陳義軍，任金明，呂國(guó)軒

（華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

龍開口水電站導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

陳義軍，任金明，呂國(guó)軒

（華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州，310014）

龍開口水電站采用全年擋水圍堰、左岸明渠的導(dǎo)流方案。導(dǎo)流明渠與左岸擋水壩段結(jié)合設(shè)置，導(dǎo)流明渠底孔和上部缺口聯(lián)合過流。

導(dǎo)流明渠；施工導(dǎo)流；導(dǎo)流底孔；缺口；龍開口水電站

1 概述

1.1 工程概況

龍開口水電站位于云南大理州與麗江市交界的鶴慶縣朵美鄉(xiāng)龍開口村金沙江中游河段上，電站為一等大（1）型水電工程。樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、河床泄洪建筑物、右岸壩后廠房、沖沙底孔、廠壩間升壓開關(guān)站、兩岸灌溉取水口等建筑物組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高116.0 m，總裝機(jī)容量1 800 MW。上游龍盤水庫投運(yùn)前、后，多年平均發(fā)電量分別為74.59億kW·h和82.70億kW·h。

1.2 水文條件

壩址區(qū)控制流域面積約24.0×104km2，多年平均年徑流量533×108m3，多年平均流量1 690 m3/s。壩址河段徑流量主要來自降雨，并有融雪補(bǔ)給，徑流豐沛穩(wěn)定，洪水主要由暴雨形成，洪枯流量相差懸殊。洪水發(fā)生在6～10月的汛期，主汛期為7～9月，洪峰頻次出現(xiàn)最多在8月份。11月～次年5月為枯水期，其中又以11月～次年3月為穩(wěn)定枯水期。

1.3 地形地質(zhì)條件

金沙江自北向南流經(jīng)壩址，壩區(qū)內(nèi)河道順直，河谷較為開闊，河谷岸坡左陡右緩，為不對(duì)稱的“U”型寬谷，主流靠左側(cè)。壩址區(qū)兩岸山體雄厚，河谷地形較開闊。河床覆蓋層較薄，右岸近江臺(tái)地覆蓋層厚10.0～40.0 m。壩址區(qū)基巖為二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2β）玄武巖、燕山期煌斑巖脈及正長(zhǎng)斑巖侵入體，高高程見黑泥哨組（P2h）灰?guī)r和砂巖，第四系松散堆積物主要分布在壩址區(qū)右岸臺(tái)地。

2 施工導(dǎo)流規(guī)劃

根據(jù)壩址處的地形地質(zhì)條件、工程布置特點(diǎn)、金沙江水文特性，工程采用全年擋水圍堰、左岸明渠導(dǎo)流的方式。導(dǎo)流程序分三期。一期導(dǎo)流在左岸導(dǎo)流明渠進(jìn)、出口設(shè)置圍堰，進(jìn)行導(dǎo)流明渠的施工；同時(shí)在右岸臺(tái)地布置廠房臨時(shí)圍堰，進(jìn)行廠房及廠房壩段的施工，來水由束窄的河床泄流。二期導(dǎo)流在大壩上、下游填筑主圍堰，進(jìn)行河床和右岸大基坑內(nèi)的大壩和廠房施工，來水由導(dǎo)流底孔及其頂部缺口聯(lián)合泄流。三期導(dǎo)流大壩澆筑高度已超過上、下游主圍堰，拆除上、下游主圍堰，由大壩臨時(shí)斷面擋水，上游來水由導(dǎo)流底孔、沖沙底孔、泄洪中孔及溢流表孔聯(lián)合泄流。導(dǎo)流底孔封堵時(shí)，上游來水由永久泄洪建筑物泄流。

本工程為一等大（1）型，主要永久建筑物為1級(jí)建筑物。根據(jù)DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》，主要導(dǎo)流建筑物（廠房臨時(shí)圍堰、上下游主圍堰、導(dǎo)流明渠）為4級(jí)臨時(shí)建筑物，次要導(dǎo)

流建筑物（導(dǎo)流明渠施工圍堰、導(dǎo)流底孔封堵圍堰等）為5級(jí)臨時(shí)建筑物。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流程序見表1。

3 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)流明渠規(guī)模選擇

根據(jù)導(dǎo)流明渠所在的地形及地質(zhì)條件，為減小明渠的開挖量和避免開挖高邊坡，同時(shí)結(jié)合導(dǎo)流底孔壩段和明渠導(dǎo)墻的布置，擬定上游引水渠和下游泄水渠的底寬為40 m。壩址處枯水期常水位約為1 218.0 m，考慮截流難易及明渠內(nèi)水流流態(tài)，擬定導(dǎo)流明渠進(jìn)口高程為1 216.0 m，出口高程為1 213.5 m?？紤]河床截流難度、上游圍堰的規(guī)模、底孔下閘、封堵等條件并參考類似工程，導(dǎo)流底孔的尺寸擬定10 m×14 m（寬×高）。

導(dǎo)流底孔底板高程直接影響上游圍堰的高度、河床截流的難度、導(dǎo)流工程的投資等，為確定導(dǎo)流底孔和缺口的適宜高程，對(duì)不同高程的布置方案進(jìn)行了比較，成果見表2。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇底孔底板高程1 214.5 m、缺口高程1 235.0 m。

為確定適宜的缺口寬度和底孔數(shù)量，根據(jù)樞紐布置及導(dǎo)流明渠下游泄水渠的布置情況，對(duì)不同寬度的缺口和底孔數(shù)量的布置方案進(jìn)行了比較，成果見表3。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇缺口寬40 m、2個(gè)底孔作為二期導(dǎo)流階段的泄流建筑物。

3.2 導(dǎo)流明渠布置

導(dǎo)流明渠布置在左岸臺(tái)地上，設(shè)計(jì)底寬40.0 m。明渠全長(zhǎng)952.94 m，其中上游引水渠段長(zhǎng)385.03 m，與壩體結(jié)合段長(zhǎng)75.63 m，下游泄水渠段長(zhǎng)492.28 m，上游段設(shè)計(jì)底坡為0.75%，下游段設(shè)計(jì)底坡為0.31%。明渠進(jìn)口高程1 216.00 m，與壩體結(jié)合段高程1 214.50 m，出口高程1 213.50 m。

導(dǎo)流明渠過壩段設(shè)2個(gè)導(dǎo)流底孔，布置在左岸6號(hào)、7號(hào)擋水壩段，斷面形狀為矩形，斷面尺寸10 m×14 m（寬×高），底孔底高程1 214.50 m。明渠底孔上部預(yù)留的缺口寬40 m，缺口底高程為1 235.00 m，缺口兩側(cè)的導(dǎo)墻（5號(hào)、8號(hào)擋水壩段）高程為1 260.00 m。導(dǎo)流明渠布置見圖1。

3.3 導(dǎo)流明渠底板襯砌設(shè)計(jì)

根據(jù)導(dǎo)流水力計(jì)算和模型試驗(yàn)成果，當(dāng)設(shè)計(jì)流量為10 800 m3/s時(shí)，明渠引水渠內(nèi)平均最大流速為5.17 m/s，下游泄水渠內(nèi)的平均最大流速19.4m/s。為確保導(dǎo)流明渠的安全，明渠底板及內(nèi)側(cè)開挖邊坡在其設(shè)計(jì)水位以下均采用鋼筋混凝土襯砌，左側(cè)邊坡采用系統(tǒng)錨噴＋貼坡混凝土支護(hù)。上游段底板襯砌厚度0.35 m，配單層筋；與壩體結(jié)合段襯砌厚度4.0 m；下游段底板襯砌厚度1.0～1.5 m，設(shè)置雙層筋和錨筋。導(dǎo)流明渠底板結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C9020。

表1 施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流程序表Table 1 Standards and procedure of construction diversion

表2 導(dǎo)流底孔和缺口底板不同高程指標(biāo)比較表Table 2 Comparison of the indexes as different elevations of the bottom outlet and the bottom plate of the notch

表3 不同缺口寬度和不同底孔個(gè)數(shù)泄流水力指標(biāo)比較表Table 3 Comparison of the hydraulic indexes in water discharge as different width of the notch and the different number of bottom outlet

圖1 導(dǎo)流明渠平面布置圖Fig.1 The plane of the diversion channel

3.4 導(dǎo)流明渠導(dǎo)墻設(shè)計(jì)

導(dǎo)流明渠右側(cè)設(shè)置縱向?qū)?，其基礎(chǔ)坐落在靠河床側(cè)不同高程的開挖基巖上，采用重力式混凝土結(jié)構(gòu)。導(dǎo)墻全長(zhǎng)643.0 m，頂寬3～4 m。導(dǎo)墻沿程分三段：上游引水渠段、壩體結(jié)合段和下游泄水渠段。

導(dǎo)墻上游引水渠段長(zhǎng)273.0 m，最大墻高46.0 m。導(dǎo)墻頂高程根據(jù)明渠內(nèi)的水面線、地形地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，樁號(hào)壩上0-273.00 m～壩上0-226.00 m、壩上0-226.00m～壩上0-182.00m、壩上0-182.00 m～壩上0-0.00 m段的頂高程分別為1 237.00 m、1 245.00 m、1 260.00 m。導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)坡（明渠側(cè)）直立，外側(cè)坡（河床側(cè)）1∶0.5。

導(dǎo)墻與壩體結(jié)合段長(zhǎng)89.5 m。樁號(hào)壩下0+ 000.00 m～壩下0+066.065 m為8號(hào)壩段。樁號(hào)壩下0+066.065 m～壩下0+089.50 m頂高程1 250.00 m，最大墻高37.5 m，內(nèi)側(cè)坡直立，外側(cè)坡1∶0.6。

導(dǎo)墻下游泄水渠段長(zhǎng)280.50 m，最大墻高30.0 m。樁號(hào)壩下0+298.00 m～壩下0+322.00 m段（跨明渠交通橋段）導(dǎo)墻頂高程1 240.00 m，其他

部位的導(dǎo)墻頂高程均為1 235.00 m。導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)坡直立，外側(cè)坡1∶0.6。

導(dǎo)流明渠導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C9020。

圖2 導(dǎo)流明渠上游段導(dǎo)墻剖面圖（樁號(hào)壩上0-170）Fig.2 Profile of the guide wall in upstream section of diversion channel

圖3 導(dǎo)流明渠下游段導(dǎo)墻剖面圖（樁號(hào)壩下0+190）Fig.3 Profile of guide wall in downstream section of diversion channel

3.5 導(dǎo)流底孔及上部缺口設(shè)計(jì)

導(dǎo)流底孔布置在左岸6號(hào)、7號(hào)擋水壩段，6號(hào)、7號(hào)擋水壩段寬20 m，每壩段各設(shè)一個(gè)導(dǎo)流底孔。底孔過流控制斷面尺寸為10 m×14 m（寬×高），孔底高程1 214.50 m，頂高程為1 228.50 m，底板厚4.0 m，缺口頂板厚6.0 m，底孔兩側(cè)側(cè)墻厚5.0 m。為保證底孔過流時(shí)具有良好的水流條件，導(dǎo)流底孔進(jìn)口段側(cè)面、頂面采用橢圓曲面，側(cè)面曲線方程為：，頂面曲線方程為：導(dǎo)流底孔設(shè)有底孔封堵門槽及廊道封堵鋼閘門、鋼板門等設(shè)施。

導(dǎo)流底孔結(jié)構(gòu)1 235.00 m以上預(yù)留缺口，缺口寬40 m。在洪水流量較小時(shí)，明渠水流從底孔過流；洪水流量較大時(shí)，明渠水流從底孔和頂部缺口聯(lián)合過流。

導(dǎo)流底孔采用底孔不分縫的整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式。導(dǎo)流底孔結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，過流面混凝土為厚60 cm、強(qiáng)度等級(jí)為C30的常態(tài)混凝土。

4 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 導(dǎo)流明渠整體布置優(yōu)化

根據(jù)導(dǎo)流明渠斷面模型試驗(yàn)成果，對(duì)導(dǎo)流明渠的布置即時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整后，導(dǎo)流明渠內(nèi)的水流歸槽條件得到較好的改善，右岸回流流速已經(jīng)在6.5 m/s之下，不會(huì)對(duì)右岸產(chǎn)生淘刷危險(xiǎn)；導(dǎo)流明渠進(jìn)口處水流比較平順，未對(duì)上游圍堰坡腳產(chǎn)生沖刷；底孔過流的流態(tài)條件較好。

4.2 導(dǎo)流明渠導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)體型優(yōu)化

（1）根據(jù)導(dǎo)流明渠模型試驗(yàn)成果，對(duì)上、下游段明渠內(nèi)水面線進(jìn)行復(fù)核和對(duì)上游圍堰堰面的抗沖進(jìn)行分析研究，將導(dǎo)流明渠上游段樁號(hào)壩上0-226.00 m～壩上0-273.00 m段導(dǎo)墻頂高程由原設(shè)計(jì)的1 245.0 m降低至1 237.0 m。

（2）導(dǎo)流明渠開工后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際混凝土系統(tǒng)的生產(chǎn)能力及砂石骨料的供料能力，導(dǎo)流明渠導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)由碾壓混凝土改為常態(tài)混凝土，導(dǎo)墻頂寬由原設(shè)計(jì)5.0～8.0 m減小到3.0～4.0 m，下游段導(dǎo)墻外側(cè)坡比由1∶0.75調(diào)整為1∶0.6。

（3）導(dǎo)流明渠上游段導(dǎo)墻實(shí)際開挖揭露的地質(zhì)條件較原勘探的要好，通過地質(zhì)跟蹤和分析，將該段導(dǎo)墻的建基面高程由1 214.65 m統(tǒng)一抬高至1 230.00 m。

4.3 導(dǎo)流明渠底板設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）根據(jù)明渠引水渠現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的地質(zhì)，結(jié)合模型試驗(yàn)成果，考慮導(dǎo)流明渠上游引水渠內(nèi)的流速較小，取消上游引水渠樁號(hào)壩上0－234.5 m～0-030.0 m段底板襯砌混凝土，僅對(duì)壩上0-030.0 m～壩下0+405.63 m段明渠底板進(jìn)行混凝土襯砌。

（2）根據(jù)明渠下游引水渠現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的基巖地質(zhì)情況，考慮泄水渠下游段地質(zhì)條件較好，將樁號(hào)壩下0+305.63～0+405.63段底板混凝土襯砌厚度由原設(shè)計(jì)的1.5 m優(yōu)化為1.0 m。

通過上述優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少石方開挖2.6萬m3，減少混凝土澆筑7.7萬m3，對(duì)工程投資進(jìn)行了有效控制。

5 導(dǎo)流明渠運(yùn)行情況

導(dǎo)流明渠于2008年1月開始修建，2009年1月中旬工程截流，導(dǎo)流明渠開始過流。導(dǎo)流明渠內(nèi)的缺口壩段于2011年11月開始封堵，導(dǎo)流底孔于2012年11月下閘封堵，導(dǎo)流明渠停止過流。

導(dǎo)流明渠實(shí)際運(yùn)行約4年，共經(jīng)歷4個(gè)汛期，導(dǎo)流底孔、上部缺口和導(dǎo)流明渠內(nèi)流態(tài)平穩(wěn)。每年最大過流量均出現(xiàn)在汛期7～8月，其中，最大過流量發(fā)生在2009年，過流量7 020 m3/s（8月15日）。每年汛后檢查導(dǎo)流明渠均完好無損，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)基本吻合。

6 結(jié)語

（1）導(dǎo)流布置結(jié)合樞紐布置永臨結(jié)合，工程量和投資相對(duì)最省。

（2）施工過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際開挖揭露的地質(zhì)條件，動(dòng)態(tài)調(diào)整導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)，可降低工程投資?！隽酥匾獏⒖肌?■

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收稿日期：2014-07-28

作者簡(jiǎn)介：陳義軍（1974-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，高級(jí)工程師，主要從事水電工程施工組織設(shè)計(jì)。

Water retaining cofferdam all the year and open channel on the left bank is selected for diver?sion of Longkaikou hydropower station.By combination of open channel with the water retaining dam sec?tion on left bank,water would be discharged from the bottom outlet of open channel and the upper notch.

diversion channel;construction diversion;diversion bottom outlet;notch;Longkaikou hy?dropower station

TV551.1

B

1671-1092（2014）05-0022-04

2013-10-21

雷紅軍（1982-），男，博士，高級(jí)工程師，主要從事高土石壩工程的設(shè)計(jì)與科研工作。

Title:Design of diversion channel of Longkaikou hydropower station//by CHEN Yi-jun,REN Jin-ming and LV Guo-xuan//Huadong Engineering Corporation