贛江新干航電樞紐工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

閆世建，徐進(jìn)超

（1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610;2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029）

1 工程概況

新干航電樞紐工程壩址位于江西省吉安市新干縣三湖鎮(zhèn)上游約1.5 km處，上距峽江水利樞紐工程約56 km，是一座以航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電等綜合利用功能的航電樞紐工程。工程從左到右依次為：左岸土壩、船閘、混凝土連接壩段、泄水閘、電站廠房、魚道、右岸土壩。

工程等別為Ⅱ等。泄水閘、船閘擋水部分、廠房、左、右岸接頭壩段按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)。樞紐永久性擋水和泄水建筑物按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核；廠房和船閘作為擋水建筑物的一部分，其設(shè)計(jì)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)與擋水建筑物相同；泄水建筑物下游消能及防護(hù)工程按30年洪水重現(xiàn)期設(shè)計(jì)。

贛州以下贛江中下游的梯級(jí)開發(fā)方案依次為萬安、泰和、石虎塘、峽江、永泰（現(xiàn)名新干）和龍頭山共6個(gè)梯級(jí)。目前，贛州以下河段規(guī)劃的6個(gè)梯級(jí)中，萬安梯級(jí)已于1993年建成運(yùn)行；萬安下一梯級(jí)泰和梯級(jí)（現(xiàn)名井岡山樞紐工程）正在開展前期工作；石虎塘航電樞紐工程于2013年交工驗(yàn)收；峽江水利樞紐工程于2015年建成運(yùn)行；新干航電樞紐工程已開工建設(shè)；龍頭山樞紐工程正在開展前期工作。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 氣象

贛江流域?qū)賮啛釒駶櫄夂?，東亞季風(fēng)區(qū)，一年當(dāng)中的氣候特征是：春夏梅雨多，秋冬降雨少，春秋季較短，冬夏季較長，春寒夏熱，秋涼冬冷，結(jié)冰期短，無霜期及日照時(shí)間長，相對(duì)濕度大，四季變化明顯。

贛江流域多年平均氣溫在 17.2～19.3℃之間，極端最高氣溫41.6℃（宜春站1953年8月16日），極端最低氣溫-14.3℃（豐城站1991年2月29日）。

2.2 水文

贛江流域降水量充沛，流域內(nèi)多年平均降水量在1 300～1 800 mm之間，各站實(shí)測多年平均蒸發(fā)量為1 294～1 765 mm。降水量年內(nèi)分配極不均勻。據(jù)贛江流域各代表站統(tǒng)計(jì)，4～6月多年平均降水量占全年降雨的41%～51%。流域內(nèi)總的降雨趨勢是邊緣山區(qū)大于盆地。

贛江流域暴雨頻繁，根據(jù)流域內(nèi)雨量站的歷年實(shí)測暴雨統(tǒng)計(jì)，最大日暴雨量多出現(xiàn)在4～9月，5～6月以鋒面雨的形式出現(xiàn)使大暴雨更集中，7～9月主要是受臺(tái)風(fēng)影響產(chǎn)生暴雨。與工程施工有關(guān)的水文資料見表1。

3 地形地質(zhì)條件

圍堰布置地段位于河床部位，地形平坦、開闊，地面高程為 23.60～26.00 m，河床砂卵礫石覆蓋層分布廣泛、連續(xù)，厚約 7.50～8.00 m，呈松散～稍密狀，強(qiáng)透水，且滲透穩(wěn)定性差；下伏基巖為Exn2紅層細(xì)碎屑巖和粘土巖，全、強(qiáng)風(fēng)化層厚度約1～2 m，分布不連續(xù)、透水性中等，弱～微風(fēng)化巖屬相對(duì)隔水層，巖面形態(tài)基本平直，巖面高程為 17.60～18.10 m 上下，相對(duì)隔水層（q≤3Lu）頂板高程一般為 14.30～17.00 m （相應(yīng)埋深為 6.00～17.00 m）。堰基可采用天然地基，堰基覆蓋層和基巖全、強(qiáng)風(fēng)化層存在滲漏問題，尤其是河床覆蓋層甚至存在滲透變形問題，須做防滲處理，截滲下限穿過強(qiáng)風(fēng)化基巖面即可，左、右岸圍堰防滲可與堤防防滲墻結(jié)合實(shí)施；此外河床中部的縱向圍堰處覆蓋層抗沖流速約為1 m/s，不能滿足抗沖穩(wěn)定要求，須做臨時(shí)抗沖處理；圍堰基坑開挖還需注意基坑涌水和開挖邊坡穩(wěn)定問題。

表1 新干航電樞紐工程壩址分期設(shè)計(jì)洪水成果表

4 施工導(dǎo)流[1]

4.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

樞紐工程的工程等別為Ⅱ等，電站廠房、泄水閘及船閘等主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，其他次要建筑物級(jí)別為4級(jí)；根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，泄水閘及船閘等主要建筑物的導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，土石結(jié)構(gòu)導(dǎo)流建筑物相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10～5年一遇；由于電站廠房全年圍堰使用年限約2.5年，使用年限介于1.5年～3年，且廠房圍堰失事將直接影響發(fā)電工期，造成較大經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)流建筑物級(jí)別確定為4級(jí)，土石結(jié)構(gòu)導(dǎo)流建筑物相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20～10年一遇。

考慮到壩址河段水文實(shí)測系列長達(dá)57年 （1953～2009年），洪水規(guī)律性明顯，水文資料可靠，參考類似已建及在建工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，泄水閘、船閘上下游引航道及廠房本階段推薦導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為土石結(jié)構(gòu)導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)下限值。即：一期9.5孔泄水閘工程、二期13孔泄水閘工程施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)均選取枯水時(shí)段8月～次年3月5年一遇枯期洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為Q=8 610 m3/s；船閘上下游引航道建筑物的施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯水時(shí)段9月～次年2月5年一遇枯期洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為Q=6 070 m3/s；船閘主體建筑物、電站廠房施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇全年洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為Q=17 800 m3/s。

4.2 導(dǎo)流方式

一期工程分別圍左岸船閘及其相鄰9.5孔泄水閘、右岸電站廠房（含相鄰1.5孔泄水閘），二期工程圍剩余13孔泄水閘。

4.3 施工導(dǎo)流程序

一枯：利用左岸船閘及一期9.5孔泄水閘一枯枯水圍堰以及右岸電站廠房枯水圍堰擋水，兩縱向圍堰（泄水閘縱向枯水圍堰和電站廠房縱向枯水圍堰）之間寬約161 m的原河床明渠導(dǎo)流、通航。船閘結(jié)構(gòu)建筑物工程至少需完成上、下閘首之間范圍建筑物土石方開挖及已開挖建筑物底板砼澆筑，泄水閘主要完成左岸一期9.5孔泄水閘21.00 m高程以下結(jié)構(gòu)混凝土澆筑，電站廠房主要完成基礎(chǔ)部分土石方開挖等施工。

一汛：利用電站廠房、船閘全年圍堰擋水，左岸已拆除至27.50 m高程的堰體及中間寬約161 m的明渠過流，通航。期間泄水閘暫停施工，船閘、電站廠房在全年圍堰的保護(hù)下可繼續(xù)施工。

二枯：分別利用右岸電站廠房全年圍堰、左岸船閘全年圍堰及一期9.5孔泄水閘恢復(fù)后的枯水圍堰擋水，中間寬約161 m的原河床明渠導(dǎo)流、通航。完成一期9.5孔泄水閘剩余部分土建工程及金屬結(jié)構(gòu)安裝等施工，船閘、電站廠房在全年圍堰的保護(hù)下可繼續(xù)施工。

二汛：利用電站廠房全年圍堰擋水，左岸已具備正常使用條件的9孔泄水閘及右岸寬約239 m的原河床明渠導(dǎo)流、通航。電站廠房在全年圍堰的保護(hù)下可繼續(xù)施工。

三枯：利用電站廠房上下游全年圍堰、二期泄水閘上、下游枯水圍堰及二期混凝土縱向圍堰擋水，已具備正常使用條件的左岸一期9孔泄水閘過流，已具備通航條件的船閘臨時(shí)通航。期間主要完成二期13孔泄水閘的土石方開挖、21.00 m高程以下結(jié)構(gòu)混凝土澆筑。并優(yōu)先完成二期四枯泄水閘縱向土石圍堰壓占的2.5孔泄水閘的土建施工及2孔泄水閘弧門安裝、調(diào)試等工作，要求在三枯末完成首臺(tái)機(jī)組安裝施工，并且完成第2#～7#機(jī)組進(jìn)出口臨時(shí)封堵閘門安裝，為機(jī)組安裝創(chuàng)造條件。

三汛：利用第2#～7#機(jī)組進(jìn)出口臨時(shí)封堵閘門擋水，已具備正常使用條件的左岸9孔泄水閘及右岸已拆除至29.5m高程的堰體聯(lián)合過流，已具備通航條件的船閘臨時(shí)通航。期間進(jìn)行電站廠房機(jī)組安裝調(diào)試等工作。

四枯：利用恢復(fù)后的二期泄水閘上、下游枯水圍堰，混凝土縱向圍堰及二期四枯縱向土石圍堰擋水，已具備正常使用條件的左岸9孔泄水閘過流，已具備通航條件的船閘通航。期間完成二期泄水閘剩余部分土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝等施工。

至此，整個(gè)工程土建工作已基本完成，僅剩機(jī)組安裝。樞紐工程一期施工導(dǎo)流平面布置圖見圖1，樞紐工程二期施工導(dǎo)流平面布置圖見圖2。施工導(dǎo)流水力學(xué)指標(biāo)見表2。

圖1 新干航電樞紐工程一期施工導(dǎo)流平面布置圖

5 場內(nèi)臨時(shí)施工道路

一期場內(nèi)施工道路主要結(jié)合左右岸圍堰布置下基坑施工道路；二期泄水閘施工期間，前期利用右岸電站廠房圍堰布置下基坑施工道路，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，電站廠房上下游圍堰拆除后，擬在電站廠房尾水渠布置臨時(shí)交通鋼棧橋一座，滿足二期泄水閘施工期間對(duì)外交通運(yùn)輸要求，鋼棧橋長約180 m，橋面寬7.00 m，橋底面高程 32.00m。

圖2 新干航電樞紐工程二期施工導(dǎo)流平面布置圖

6 施工期通航[2]

6.1 施工期通航要求

壩址河段現(xiàn)狀航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，根據(jù)《內(nèi)河道通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004）要求，Ⅴ級(jí)航道的航道水深為1.30～1.60 m，雙線航道直線段寬度不少于 40.00 m，轉(zhuǎn)彎半徑不少于270.00 m，通航保證率不低于90%。

6.2 施工期通航方案設(shè)計(jì)

據(jù)調(diào)查，贛江允許最大自航流速2.0 m/s，助航流速2.0～4.0 m/s。 根據(jù)模型試驗(yàn)成果[5]：

（1）一枯、一汛、二枯施工導(dǎo)流期間：a.當(dāng)來流量Q≤1 800 m3/s時(shí)，可滿足船舶自航要求；b.當(dāng)來流量1 800 m3/s＜Q≤2 200 m3/s時(shí)，可采取助航措施；c.當(dāng)來流量Q＞2 200 m3/s時(shí)，應(yīng)暫停通航。

（2）二汛施工導(dǎo)流期間：a.當(dāng)來流量Q≤8 740 m3/s時(shí)，可滿足船舶自航要求；b.當(dāng)來流量 8 740 m3/s＜Q≤14 000 m3/s時(shí)，可采取助航措施；c.當(dāng)來流量Q＞14 000m3/s時(shí)，應(yīng)暫停通航。

根據(jù)施工導(dǎo)流程序安排，本工程一期工程施工期利用右岸經(jīng)疏浚的河床明渠導(dǎo)流。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，為滿足一期施工導(dǎo)流水力學(xué)指標(biāo)要求，需將導(dǎo)流明渠范圍內(nèi)原河床疏浚至21.00 m高程，疏浚范圍底邊線與原河床按1∶5銜接處理。根據(jù)規(guī)劃成果，壩址河段通航保證率為90%時(shí)的相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為Q=303 m3/s，相應(yīng)下游航道水位為24.13 m，因此經(jīng)疏浚后右岸導(dǎo)流明渠渠底高程滿足Ⅴ級(jí)航道最小航深1.30 m～1.60 m的要求，右岸導(dǎo)流明渠經(jīng)疏浚后即可兼作施工通航航道。

二期施工導(dǎo)流期間，船閘已具備通航條件，該段時(shí)間的施工期通航可在已具備使用條件的一期泄水閘的合理調(diào)度下滿足通航要求。受二期泄水閘工程截流戧堤填筑及圍堰閉氣等施工影響，約斷航50天。

一期工程施工通航期間還需采取下列措施：a.設(shè)置有關(guān)引航標(biāo)志，在通航區(qū)(航槽)范圍設(shè)置航標(biāo)，在上游需設(shè)一艘拖船，便于實(shí)施助航；b.現(xiàn)場應(yīng)設(shè)航監(jiān)指揮船；c.施工期設(shè)置專門機(jī)構(gòu)或委托航運(yùn)管理部門對(duì)本工程施工期壩址區(qū)以及影響航段進(jìn)行管理。

目前本工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告已通過初步設(shè)計(jì)審查并批準(zhǔn)實(shí)施，工程于2015年8月開工建設(shè)。

［1］中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司.江西省贛江新干航電樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].廣州：中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司.2015.

［2］水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(1)施工規(guī)劃[M].北京：中國水利電力出版社，1997.

［3］武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室.水力計(jì)算手冊[M].北京：水利出版社，1980.

［4］肖煥雄.施工水力學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1992.

［5］南京水利科學(xué)研究院.江西贛江新干航電樞紐工程施工導(dǎo)流、截流水工模型試驗(yàn)研究報(bào)告[R].南京，2015.