几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目施工导流方案优化与实施

水力发电
第４６卷第１期
２０２０年１月７４㊀ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒＶｏｌ.４６Ｎｏ.１
几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目
施工导流方案优化与实施
王以斌ꎬ张如军ꎬ李素丽ꎬ陈铉文
(中国水利电力对外有限公司ꎬ北京１００１２０)
摘㊀要:导流的规划设计对于水利枢纽项目的整体施工程序起着决定性的作用ꎬ介绍了苏阿皮蒂水利枢纽项目在可行性研究阶段和施工阶段的施工导流方案ꎬ通过对枢纽布置的比选ꎬ优化了导流方案设计ꎬ缓解了泄流底孔㊁引水发电坝段等关键部位的工期压力ꎬ缩短了施工工期ꎬ确保了项目在２０１９年的初期下闸蓄水目标得以顺利完成ꎬ厂房的工期也从关键线路变成次关键线路ꎬ项目的实施进度始终受控ꎮ
关键词:导流方案ꎻ围堰布置ꎻ苏阿皮蒂水利枢纽ꎻ几内亚
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｉｖｅｒｓｉｏｎＳｃｈｅｍｅｉｎＳｏｕａｐｉｔｉＨｙｄｒｏＰｒｏｊｅｃｔ
ＷＡＮＧＹｉｂｉｎ ＺＨＡＮＧＲｕｊｕｎ ＬＩＳｕｌｉ ＣＨＥＮＸｕａｎｗｅｎ
ＣｈｉｎａＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷａｔｅｒ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｒｐ. Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２０ Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｖｅｒｓｉｏｎｐｌａｙｓａｄｅｃｉｓｉｖｅｒｏｌｅｉｎｏｖｅｒａｌｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｐｒｏｊｅｃｔ.ＴｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆｔｈｅＳｏｕａｐｉｔｉＨｙｄｒｏＰｒｏｊｅｃｔｉｎＧｕｉｎｅａｉｎｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｓｔａｇｅａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌａｙｏｕｔ ｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓａｎｄｓｐｅｅｄｓｕｐｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄｒｅｌｉｅｖｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｋｅｙｐａｒｔｓｓｕｃｈａｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｂｏｔｔｏｍｏｕｔｌｅｔａｎｄｐｏｗｅｒａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄａｍｓｅｃｔｉｏｎｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ.Ｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｌｓｏｅｎｓｕｒｅｓｔｈａｔｔｈｅｇｏａｌｏｆｐｒｏｊｅｃｔ ｓｉｎｉｔｉａｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｉｎ２０１９ｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄｏｆｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅｉｓｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍａｃｒｉｔｉｃａｌｌｉｎｅｔｏａｓｕｂ￣ｃｒｉｔｉｃａｌｌｉｎｅ ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｓａｌｗａｙｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ.
ＫｅｙＷｏｒｄｓ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ＳｏｕａｐｉｔｉＨｙｄｒｏＰｒｏｊｅｃｔ Ｇｕｉｎｅａ
中图分类号:ＴＶ５１１ꎻＴＶ５５１ꎻＴＶ６３３(４５１)㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀㊀文章编号:０５５９￣９３４２(２０２０)０１￣００７４￣０４
㊀㊀收稿日期:２０１９￣１０￣２０
㊀㊀作者简介:王以斌(１９７４ )ꎬ男ꎬ陕西西安人ꎬ工程师ꎬ主要
从事水电工程建设管理及施工技术管理工作.
1　工程概况
几内亚苏阿皮蒂水电站为碾压混凝土重力坝ꎬ
最大坝高１２０ｍꎬ坝轴线长１１６４ｍꎬ电站总装机容
量为４５０ＭＷꎬ由左㊁右岸挡水坝段㊁引水发电坝
段㊁导流底孔坝段㊁泄流底孔坝段和溢流坝段组成ꎮ
工程规模为Ⅰ等大(１)型ꎬ总工期５８个月ꎮ
项目所在流域年降水量较强ꎬ多年平均降雨量
约２０００ｍｍꎮ一年分旱季和雨季两个季节ꎬ每年５
月~１０月为雨季ꎬ降雨量约占全年的９５％以上ꎬ其
中７月~９月３个月降雨量约占全年降雨总量的
６４％ꎬ８月份最大ꎬ约占全年降雨量的２５％ꎮ每年
１１月至次年４月为旱季ꎬ干旱少雨ꎮ流域洪水主要
由降雨形成ꎬ洪水过程为矮胖型ꎬ历时长ꎬ基本上
每年汛期发生一次大洪水ꎮ
2　导流方案优化和实施
２ １㊀大坝枢纽布置
２ １ １㊀可行性研究阶段
大坝从左向右的枢纽布置为左岸挡水坝段㊁引
水发电坝段㊁溢流坝段㊁底孔坝段㊁右岸挡水坝段ꎮ
其中底孔坝段全长５１ｍꎬ共设有６孔ꎬ前期主要作
用是导流ꎬ后期把左侧２孔改造为泄流底孔ꎬ其余４
孔采用混凝土进行封堵ꎮ具体如图１所示ꎮ
在这种布置下ꎬ导流规划采用分期方式进行ꎬ
一期导流先形成右岸基坑ꎬ进行右岸挡水坝段和底
第４６卷第１期王以斌ꎬ等:几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目施工导流方案优化与实施
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图１㊀枢纽布置示意(可行性研究阶段)
孔坝段的施工ꎬ同时进行二期导流混凝土纵向围堰㊁上下游引渠开挖等的施工ꎬ由束窄后的左侧河床泄流ꎻ二期导流由右岸６孔底孔过流ꎬ在全年土石围堰围护下ꎬ进行溢流坝段㊁引水发电坝段㊁左岸挡水坝段和电站厂房的施工ꎮ
２ １ ２㊀施工阶段
在苏阿皮蒂水利枢纽项目的合同签订后ꎬ鉴于工期十分紧迫ꎬ为方便施工及运行期的调度管理ꎬＣＷＥ组织参建各方对可行性研究阶段的设计方案进行了优化:①把６个导流底孔坝段调整至左岸引水发电坝段和溢流坝段之间ꎻ②导流底孔的断面尺寸由４ ５ｍˑ１０ｍ(宽ˑ高)调整为８ｍˑ１０ｍ(宽ˑ高)ꎻ③原设计的导流底孔由６个调整为４个ꎬ并分成高㊁低位各２孔ꎻ④溢流坝段的溢流前缘宽度从
２３１ｍ缩短为１７３ｍꎻ⑤取消导流底孔后期改造成泄流底孔的方案ꎬ直接设计成２孔泄流底孔ꎻ⑥为减少左岸厂房边坡开挖量ꎬ将厂房整体朝河床右移３８ ５ｍꎬ尽可能将泄流底孔㊁导流底孔和引水发电坝段紧凑布置于主河床左岸侧ꎮ优化后的大坝枢纽建筑物布置ꎬ从左向右调整为左岸挡水坝段㊁引水发电坝段㊁导流底孔坝段㊁泄流底孔坝段㊁溢流坝段㊁右岸挡水坝段ꎮ具体如图２所示ꎮ
在优化后的枢纽布置基础上ꎬ调整了导流程序ꎬ即一期导流阶段ꎬ先形成左岸一期基坑ꎬ主要进行左岸挡水坝段㊁引水发电㊁导流底孔㊁泄流底孔㊁部分溢流坝段和厂房的施工ꎬ水流由右岸导流明渠过流ꎮ
在二期导流阶段ꎬ利用一期形成的高㊁低位导流底孔过流ꎬ在二期全年土石围堰形成的基坑内
ꎬ图２㊀枢纽布置示意(施工阶段)
施工右岸挡水坝段及剩余溢流坝段ꎮ为加快施工进度ꎬ在土石围堰填筑时ꎬ分成２个时期进行ꎬ首先完成枯水期围堰填筑ꎬ在枯水期围堰的保护下施工基坑ꎬ同时对枯水期围堰进行加高ꎬ在当年的汛期来临前(根据项目所在流域洪水的特点ꎬ一般在５月底以前)完成围堰最终的填筑ꎬ满足汛期洪水的围挡能力ꎮ
２ ２㊀二期纵向混凝土围堰的优化
在可行性研究阶段ꎬ二期上㊁下游纵向围堰设计为混凝土重力墙结构ꎬ两端分别与大坝和土石围堰连接ꎬ设计混凝土工程量约６０００ｍ３ꎮ在施工阶段ꎬ经过对围堰的分析和优化ꎬ认为上游纵向围堰直接填筑土石围堰能够满足设计要求ꎬ不会造成纵向水流冲刷影响ꎮ仅在下游纵向围堰布置长２０ｍ的混凝土重力墙ꎬ分别与泄流底孔坝段和下游二期土石围堰相接ꎬ实际混凝土工程量约３００ｍ３ꎬ此优化减少了工程投入ꎬ提高了施工效率ꎬ完全满足施工期导流要求ꎮ
水力发电
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㊀ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒＶｏｌ.４６Ｎｏ.１
表１㊀施工导流程序
２ ３㊀实施程序
根据上述优化ꎬ苏阿皮蒂水利枢纽项目采用一期全年土石围堰先形成左岸基坑的导流方案ꎬ施工导流程序见表１ꎮ
２ ４㊀导流实施２ ４ １㊀一期导流
２０１６年旱季ꎬ在靠近右岸的原河床开挖导流明渠ꎬ由导流明渠直接导流ꎮ
２０１７年１月初ꎬ在左岸修筑一期土石围堰ꎬ如
图３所示ꎮ右岸束窄河床ꎬ按照全年１０年一遇洪水标准设计ꎬ对应的设计流量为２５００ｍ３/ｓꎬ左岸修筑导流底孔㊁泄流底孔㊁引水发电㊁左岸挡水坝段和厂房ꎮ
２ ４ ２㊀二期导流
２０１８年１月上旬ꎬ左岸导流底孔坝段形成并具
备过流条件ꎬ开始进行二期导流ꎬ如图４所示ꎮ按照全年１０年一遇洪水标准设计ꎬ对应的设计流量为
２５００ｍ３/ｓꎬ右岸填筑二期土石围堰ꎬ开始修筑溢流坝段和右岸挡水坝段ꎮ图３㊀一期导流布置示意
二期导流后ꎬ在２０１８年１月~６月ꎬ利用几内亚当地旱季流量小的特点ꎬ在导流底孔坝段下游搭设临时贝雷桥(如图５所示)ꎬ提高左右岸自卸汽车的运输效率ꎬ在当年７月份汛期来临前拆除ꎮ
２ ４ ３㊀后期导流
２０１９年８月中旬ꎬ大坝具备初期蓄水条件ꎬ左㊁
右岸坝体挡水ꎬ由泄流底孔＋溢流坝段预留的缺口
第４６卷第１期王以斌ꎬ等:几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目施工导流方案优化与实施
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图４㊀
二期导流布置示意
图５㊀下游临时贝雷桥布置示意
联合泄流ꎬ此时导流底孔已下闸并完成了混凝土封堵ꎬ蓄水前按照全年５０年一遇洪水标准ꎬ对应的设计流量为３１６０ｍ３/ｓꎬ蓄水后按照全年１００年一遇洪水标准ꎬ对应的设计流量为３４１０ｍ３/ｓꎮ
到２０２０年７月ꎬ大坝土建工程计划施工完成ꎬ
由泄流底孔＋溢流坝段联合泄流ꎬ按汛期１０００年一
遇的洪水标准ꎬ对应的设计流量为４２００ｍ３/ｓꎮ
２ ４ ４㊀蓄水和调节
按合同要求ꎬ大坝在２０１９年９月要进行初期蓄水ꎬ达到９亿ｍ３库容ꎬ以满足为下游凯乐塔电站在旱季补水发电的目的ꎮ因此ꎬ在２０１９年８月下旬ꎬ导流底孔下闸后ꎬ开始进行初期蓄水ꎬ此时ꎬ通过调节泄流底孔工作弧门的开度控制下泄流量ꎬ一方面要满足凯乐塔电站的正常发电ꎬ控制下泄流量在
４００ｍ３/ｓꎬ另一方面要将多余的来水蓄到库区中ꎬ直至水位达到１６４ ５ｍ高程ꎬ满足９亿ｍ３
的库容需求ꎮ
在２０１９年１１月进入旱季以后ꎬ大坝进行调蓄ꎬ
仍然控制泄流底孔的闸门开度ꎬ按月均凯乐塔电站单台机满发流量１８０ｍ３/ｓ控泄ꎬ将１６４~１３０高程间的水量结合上游流量分摊到调节期各月中ꎬ尽可能等流量下泄ꎬ提高下游凯乐塔电站旱季发电量ꎮ
到２０２０年６月ꎬ苏阿皮蒂大坝进入正式蓄水期ꎬ水库水位从１３０ｍ高程蓄至死水位１８５ｍ高程ꎬ蓄水量为２３ ７７亿ｍ３ꎬ项目发电前水流仍通过泄流底孔下泄ꎬ发电后泄流底孔闸门关闭ꎬ水流通过厂房发电后下泄ꎮ
3　实施效果
实践证明ꎬ施工阶段采用的一期先形成左岸围堰的导流方案ꎬ厂房布置在一期基坑内ꎬ能够为厂房多争取到１年的工期ꎬ使得厂房的进度从关键线路变成次关键线路ꎬ为项目实施减少了工期压力ꎮ随之也减少了项目在设备㊁材料和人员方面的投入ꎬ节约了项目成本ꎮ并且因为所有的临建系统ꎬ如砂石㊁拌合系统和前期的施工道路ꎬ都布置在左岸ꎬ对一期导流后形成的左岸大坝施工非常有利ꎬ工程整体进度优于先施工右岸的方案ꎮ
左岸一期土石围堰完成后ꎬ大坝枢纽布置中ꎬ体型最为复杂㊁最占压直线工期的引水发电和泄流底孔坝段都随之开始施工ꎬ拉长了这２个关键部位的工期ꎬ后续的施工实践证明ꎬ这２个关键部位的工期越长ꎬ对项目的总体进度越有利ꎮ
4　结　语
施工导流的规划设计与实施ꎬ与工程整体的枢纽布置息息相关ꎬ苏阿皮蒂水利枢纽项目将大坝泄流底孔㊁引水发电和导流底孔坝段集中布置于主河床左岸侧ꎬ挡水坝段连续分置在两岸坝肩ꎬ使得各建筑物的型式布置更加合理ꎬ在保证各建筑物功能的前提下ꎬ简化了施工程序ꎬ方便了大坝快速化施工ꎬ减少了工期方面的压力ꎮ
参考文献:
[１]夏仲平.水利水电工程施工手册[Ｍ].５卷ꎬ施工导(截)流与度
汛工程.北京:中国电力出版社ꎬ２００２.
[２]郑守仁ꎬ王世华ꎬ夏仲平ꎬ等.导截流及围堰工程(上㊁下册)
[Ｍ].北京:中国水利水电出版社ꎬ２００４.
(责任编辑㊀王㊀琪
)。