期围4孔泄洪闸方案和一期围5孔泄洪闸方案。若一期围5孔泄洪闸，一期土石围堰纵向段布置侵占大部分原河道，束窄后河道泄流能力不满足过流要求，因此，一期围5孔泄洪闸方案不予采用[3]。

2.1 一期围3孔泄洪闸方案

一期由纵向土石围堰挡水，施工左岸3孔泄洪闸、左岸重力坝和纵向混凝土围堰，右岸束窄河道过流；二期由纵向混凝土围堰和二期上下游全年土石围堰挡水，施工右岸厂房、右岸重力坝和河床中间剩余2孔泄洪闸，左岸已完建3孔泄洪闸过流。

本方案主要优点：①一期围堰偏向左岸，束窄河道过流宽度大，流速小，一期纵向土石围堰堰坡和右岸岸坡防护要求低；②纵向混凝土围堰布置在2号与3号泄洪闸之间，纵向混凝土围堰建基面高，基础开挖及处理工程量小；③围堰开挖及填筑工程量相对小，导流工程投资省。本方案主要缺点：①二期左岸3孔泄洪闸过流宽度小，河道流速大，冲刷严重，左岸岸坡防护工程要求高；②二期左岸3孔泄洪闸过流能力不满足20年一遇城市防洪标准，增加相应地工程应急措施。

2.2 一期围4孔泄洪闸方案

一期由纵向土石围堰挡水，施工左岸4孔泄洪闸、左岸重力坝和纵向混凝土围堰，右岸束窄河道过流；二期由纵向混凝土围堰和二期上下游全年土石围堰挡水，施工右岸厂房、右岸重力坝和河床中间剩余1孔泄洪闸，左岸已完建4孔泄洪闸过流。

本方案主要优点：①二期左岸3孔泄洪闸过流宽度大，河道流速小，左岸岸坡防护要求低；②二期左岸4孔泄洪闸过流能力满足20年一遇城市防洪标准。本方案主要缺点：①一期围堰偏向右岸主河道，束窄河道过流宽度缩窄，流速大，冲刷严重，一期纵向土石围堰堰坡和右岸岸坡防护要求高；②纵向混凝土围堰布置在1号与2号泄洪闸之间，纵向混凝土围堰建基面低，基础开挖及处理工程量大；③围堰开挖及填筑工程量大，导流工程投资大。

2.3 方案选择

上述两个导流方案各有优劣，对两个导流方案设计和详细投资具体细化比较[4]：①两个方案在技术上均可行，主体工程施工工期安排上基本无差异；②一期围3孔泄洪闸方案对一期过流有利，一期围4孔泄洪闸方案对二期过流有利，综合比较围堰布置及施工难度，一期围3孔泄洪闸方案围堰轴线布置偏向左岸河漫滩，围堰基础覆盖层处理施工难度小；③对水工建筑物布置影响，纵向混凝土围堰将5孔泄洪闸按3+2和4+1分段，3+2分段对泄洪闸运行更有利；④一期围3孔泄洪闸方案导流工程投资节省约4 100万元。综合比选后，推荐采用一期围3孔泄洪闸方案，导流方案平面布置见图1和图2。

图1 导流一期平面布置图

图2 导流二期平面布置图

2.4 导流建筑物布置

导流建筑物包括一期纵向土石围堰、二期上下游土石围堰和纵向混凝土围堰。

土石围堰采用混凝土防渗墙+墙下帷幕灌浆接土工膜心墙防渗；根据导流模型试验成果，一期纵向土石围堰纵向段最大流速达4～7 m/s，迎水侧堰坡采用钢筋石笼、预制混凝土柔性面板等防护，堰脚采用钢筋石笼护底防淘；为了改善左岸明渠内过流流态，二期上游土石围堰轴线采用折线形式，与纵向混凝土围堰端头接触部位采用混凝土防护扭曲面；纵向混凝土围堰布置在2号与3号泄洪闸之间，中间段与泄洪闸闸墩结合，采用“L”型钢筋混凝土结构，上游段覆盖层基础采用灌注桩+防渗墙进行处理，下游段覆盖层浅，基础开挖至基岩。

3 导流程序

工程施工总工期为64个月，其中施工准备期为9个月，导流一期为14个月，导流二期为31个月，完建期为10个月。根据枢纽建筑物布置、施工项目安排和选定的导流方案，导流程序如下。

1)施工准备期为第一年1月～第一年9月，由原河道过流，主要进行左岸G245改复建、右岸3号公路加高改建、右岸过流断面河床清挖和库岸防护工程施工，导流标准采用全年5年一遇，洪水流量为5 590 m3/s。

2)导流一期为第一年10月～第二年11月，由一期纵向土石围堰挡水，右岸束窄河道过流，主要进行左岸3～5号泄洪闸、左岸重力坝和纵向混凝土围堰施工，第一年10月开始填筑一期纵向土石围堰，第二年11月开始拆除围堰，导流标准采用全年10年一遇，洪水流量为6 140 m3/s，围堰挡水水位为587.37～583.63 m。

3)导流二期为第二年12月～第五年6月，由纵向混凝土围堰和二期上下游土石围堰挡水，左岸已完建3孔泄洪闸过流，主要进行右岸厂房、河床中间剩余1～2号泄洪闸和鱼道施工，第二年12月开始填筑上下游土石围堰，第五年6月底完成首台机组安装、调试和投产发电，导流标准采用全年10年一遇，洪水流量为6 140 m3/s，围堰挡水水位为591.72～583.63 m。

4)完建期为第五年7月～第六年4月，由厂房进、出口闸门挡水，已完建5孔泄洪闸过流，第六年4月完成所有机组投产发电。

4 超标准洪水分析及应急措施

枕头坝二级水电站位于乐山市金口河区，城市防洪标准为20年一遇，洪水流量为6 670 m3/s，为保证施工期城市防洪安全，须对20年一遇超标准洪水工况进行分析并提出工程应急措施。

4.1 超标准洪水分析

根据施工导流模型试验成果，导流一期发生20年一遇洪水时，河道沿程水位为587.52～583.92 m，低于水库正常蓄水位592.00 m，满足城市防洪标准；导流二期发生20年一遇洪水时，上游围堰堰前水位为593.44 m，超过水库正常蓄水位592.00 m和上游围堰堰顶高程593.00 m，可能发生溃堰，不满足城市防洪标准。本阶段针对导流二期进行溃堰洪水计算，选取计算工况：坝址发生20年一遇洪水流量6 670 m3/s，左岸3孔泄洪闸过流，洪水高程为593.00 m，围堰瞬间溃决。溃堰洪水计算成果见表2。

表2 溃堰洪水计算成果表

根据溃堰洪水计算成果可知，溃堰洪水前峰约31 min到达下游沙坪一级水电站，最大洪峰流量为7 713 m3/s，小于该电站100年一遇洪水，不会对下游梯级电站造成重大影响；溃堰洪水前峰约4 min到达下游金口河城区，最高水位为585.79 m，低于现状堤防顶高程(590.00～595.00 m)，金口河城区基本不受溃堰洪水影响；对下游居民区和地物敏感点调查分析，溃堰洪水将导致下游临河部分房屋、永和镇小学等4个敏感点部分或全部淹没。

4.2 应急措施

枕头坝二级水电站施工期间应制定超标洪水应急预案，保证施工期不发生被动溃堰，预案应包括(不限于)以下应急措施：

1)建立水情预报系统，根据上游水文站实测洪水，预报坝址处洪水，监测入库洪水；加强围堰的安全监测，定期检查围堰是否透水，如发现渗漏或管涌现象，要及时修补围堰[5]。

2)预计将发生超标准洪水时，及时撤出基坑、下游河道人员和机械设备，并根据上游水位、洪水涨势，实施应急措施：对基坑进行预充水，主动将上下游土石围堰挖开缺口分流，并对围堰过流面进行防冲保护等。

3)预计将发生超标准洪水时，迅速通知下游可能受影响的各村镇、社区，迅速把人员、财产转移到地势相对较高的避难场所，保证人民的生命和财产安全。

4)上游具有调蓄功能的瀑布沟水电站由本工程建设单位负责管理，在枕头坝二级水电站施工期间，上游已建梯级水电站进行积极调蓄和控泄。

5)针对导流一期发生超标准洪水，应做好围堰迎水侧堰坡和右岸岸坡的防冲保护，汛前应进行检查和必要的加固，确保围堰和岸坡稳定；针对导流二期超发生标准洪水，应及时主动破堰，将上下游土石围堰左端开挖缺口参与泄洪，缺口宽度不小于40 m(对应1～2号泄洪闸坝段宽度)，缺口底高程根据围堰上游水位、缺口分流量以及实际施工条件综合确定。

5 结 语

综合考虑枢纽布置、地形地质条件和水文特征等特性，通过施工导流模型试验研究和溃堰洪水计算分析，形成枕头坝二级水电站施工导流规划与设计的主要成果：

1)坝址附近不宜布置导流洞，考虑后期利用泄洪闸过流能力大特点，选用分两期束窄河床导流方式，围堰全年挡水，导流标准为全年10年一遇，洪水流量为6 140 m3/s。

2)导流方案选用一期围3孔泄洪闸方案，分两期施工，一期由纵向土石围堰挡水，施工左岸3孔泄洪闸、左岸重力坝和纵向混凝土围堰，右岸束窄河道过流；二期由纵向混凝土围堰和二期上下游全年土石围堰挡水，施工右岸厂房、右岸重力坝和河床中间剩余2孔泄洪闸，左岸已完建3孔泄洪闸过流。

3)围堰布置偏向于左岸河床漫滩，减少侵占原河道范围，降低围堰高度和岸边防护难度，土石围堰防渗和迎水侧堰坡防护措施合适，混凝土围堰结构型式和覆盖层基础处理合理，有效降低了导流工程投资。

4)坝址距离金口河城区近，为确保施工期城市防洪安全，针对各施工期分析超标准洪水对下游敏感点影响，并提出相应的工程应急措施。