水电站导流洞设计与施工

洪口水电站导流洞设计与施工
赖福梁
（福建省水利水电勘测设计研究院，福建福州 350001）
【摘要】宁德洪口水电站拦河坝为福建省第一高坝，导流隧洞为福建省最大的导流洞之一，是目前福建省封堵期水头最高的导流洞之一，具有规模大、运行条件复杂等特点，结合地形地质条件，进行多方案的洞线、断面的比较，取得良好的经济效益。

导流洞分两层开挖，每层高7～8m，在流纹岩中取得很好的光爆效果。

目前已通过验收，正通水运行。

【关键词】设计与施工；导流洞；洪口水电站
1 工程概况
宁德洪口水电站位于福建省宁德市洪口乡境内霍童溪干流峡谷河段，是霍童溪干流梯级开发的第六级,是以发电为主，兼顾下游霍童镇防洪的中型水电站，总库容为 4.497亿m3，总装机容量为200MW，工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等，系福建省最大的中型水电站之一。

拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程168m，最大坝高130m，系福建省第一高坝；引水系统、发电厂房及开关站布置在左岸，为单洞双机引水方式。

工程于2003年11月开始导流洞施工，计划2008年6月底首台机组发电，2008年10月底工程竣工。

2 水文地质条件
坝址控制流域面积1701km2，约占霍童溪流域面积的75.8%左右。

坝址多年平均流量65.9m3/s，多年平均年径流量20.77亿m3，多
年平均年降雨量为1829.3mm，多年平均年径
流深1220.9mm。

汛期为4月～9月，洪水峰型
以单峰居多，一次洪水过程历时一般为2天。

坝址两岸基岩大片裸露，两岸呈较对称的
“Ｖ”型，地形下陡上缓。

地层岩性为流纹岩及花岗岩脉、辉绿岩脉和第四系残坡积等。

地质构造以断裂为主，断层破碎带宽0.5m～3m 充填碎裂岩、角砾岩、高岭土等。

导流洞围岩岩性为流纹岩、花岗斑岩脉，岩性接触带呈裂隙式接触，主要断裂有F
1
、F
3
、F
4
、F
5
、F
8
、
、
F
23
、
F
29
、F
38
、JM
3
等，断裂与洞线交角较大，洞室围岩大部分为微风化，冲沟处为弱风化，进出口段地表为残坡积覆盖。

3 导流方式、导流设计标准及导流程
序
由于隧洞导流方式具有导流程序简单、施工干挠小、特别能适应碾压混凝土大坝大仓面
１
施工、施工快以及发电期相对较短等优点，因此根据洪口坝址河谷狭窄的地形地质条件，结合水工建筑物布置特点，采用河床一次断流隧洞导流方式。

由于汛期洪水流量大，十年一遇的洪、枯流量比为3.23，若采用全年导流，将加大导流建筑物规模，增加工程投资和施工难度，经分析比较后选定枯水期（10～4月）导流，汛期允许坝体（预留缺口）过水。

本工程属Ⅱ等工程，主要永久建筑物为2级建筑物，相应的导流建筑物如围堰、导流洞等临时建筑物均为4级。

选定的导流标准为枯水期（10月～次年4月）10年一遇洪水，相应的设计流量为1350m3/s。

导流分3个阶段：第1阶段为初期导流阶段，初期导流建筑物由右岸导流洞及上、下游围堰组成；第2阶段为坝体施工期导流阶段，由导流洞和坝体缺口联合泄洪和度汛；第3阶段为后期导流阶段，即导流洞封堵下闸后，堵头和坝体上部结构施工阶段，此时坝体拦蓄天然来水和洪水，由完建的溢洪道泄流和度汛。

4 导流隧洞设计
4.1洞线布置
本工程引水系统布置在左岸，坝址处河谷右岸为凸岸，右岸现有303省道经过，对导流洞施工较为便利，故将导流洞布置在右岸。

根据右岸地形地质条件，导流洞布置了两条洞线进行比较。

洞线方案一：进口位于坝上0＋190m处，进口明渠长67m，进口底高程56.5m，洞长394m，坡降2.5‰，出口底高程55.5m，出口明渠长85m，出口位于坝下0＋315m处；洞线方案二：进口位于坝上0＋227m 处，进口明渠长91m，进口底高程56.5m，洞长368m，坡降2.7‰，出口底高程55.5m，出口明渠长70m，出口位于坝下0＋264m处。

两方案技术经济比较见表1。

导流洞平面布置图图1
２
洞线方案经济比较表
表1
方案一进口适当往下游移，避开辉绿岩脉影响带，减少明挖工程量和高边坡处理，为导流洞提前进洞创造条件；洞线适当靠内移，既增加围岩覆盖厚度减少F2断层的影响，又减小洞线偏角，改善水力条件；出口适当往下游移，使出口位于山脊处，保证围岩上部覆盖厚度和侧向稳定，同时使出口与河床交角小，归槽顺畅。

造价上从表1可知方案一省443万元，因此从技术、经济上分析比较推荐采用方案一。

4.2断面确定
通常由于上游围堰高度较小，隧洞导流水力计算不考虑围堰挡水调蓄作用，综合投资、坝体填筑强度、汛期坝体过水次数及提高坝体挡水标准等因素，经水力计算，堰前水位为76.2m，导流隧洞过流断面采用10×15m城门型，上游围堰高35.5m。

根据水位库容曲线可知水位76.2m时，库
容可达827万m3，有一定的库容对小洪水进行调蓄，消减洪峰，因此有必要进行调洪计算。

根据导流洞泄流曲线、洪水过程线、水位库容曲线进行调洪计算，导流洞过流流量为1140 m3/s，消减洪峰210 m3/s。

根据初步调洪结果可知，可以降低围堰高度或减小导流隧洞的断面。

为此拟定两个方案进行比较，方案一保持围堰高度不变，减小导流洞断面；方案二保持导流洞断面不变，降低围堰高度，两方案经济比较见表2。

导流洞断面经济比较表
表2
方案一导流洞开挖断面较小，成洞条件较
３
好，减少开挖难度，衬砌支护工程量较少，在设计工况下为有压流，而方案二为半有压流，水力条件较差；造价上方案一节约投资244万元，因此选择方案一为推荐方案。

4.3导流洞衬砌
导流洞设计过流断面为9×13m（宽×高）城门型断面，开挖采用不等断面开挖，自上游往下游依次分为A、B、C和D等四种开挖断面，桩号0+000～0+015为A型断面，尺寸12.6×16.6m，衬砌厚度为1.8m；桩号0+015～0+048为B型断面，尺寸12×16m，衬砌厚度为1.5m；桩号0+202～0+215为C型断面，尺寸11.4×15.4m ，C型钢筋砼衬砌厚度为1.2m；其他桩号为D型断面，尺寸11.4×14.4m，其中桩号0+285～0+318、0+368～0+394段衬砌厚度为0.8m，锚喷支护段长175m，喷砼厚度为0.1～0.15m，其余长99m为不衬段，底部采用厚0.2m 素砼找平。

衬砌段均进行回填及固结灌浆。

4.4下闸封堵
根据施工总进度安排，2008年5月底进行下闸蓄水。

水库死水位为132m，其相应的库容为1.9165亿m3，蓄水来水保证率按P＝85%考虑，24天即可蓄至132m。

导流洞封堵闸门采用钢闸门，钢闸门重184t，由设在进水口框架顶部的卷扬机沉放。

封堵期内的外水水头高达94.5m，在国内亦属较高的。

堵头布置在桩号0+103～0+131m，长28m，分两段施工，并在砼内掺加MgO。

5 导流隧洞施工
导流洞采用进出口预留岩坎挡水，分层开挖，每层高约7～8m，分别从进出口两个工作面进行。

2003年11月开始洞身第一层开挖，至2004年1月贯通，开挖高度为7m，采用中导洞先行，两侧扩挖跟进的方法施工，手风钻钻孔，平行孔直眼掏槽，周边光面爆破；第二层开挖高度8m，采用中间拉槽，两侧光爆扩挖的方法施工，钻孔采用手风钻结合潜孔钻，出渣由ZL40侧翻式装载机装15t自卸汽车出渣，其间由于施工干扰，进度受阻，2004年12月方全断面贯通。

光面爆破效果良好，半孔率达到84％，平均起伏差45mm，质量评定为优良。

砼衬砌2004年12月底开始浇筑，施工的顺序是先侧墙，后顶拱，最后底板。

边墙采用竹胶大模板，顶拱采用组合钢模，满堂钢管架支撑，底板采用拖模辅以人工抹平。

顶拱、边墙采用砼泵入仓，底板由搅拌车运直接泄料人工平仓浇筑。

2005年5月完成洞内回填灌浆、固结灌浆及其检查孔的施工。

2005年6月通过验收，随后进行进出口预留岩坎的拆除工作，目前已经历2005年洪水，正在通水运行中。

４。