布仑口-公格尔水电站黑水沟导流方案比选及实施效果分析

布仑口-公格尔水电站黑水沟导流方案比选及实施效果分析江波
【摘要】介绍了新疆布仑口-公格尔水电站黑水沟施工导流的3个方案，即：基坑导流明渠法、分段围堰法、明渠土工膜防渗法，经过方案比选，选择了基坑导流明渠法，论述了该方案的实施效果及实施中的改进措施。

%Heishui trench is used for construction diversion of Bulungkol gongur Hydropower Station. An introduc-tion was made on three diversion construction schemes including foundation pit open channel, sectionalized coffer-dam, Geomembrane open channel. Foundation pit open channel scheme was selected after comparison. The author also presented the implementation effects and improvement measures adopted during construction.
【期刊名称】《广西水利水电》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】3页(P39-41)
【关键词】小流量;施工导流;导流明渠;布仑口-公格尔水电站
【作者】江波
【作者单位】广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司新疆克州 845561【正文语种】中文
【中图分类】TV551.16
1 工程概况
新疆盖孜河流域布仑口—公格尔水电站工程位于新疆克尔柯孜自治州阿克陶县境内，是一座具有灌溉、发电、防洪和改善生态等综合利用效益的大Ⅱ型水电站，布仑口水库是盖孜河中游河段的龙头水库，也是该河唯一具有多年调节性能的控制性水库。

所属公格尔水电站是盖孜河中游河段的第一个梯级电站。

水库正常蓄水位3290.00m，总库容7.02亿m3，死水位3 280.00 m，最大坝高35 m。

电站装
机容量200 MW，保证出力69.8 MW，多年平均有效发电量6.73亿kW·h；水
库具有多年调节性能，电站可参与系统调峰。

本工程主要由拦河坝、导流兼泄洪冲砂洞、右岸岸边式溢洪道及发电引水系统（发电引水隧洞全长18.67 km）、地面发电厂房组成，其中发电引水隧洞发0+467
m-0+598 m段穿过比克塔日尕克沟（以下称“黑水沟”），为埋涵段，黑水沟河床宽85 m，两岸3 282.5 m高程以上为Q3、Q4地层，以下为含块石碎石砂壤
土的Q1地层，河床高程为3 281.9 m，沙砾石覆盖层厚度最大达20 m。

2 导流方案比选
黑水沟河床高程为3 281.9 m，埋涵段基坑开挖设计高程为3 270 m，低于河床11.9 m，河床地面以下沙砾层结构较松散，沟内四季有水，常年处于饱和状态，
根据钻孔抽水试验，沙砾层渗透系数为3.5×10-2cm/s，开挖时必须做好排水工作，埋涵段两端为隧洞开挖工作面，因此，导流方案的制订和优选，对工程施工安全、工期及投资极为重要。

黑水沟施工导流按照10年一遇洪水标准设计，相应洪峰流量为23 m3/s，施工期导流方案参建各方提出了3个方案，分别为基坑导流明渠法、分段围堰法、明渠
土工膜防渗法，分述如下。

2.1 基坑导流明渠法
采用全段导流方式，在河床中部设导流明渠，保证黑水沟过流通畅。

上游河床经疏浚加宽后，将水流引至导流明渠。

上游以现状河床高程为开口高程，边坡以
1∶2.0开挖至基坑3 270.0 m高程；左岸C6料场道路内侧预留一定宽马道后开挖基坑边坡，边坡开挖设计坡度为1∶1.5，形成45 m长基坑工作面；为防止渗管涌、流沙等造成边坡失稳，沿基坑边线筑1.0 m高钢筋石笼，并在其上砌筑50 cm厚铅丝笼护坡，上游全边坡铅丝笼护坡，其余边坡铅丝笼护坡高度为2.0 m。

导流明渠直接连通至盖孜河，全长822 m，由引水渠、泄槽段、消力池、尾水明渠等部分构成；其中，引水渠道首设5.0 m宽沉沙消能池，引水渠、泄槽段、消力池内两侧边墙及底板采用钢筋石笼堆筑，可有效防止冲刷；尾水明渠段起始高程为3267.5m，底宽10.0m，以0.7%的纵坡和尾段平坡连通至盖孜河。

2.2 分段围堰法
采用分期导流方式，一期先围黑水沟右岸，二期围黑水沟左岸，围堰采用均质土围堰。

一期围堰修筑完成后，主河床改道至左岸坡脚，形成14 m宽、85 m长的上游工作面基坑，进行洞身开挖和衬砌。

待上游工作面开挖衬砌完成后，回填右岸段涵管，修筑二期围堰形成14 m宽、50 m长的下游工作面基坑，主河床改道至右岸坡脚。

由于围堰基础无防渗处理，所以基坑边坡底部堆筑2.0 m×1.5 m×1.0 m（长×宽×高）的φ10@20 cm×20 cm钢筋石笼，其上采用0.5 m厚铅丝笼+1层土工布护坡，以防止因管涌、流沙造成的边坡失稳。

由于围堰基础面高程为3 281.9 m，且基础无防渗处理，一期围堰形成后基坑内渗透流量根据达西定律计算结果为0.77 m3/s。

鉴于达西定律在强透水地层中形成紊流时适用性不强，考虑安全系数1.2，基坑内每小时渗透流量为3 326 m3。

采用RS100-80-160离心泵抽水，工作能力为160 m3/h，综合考虑水泵利用系数0.85，则需要配备25台此类型的水泵24 h
工作，每小时耗电量为375 kW。

二期导流情况相同。

2.3 明渠土工膜防渗法
采用分期导流方式，一期先将主河床改道至左岸坡脚，开挖10.0 m宽、2.5 m深、边坡1：1.5梯形断面的导流明渠进行导流，明渠纵坡为0.7%，形成右岸基坑。

待上游侧埋涵混凝土浇筑和砂砾石回填完成后将主河床改道至右岸，形成左岸施工基坑。

一期导流施工完成后，主河床改道至左岸坡脚，形成14 m宽85 m长左岸工作面基坑，进行洞身开挖和衬砌。

待上游工作面开挖衬砌完成后，回填右岸段涵管，修筑二期导流明渠形成14 m宽、50 m长下游工作面基坑，主河床改道至右岸坡脚。

由于围堰基础无防渗处理，所以基坑边坡底部堆筑2.0 m×1.5 m×1.0 m（长×宽
×高）的φ10@20 cm×20 cm钢筋石笼，其上采用0.5 m厚铅丝笼加1层土工布护坡，以防止因管涌、流沙造成边坡失稳。

导流明渠内铺设一层复合土工膜，土工膜底层铺20 cm厚砂卵石垫层，为防止受
外界环境影响造成土工膜过快老化或受损，在土工膜上覆盖一层20 cm厚干砌卵石，土工膜首部直接埋入C20混凝土地锚内，同时为防止干砌石冲刷，每隔100 m设置10.0 m宽、1.0 m高、1.0 m宽C20混凝土镇墩，土工膜穿入混凝土墩，墩身伸出干砌石面10 cm，埋入地基70 cm。

埋涵段上游300 m处河床水位约为3 286.0 m，下游200 m处河床水位高程为3 277.0 m，且明渠内铺设右防渗土工膜，一期导流期间基坑内渗透流量可根据达西定律计算得出:
其中，K为渗透系数，加权平均渗透系数为3.0×10-2cm/s，ω为渗流过水断面面积，基坑上下游迎水面面积之和，上游迎水面面积ω=16 m×130 m=2080㎡，
下游迎水面面积为ω=7 m×130 m=910㎡，J为渗透坡降，上游渗透坡降为
16/300，下游渗透坡降为7/200。

根据以上可得，基坑渗透流量为0.043 m3/s，鉴于达西定律在强透水地层中形成紊流时适用性不强，考虑安全系数1.2，基坑内渗透流量为186 m3/h。

采用
RS100-80-125离心泵抽水，工作能力为120m3/h，综合考虑水泵利用系数0.85，则需要配备2台此类型的水泵24 h工作，耗电量为22 kW/h。

二期导流期间基坑渗流量与排水布置同一期导流。

2.4 方案比选
上述各方案的主要特征见表1。

根据表1的对比结果，从方案实施总投资、工程安全、不可预见因素等方面考虑，不难看出，分段围堰法、明渠土工膜防渗法二期开工晚，运行期增加费用巨大，不可预见因素容易造成安全事故，且受天气影响等，基坑导流明渠法为最优方案，推荐作为布仑口-公格尔水电站工程黑水沟导流实施方案。

3 方案实施后出现的问题及改进措施
（1）基坑导流明渠法实施后，2010年8月份遇100年一遇特大洪水，黑水沟洪
峰流量达50 m3/s，同时因河床沙砾层较松散，导流明渠上游1∶2边坡被冲垮，但明渠仍能疏导洪水，造成的损失不大。

洪水冲垮明渠上游边坡后，形成约1∶5
坡度新河道与明渠相接，下游渠道泥沙淤积量大，抗洪期间进行了清淤疏浚。

施工期间根据洪水后形成的状态，继续采用明渠导流方式，但需定期对渠道进行疏浚，明渠整体实施效果较好。

（2）埋涵段完成40 m后，在埋涵上修筑两条防渗明渠，形成“地上”渠道，渠
道断面为10 m×1.5 m，满足黑水沟10年一遇洪水过流要求，采用“地上”明渠导流后，剩余埋涵段及洞内施工不受影响，保证工程得以顺利实施。

4 结语
新疆克州布仑口-公格尔水电站黑水沟导流方案的实施及后期的改进，为小流量河
沟（流）的导流积累了经验，主要包括：
表1 各导流方案特征表比较项目导流方式工作面影响时间对总工期影响工程投资/万元基坑渗透流量及排水超标准洪水抗御能力及失事后果导流建筑物维修基坑导流明渠法全段导流导流施工工期：5个月上游工作面面开始时间：2010年6月21
日下游工作面面开始时间：2010年8月16日以此方案作为总体工程进度控制点372.257河床所有流量均经过基坑，无需设抽水设备发生超标准洪水时可通过扩
宽基坑内明渠宽度进行导流，有效防止淹没洞身现象的发生。

可随时进行维修分段围堰法分期导流一期导流施工工期：2个月二期导流施工工期：3个月上游工作面开始时间：2010年5月26日下游工作面开始时间：2011年11月1日6个月334.834（不包括基坑抽水费用）渗透流量为3 326 m3/h，布置25台15 KW离心泵若洪水超过水泵工作能力，将直接导致基坑和引水隧洞洞身淹没，发生工程和施工安全事故随时可填补或加高围堰，扩宽明渠受天气影响程度不受天气影响，
随时可发挥导流功能冬季施工期间，水泵及其管路容易冻结，基坑排水困难基坑
抽水时间基本无需抽水24 h不间断明渠土工膜防渗法分期导流一期导流施工工期：2个月二期导流施工工期：3个月上游工作面开始时间：2010年5月26日下游
工作面开始时间：2011年10月21日6个月312.493（不包括基坑抽水费用）
渗透流量为186m3/h，布置2台11KW离心泵若洪水超过明渠行洪能力，因受土工膜影响，无法扩宽渠道，将直接淹没基坑和洞身土工膜损坏后因干砌石和水的影响无法进行修补（1）土工膜在零下20℃容易变脆，高原强紫外线照射下容易老化，若出现损坏将直接增加基坑渗透流量，局部容易出现大的渗流通道；本工程
10月底夜间气温降低至零下20℃。

（2）冬季施工期间，水泵及其管路容易冻结，基坑排水困难。

24 h不间断
（1）对小流量河道，必须重视其洪水期的危害，初期即应做好上游处置工作，避
免落差过大，来水破坏力加大。

（2）渠道定期进行清淤，方案制订时需考虑运行维护费用。

（3）后期渠道改道为“地上”渠道后，“地下”仍在进行施工，必须做好渠道的防渗和防护工作，避免溃堤造成损失。