龍虎山水電站施工導(dǎo)流方案優(yōu)化

柴 偉，周立軍

(1.黑龍江省水利第二工程處，哈爾濱150302;2.青岡縣水務(wù)局，黑龍江青岡151600)

龍虎山水電站位于牡丹江下游，黑龍江省林口縣境內(nèi)，距上游已建的蓮花水電站29 km。龍虎山水電站(原名二道溝水電站)是一座河床式水電站，其主要任務(wù)是以發(fā)電為主，并承擔(dān)防洪、灌溉等任務(wù)。水庫總庫容4 513×104m3，正常蓄水位154 m，電站裝機(jī)5臺(tái)，單機(jī)4×15.375+3.5 MW，電站總裝機(jī)容量為65 MW，多年平均發(fā)電量1.25×108kW·h，保證出力9.0 MW。項(xiàng)目建設(shè)包括樞紐工程、移民工程、水保工程、環(huán)保工程等內(nèi)容，工程建成后與蓮花電站同步運(yùn)行，共同承擔(dān)黑龍江省電網(wǎng)的調(diào)峰和事故備用等任務(wù)。工程項(xiàng)目概算總投資95 789萬元，其中，靜態(tài)投資85 230萬元，動(dòng)態(tài)投資10 559萬元。樞紐工程投資約46 658萬元人民幣，建設(shè)征地和移民補(bǔ)償費(fèi)用投資約19 577萬元。

龍虎山水電站建設(shè)需要修建臨時(shí)的導(dǎo)流建筑物，以保護(hù)大壩施工，防止或減少大壩建成前洪水造成的損失。導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流方案的選擇尤為重要，既要兼顧安全和經(jīng)濟(jì)兩方面的要求，又要做到切實(shí)可行，因此，龍虎山水電站導(dǎo)流建筑物在施工前進(jìn)行了多方案比選，做到了方案優(yōu)化。

1 導(dǎo)流時(shí)段劃分及導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

由于龍虎山水電站上游29 km處有蓮花水電站調(diào)節(jié)，龍虎山水電站壩址的導(dǎo)流時(shí)段劃分為汛期和非汛期。根據(jù)《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180－2003)和《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5329－2007)的規(guī)定，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為大汛5 a重現(xiàn)期洪水。龍虎山水庫上游建有蓮花電站，因此施工洪水并非單純的天然洪水，而是由蓮花水庫及電站機(jī)組發(fā)電流量與蓮花壩址～龍虎山壩址區(qū)間洪水流量疊加而成。

根據(jù)對(duì)蓮花水庫1998年建成以來的水庫運(yùn)行資料分析以及蓮花壩址至龍虎山壩址間的流域面積只占龍虎山壩址全流域面積的1.3%的實(shí)際情況分析，龍虎山水庫的施工洪水受蓮花水電站發(fā)電流量控制。蓮花水電站是黑龍江電網(wǎng)的主要調(diào)峰電源，其機(jī)組滿發(fā)時(shí)下泄流量為1 354 m3/s。

龍虎山壩址洪水流量見表1。

表1 龍虎山壩址、區(qū)間大汛洪水流量表

根據(jù)國內(nèi)已建成的在松花江豐滿大壩下游建設(shè)的豐滿發(fā)電廠永慶反調(diào)節(jié)水庫工程和位于河南省洛陽市以北的黃河干流上的黃河小浪底水利樞紐的配套工程西霞院反調(diào)節(jié)水庫工程等的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在上游有已建成的大型水庫工程情況下，地處下游的工程其施工導(dǎo)流流量均有所減小。

經(jīng)過分析比較，并依據(jù)國內(nèi)已有工程實(shí)例，綜合考慮導(dǎo)流工程量及工程投資等因素，確定龍虎山水電站的施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為:蓮花水電站機(jī)組發(fā)電滿發(fā)流量(Q=1 354 m3/s)與蓮花壩址 ～龍虎山壩址區(qū)間大汛5 a重現(xiàn)期洪水(Q= 210 m3/s)相疊加，其設(shè)計(jì)流量為1 564 m3/s。

2 度汛標(biāo)準(zhǔn)及流量

由于龍虎山水電站工程二期圍堰需擋水發(fā)電，根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5397－2007)的規(guī)定，度汛的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為10～20 a重現(xiàn)期洪水，壩體施工期臨時(shí)度汛洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為大汛10 a重現(xiàn)期洪水，相應(yīng)洪峰流量為5 490 m3/s。

龍虎山水庫上游的蓮花水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，具有一定的洪水調(diào)節(jié)能力，而龍虎山水庫庫容又相對(duì)較小(水庫總庫容4 513×104m3)，根據(jù)這一實(shí)際情況，確定圍堰度汛標(biāo)準(zhǔn)仍為蓮花水電站下泄流量與蓮花壩址～龍虎山壩址區(qū)間大汛5 a重現(xiàn)期洪水(Q=210 m3/s)相疊加，其流量為1 564 m3/s。超出這一流量即基坑過水。

3 導(dǎo)流方案比選

根據(jù)水工建筑物的布置及地形、地質(zhì)條件，施工前進(jìn)行了兩個(gè)導(dǎo)流方案的比較。

3.1 方案一(一次攔斷河床、明渠導(dǎo)流方案)——簡稱明渠導(dǎo)流方案

該方案一期導(dǎo)流明渠靠近右岸山坡，明渠底寬為70 m，布置在右岸擋水壩段。一期圍堰幾乎攔斷整個(gè)河床，一期工程進(jìn)行左岸擋水壩段、發(fā)電廠房、泄洪閘壩段的施工。二期施工導(dǎo)流修筑二期導(dǎo)流圍堰，利用建成的泄洪閘泄流，二期工程單一僅為明渠段右岸擋水壩段的施工。

該導(dǎo)流方案的主體工程工期為34個(gè)月，工程準(zhǔn)備至第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為40個(gè)月，工程總工期為48個(gè)月。導(dǎo)流工程估算投資約為4 068萬元。

3.2 方案二(分期明渠導(dǎo)流方案)——簡稱分期導(dǎo)流方案

該方案一期導(dǎo)流明渠位于河灘地上，布置在右岸泄洪閘及擋水壩段，一期圍堰僅攔斷主河床，一期工程進(jìn)行左岸擋水壩段、發(fā)電廠房、部分泄洪閘壩段的施工。二期施工導(dǎo)流修筑縱向混凝土圍堰、上、下游圍堰，利用建成部分的泄洪閘泄流，二期工程進(jìn)行剩余泄洪閘及右岸擋水壩段的施工。

該方案的主體工程工期為33個(gè)月，工程準(zhǔn)備至第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為39個(gè)月，工程總工期為47個(gè)月。導(dǎo)流工程估算投資約為3 680萬元。

3.3 導(dǎo)流方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

從上述方案比較可以看出兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

1)明渠導(dǎo)流:該方案導(dǎo)流程序簡單，導(dǎo)流建筑物風(fēng)險(xiǎn)度較小，主河床壩體不必分期施工，不必在泄洪閘中間設(shè)置過渡壩段，主體工程施工進(jìn)度有保證。缺點(diǎn)是準(zhǔn)備工程工期短，導(dǎo)流明渠開挖工程量相對(duì)較大，施工時(shí)間緊，強(qiáng)度大。

2)分期導(dǎo)流:此方案的優(yōu)點(diǎn)是施工準(zhǔn)備期相對(duì)充足一些，一期拓寬河道開挖量與明渠導(dǎo)流比相對(duì)較少，施工強(qiáng)度低。但此方案導(dǎo)流程序相對(duì)復(fù)雜，二期基坑內(nèi)的施工項(xiàng)目工期較緊，先期發(fā)電需要采用二期圍堰擋水。

從工期上看，兩個(gè)方案的第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行時(shí)間相差兩個(gè)月，分別為第四年4月末和5月末，總工期隨之也差1個(gè)月。

從投資上看，明渠導(dǎo)流方案的導(dǎo)流工程投資高于分期導(dǎo)流方案的導(dǎo)流工程投資約408萬元。

經(jīng)以上綜合分析并根據(jù)本工程的實(shí)際情況，考慮導(dǎo)流工程量、工期及工程投資等綜合因素，選取分期導(dǎo)流方案。

4 選取方案的導(dǎo)流及度汛方式

4.1 導(dǎo)流方式

根據(jù)選定的導(dǎo)流方案，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，施工導(dǎo)流方式采用分期導(dǎo)流方式。

一期工程即在圍堰保護(hù)下進(jìn)行左岸擋水壩段、廠房、9個(gè)泄洪閘及導(dǎo)流圍堰連接的壩段(#20壩段)和二期縱向混凝土圍堰的施工。在此期間，江水由在右岸灘地?cái)U(kuò)挖的明渠通過。

一期工程完成后，進(jìn)行二期工程施工。即在圍堰保護(hù)下進(jìn)行右岸的8孔泄洪閘和右岸擋水壩段的施工。

4.2 導(dǎo)流程序

首先于施工準(zhǔn)備期的第一年3～9月在右岸一級(jí)臺(tái)地上進(jìn)行拓寬河床開挖，開挖寬度為65 m，并于汛后9月份進(jìn)行圍堰修筑，于10月末完成圍堰的基礎(chǔ)防滲處理工作。圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)為1 564 m3/s。第一年10月起至第三年9月，在圍堰保護(hù)下進(jìn)行9孔泄洪閘、發(fā)電廠房和左岸擋水壩(#14～#23壩段)的施工，同時(shí)進(jìn)行作為連接混凝土縱向圍堰的#20壩段和混凝土縱向圍堰施工。第二年和第三年大汛由一期圍堰擋水，拓寬后的河床(即導(dǎo)流明渠)過流。

第三年大汛后，進(jìn)行截流，并修建二期圍堰。二期圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)也為龍虎山水電站初期發(fā)電水位149.20 m，江水由已建成的#15～#19泄洪閘壩段通過。第三年11月開始至第四年11月，在二期圍堰保護(hù)下，進(jìn)行溢流壩和右岸擋水壩段(#1～#13壩段)施工。同時(shí)廠房在進(jìn)出水口閘門的保護(hù)下進(jìn)行機(jī)電設(shè)備安裝工程施工。當(dāng)?shù)谒哪?月末第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行時(shí)，由二期圍堰擋水發(fā)電，擋水水位為高程149.20 m(機(jī)組初期運(yùn)行水位)。泄洪閘(#10～#13)壩段和右岸擋水壩段繼續(xù)進(jìn)行施工，直至第四年11月末施工結(jié)束。二期圍堰于第四年12月拆除。

第三年大汛后一期圍堰拆除后，廠房由其進(jìn)出水口閘門擋水，廠房工程繼續(xù)施工。至第四年4月末開始，二期圍堰攔擋電站初期運(yùn)行水位149.20 m，第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，后續(xù)機(jī)組至當(dāng)年12月末機(jī)組全部投入運(yùn)行。

5 結(jié)語

施工導(dǎo)流在水利工程建設(shè)中起著關(guān)鍵性作用，它直接影響工程建設(shè)周期的長短。因此進(jìn)行多方案比較，優(yōu)選合理的施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，可以在確保工程建設(shè)順利進(jìn)行的同時(shí)使工程早日產(chǎn)生效益。龍虎山水電站通過對(duì)兩種施工導(dǎo)流方案從工期、投資、水力學(xué)條件等方面進(jìn)行全面的分析，進(jìn)一步比較，最終確定導(dǎo)流方案，目前工程施工導(dǎo)流按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)流方案實(shí)施，工程進(jìn)展順利。

［1］ 中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.龍虎山水電站可行性研究報(bào)告［R］.長春:中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，2001.

［2］ 毛寨漢.施工導(dǎo)流方案決策原理與方法研究［D］.天津:天津大學(xué)，2003.

［3］ 胡志根，劉全，賀昌海.水利水電工程施工初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)決策研究［J］.北京:中國工程科學(xué)，2001.

［4］ 朱張華.水電站施工導(dǎo)流及洪水控制研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2006.