两河口水电站分流围堰的设计研究

工程概况

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中下游梯级电站的“龙头水库”，坝址位于庆大河河口以下约1.8km河段上，控制流域面积约65599km2，坝址处多年平均流量664m3/s，水库正常蓄水位为2865.00m，相应库容101.54亿m3，死水位2785.00m，相应库容35.94亿m3，水库具有多年调节能力。

两河口水电站为一等大（1）型工程，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为1级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时建筑物为3级建筑物。挡水建筑物为砾石土心墙堆石坝，坝顶高程2875.00m，最大坝高295m，坝顶宽度16m；泄洪建筑物均布置在左岸，从左至右分别为深孔泄洪洞、放空洞、漩流竖井泄洪洞和洞式溢洪道；引水发电建筑物布置在右岸，由进水口、压力管道、主厂房、副厂房、主变室、开关站、尾水调压室、尾水洞等组成，采用“单机单管”的引水型式和“三机一室一洞”的尾水系统布置格局。电站装机容量3000MW，多年平均发电量110.75亿kW•h。

两河口水电站初期导流施工期设计导流流量为5230m3/s，采用断流围堰基坑全年施工、隧洞导流的导流方式。上、下游围堰均采用土石围堰。上游围堰防渗采用堰面土工膜接塑性混凝土防渗墙，并在墙下基岩透水率>10Lu的部位设置一排帷幕灌浆，围堰堰顶宽12m，上游坡比采用1：2.5，下游坡比为1：1.9，最大堰高约64.5m；下游围堰防渗采用心墙土工膜接塑性混凝土防渗墙，并在墙下基岩透水率>10Lu的部位设置一排帷幕灌浆，围堰堰顶宽12m，上、下游坡比均采用1：2.5，最大堰高约24.5m。两条初期导流洞布置在右岸，断面尺寸均为12×14m（城门洞型，宽×高），进口底板高程均为2600.00m，两条导流洞分别长约1724.654m、1983.513m，下游部分洞段均与电站尾水洞结合。

两河口水电站施工总工期为125个月（不含筹建工期）。筹建工期安排36个月；准备期从第一年1月～第三年10月底结束，工期34个月；主体工程施工期从第三年11月～第九年9月，工期为71个月；完建期为20个月。

2 分流围堰设置的必要性与设计原则

2.1 分流围堰设置的必要性

根据两河口水电站建设总进度安排及主体工程施工进度计划，大坝坝肩、电站进水口和开关站、岸泄水建筑物进出口开挖工程计划提前于上、下游围堰工程开工。由于两河口水电站大坝坝肩、电站进水口和开关站、岸泄水建筑物进出口开挖施工面多、广，并相对分散，开挖区因地形陡峻无法布置开挖出渣通道，开挖石渣只能推渣下河，无法满足环保、水保的相关要求。经综合分析研究，初期导流洞过流后，汛前仅完成上、下游围堰部分堰体并进行适当保护形成分流围堰，可形成河床集渣平台，以满足开挖出渣的各方面要求，并且可为上、下游围堰防渗墙的施工争取一定工期，从而可有效缓解上、下游围堰工期紧张的状况，确保围堰度汛安全。

2.2 分流围堰的设计原则

分流围堰主要拦挡电站进水口、开关站、坝肩及左岸泄水建筑物出口开挖滚落至河床的石渣，避免水土流失。经综合分析，其设计的主要原则有：

（1）分流围堰应具有一定的拦渣库容，以拦挡开挖滚落河床的石渣。

（2）上、下游分流围堰应分别与上、下游挡水围堰结合布置，减少后续围堰填筑工程量。

（3）上、下游分流围堰由于施工时段预计为3月~5月，由于施工时段短，围堰防护工程量较大，填筑高度不宜太高。

（4）上、下游分流围堰高度及水位应考虑分流后堰前洪水水位低于现有雅新公路的高程：2625~2660m，以保护现有公路的通行。

（5）根据移民的要求，上游分流围堰堰前水位不能超过仅导流洞过5年一遇洪水流量时的堰前水位：2631.6m。

3 分流围堰方案比选

考虑到本工程分流围堰仅使用两个汛期，且基坑中无永久建筑物，基坑淹没过流不会造成较大损失，分流围堰级别按5级考虑。根据《水电工程施工组织设计规范》（DL/T5397-2007）及工程附近水文站共59年的实测年最大洪峰流量资料，本工程分流围堰过流保护设计标准按10年一遇考虑，相应流量为4140 m3/s，在59年中实测年最大洪峰流量的第4、5大流量（4390m3/s、3980m3/s）之间，围堰安全保证率约为90％。

根据上述设计原则，初拟分流围堰拦挡洪水流量标准控制在5年一遇洪水流量以下。另外考虑到导流洞在进口水位高程2614m以上时，导流洞过流流态为半有压流或有压流，导流洞泄洪能力较无压流过流时要差，故分流围堰堰顶高程尽量选择在高程2614m以下。

综上，根据两河口水电站坝址处分期设计洪水及实测汛期洪水资料，对上游分流围堰顶高程初拟如下4个方案进行比选：

方案一：堰顶高程2608m，拦挡流量751m3/s（枯期11月10年一遇洪水流量）；

方案二：堰顶高程2611m，拦挡流量1170m3/s（汛期多年平均洪水流量）；

方案三：堰顶高程2614m，拦挡流量2000m3/s；

方案四：堰顶高程2622.2m，拦挡流量2820m3/s（汛期2年一遇洪水流量）。

各方案综合比较见下表：

各方案综合比较表

表1

项目 方案一 方案二 方案三 方案四

挡水设计流量（m3/s） 751 1170 2000 2820

上游分流围堰顶高程（m） 2608 2611 2614 2622.2

上游分流围堰最大高度（m） 16.8 19.8 22.8 31

过流保护设计流量（m3/s） 4140 4140 4140 4140

上游分流围堰上游设计水位（m） 2615.02 2616.96 2618.88 2625.61

导流洞分流量（m3/s） 1980 2376 2791 3207

基坑分流量（m3/s） 2160 1764 1349 933

总落差（m） 1.51 3.45 5.37 12.1

上游分流围堰分担落差（m） 0.83 2.18 3.13 6.5

下游分流围堰分担落差（m） 0.68 1.27 2.24 5.6

上游分流围堰过流宽度（m） 82 85.5 88.2 104.6

上游分流围堰单宽流量（m3/s） 26.35 20.63 15.29 8.92

上游分流围堰堰顶平均流速（m/s） 3.75 346 3.13 2.61

上游分流围堰堰顶最大流速（m/s） 6.37 5.87 5.31 4.44

上游分流围堰堰面最大流速（m/s） 7.45 7.90 8.44 11.13

上游分流围堰单宽功率（t.m/s.m） 21.85 45.02 47.89 58.02

上游分流围堰总填筑工程量（m3） 84600 93560 111100 217330

上游分流围堰过流保护工程量（m3） 9300 11160 12900 22730

下游分流围堰总填筑工程量（m3） 35690 44600 58610 193460

下游分流围堰过流保护工程量（m3） 8090 9000 10610 28160

根据近5个半汛期的实测日最大流量统计分析的挡水保证率 13.6％ 57.9％ 91.1％ 98.5％

综合比较 各方案均可满足环境边坡治理挡渣要求和汛后防渗墙施工要求及移民和地方交通要求。

方案一和方案二分流围堰的挡水保证率约为13.6％和57.9％，过水较为频繁；但分流围堰工程量小、施工强度较小、投资低；

方案三分流围堰的挡水保证率约为91.1％，分流围堰工程量较方案一、二稍大；

方案四分流围堰的挡水保证率约为98.5％；过水工况水位差大，围堰挡水水头大，挡水工况围堰渗流稳定风险大；分流围堰填筑和防护工程量大，在汛前完成填筑和过流保护难度较大，存在较大度汛风险。

方案四围堰高度大，工程量大，施工强度大，存在较大工期风险，过流保护难度大，且投资较高；方案一和方案二水力学指标相对较好，且工程量较省，但方案一和方案二分流围堰的挡水保证率较低，过水较为频繁；方案三水力学指标较方案一略差，与方案二差不多，工程量较方案一、二略大，但分流围堰的挡水保证率较高，约为91.1％。

因此，综合比较，本阶段暂推荐方案三，即上游分流围堰堰顶高程2614m。

4 分流围堰建筑物设计

4.1 上游分流围堰

上游分流围堰推荐采用土石类围堰。按拦挡2000m3/s流量考虑，堰顶高程为2614m，顶宽16m，上下游堰面分别以坡度1：2.5、1：4与河床相连。上游堰面高程2604m以下采用2m厚的抛石护坡，高程2604m以上采用1m厚干砌块石防护。堰顶铺设8m×8m×1m的C25混凝土柔性板。下游堰面高程2604m以上铺设8m×8m×1m的C25混凝土柔性板，混凝土板层与层间用插筋Φ32，L=1m连接，间距2m，相邻混凝土板间用联系筋Φ20，L=2m，间距1m连接，增强整体性并适应变形。混凝土板与堰体石渣填料间设置30cm厚（砂砾料）的垫层。为减小在过水时对混凝土板的扬压力，堰面上的混凝土板设直径50mm的排水孔，间排距2m，梅花形布置。在高程2604m设置20m宽防冲平台，平台以下铺设3m厚的抛石护坡，再用大块石护脚，3~5块石块之间用钢丝绳连成串，以增加其抗冲能力，防护长度40m。上游分流围堰结构见图1。

图1 上游分流围堰结构图

4.2 下游分流围堰

下游分流围堰堰体型式与上游分流围堰相同，均采用土石类围堰。为在度汛标准下分担部分落差考虑，本阶段下游分流围堰顶高程初拟为2611m，顶宽16m，上下游堰面分别以坡度1：2.5、1：4.5与河床相连。上游堰面高程2604m以下采用2m厚的抛石护坡，高程2604m以上采用1m厚干砌块石防护。堰顶铺设8m×8m×1m的C25混凝土柔性板。下游堰面高程2604m以上以一坡到底形式铺设8m×8m×1m的C25混凝土柔性板，混凝土柔性板均采用前后、左右顺缝衔接方式铺设。相邻混凝土板间用联系筋Φ20，L=2m，间距1m连接，增强整体性并适应变形。混凝土板与堰体石渣填料间设置30cm厚（砂砾料）的垫层。为减小在过水时对混凝土板的扬压力，堰面上的混凝土板设直径50mm的排水孔，间排距2m，梅花形布置。在高程2604m设置16m宽防冲平台，平台以下铺设3m厚的抛石护坡，再用大块石护脚，3~5块石块之间用钢丝绳连成串，以增加其抗冲能力，防护长度40m。下游分流围堰结构见图2。

图2 下游分流围堰结构图

4.3 主要工程量

分流围堰主要工程量见表2。

主要工程量表

表2

项 目 单位 上游分流围堰 下游分流围堰

石方堆筑 m3 98200 48000

砼C25面板 m3 4900 3800

钢筋 t 146 115

钢筋石笼 m3 1900 210

大块石护坡及护脚 m3 6100 6600

5 结论

本工程分流围堰的设计方案在随后经过水力学模型试验的验证，各流量下上、下游分流围堰消能效果良好，水跃后流速迅速下降，下堰的堰后河床基本未被冲刷，上、下游分流围堰堰体稳定性均较好，本设计研究可值得类似工程参考借鉴。在实际工程实施时，应根据需要进一步考虑结构体型的优化以节约工程造价；同时，由于汛期将对河床基坑内的石渣进行转运，应加强雨情水情预报，确保施工人员及设备安全；并合理安排工期，及时转运基坑内石渣，避免转运不及时超标准洪水带走石渣。

作者简介：龚华（1981―）男，工程师，从事水电工程设计与管理工作10年，其中5年多主要在两河口工程进行工作。