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简介： 马鹿塘水电站二期工程总装机容量3×80MW，混凝土面板堆石坝最大坝高154m，采用围堰一次断流、隧洞泄流的导流方式。
关键字：马鹿塘水电站二期工程 施工导流

1 工程概况

　　马鹿塘水电站二期工程位于云南省文山州境内最大的河流盘龙河上，麻栗坡县境内，电站距麻栗坡县城公路里程36km，距文山公路里程116km，距昆明公路里程439km。

　　二期工程以发电为主要开发目的，总装机容量3×80MW，死水位▽555m，正常蓄水位▽627m，总库容5.4565×10⁸m³，水库具有年调节能力。工程等别为Ⅱ等大（2）型，主要建筑物级别为2级（大坝及溢洪道为1级）。工程枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、左岸岸边溢洪道、右岸放空隧洞、右岸引水隧洞、调压井、压力钢管道、地下发电厂房及附属洞室等组成。混凝土面板堆石坝最大坝高154m，坝顶高程634m，坝顶长度493.399m。溢洪道引渠底板高程612m，堰顶高程617m，设3个10m×10m的表孔。放空隧洞进口高程538m，全长650.849m，有压段洞径6.6m。电站进水口底板高程540m，一、二期共用引水隧洞和调压井，一、二期厂房全部机组发电最大引用流量144m³/s，引水隧洞洞径7m，总长3147m；压力管道采用平洞—斜井—平洞—斜井—平洞的连接方式，‘一管三机’，总长733.725m。地下厂房洞室群包括主、副厂房、主变尾闸室、尾水隧洞及交通运输洞等建筑物，地面GIS开关站及出线场位于一期厂房上游，主副厂房尺寸103m×18.2m×42.29m；主变尾闸室尺寸106.48m×16.62m×17.855m。

　　工程区河谷深切，左岸陡，右岸缓，呈不对称的“V”型谷，河道狭窄，水流湍急，落差相对集中，多处形成跌坎。坝址处河段水位高程489m～485m，河面宽25m~30m。河床冲积层厚3m～4m，最深约8m。枢纽区基岩主要为眼球状花岗质黑云混合片麻岩夹少量条痕状花岗混合片麻岩及变质白岗岩，构造简单，片麻理产状呈单斜构造特征。区内无区域性断裂通过，但距南温河断裂和文麻断裂较近。

　　工程所在的盘龙河系红河左岸的一条支流，发源于云南省砚山县阿舍乡尼龙拱，经砚山县西部地区，纵贯文山县境，沿马关、西畴县界进入麻栗坡县内，于船头村下游1.4km处流入越南后称泸江，并在越南境内汇入红河。在我国境内全长225km，工程枢纽位于畴阳河口至曼棍的河段上，该河段平均坡降达38.4‰，坝址控制流域面积5878km²，坝址处多年平均流量为80.3m³/s。

　　流域地表水系不很发育，多地表闭流区、盲谷和暗河，暗河水量丰富，在最枯时也有7m³/s左右的流量，是枯期径流的重要组成部分。所以，河段中下游具有枯水不枯、洪水不大的水文特性。流域洪水由暴雨形成，大洪水多发生在6月～9月，与暴雨时间相对应，一次洪水主要由3天降雨形成。水文资料见表1、表2：

表1 坝址施工洪水成果表 单位：m³/s

时段频率P（%）25102011月～5月最大65552442231212月～5月最大58643031120011月平均12611295.612月平均82.074.566.3

表2 坝址各频率洪峰成果表

频率（%）0.512510流量（m³/s）22902000172013501080

　　工程施工期向下游供水最小流量为23.6 m³/s，下游无通航及过木要求。

2 施工导流

　　2.1 导流标准

　　本工程属Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物级别为2级（大坝及溢洪道为1级），次要建筑物为3级。导流建筑物保护对象为1、2级永久建筑物，工程所在地下游有国家级天保口岸，目前没有重要城镇和工矿企业，围堰使用年限为0.5年（小于3年），围堰高度为13m（小于50m），相应库容小于0.1亿m³，根据规范规定，本工程导流建筑物级别定为Ⅳ级。

　　结合本工程实际，导流时段划分如下：

　　初期导流：河道截流后至坝体临时挡水前的时段。

　　中期导流：坝体临时挡水至导流泄水建筑封堵前的时段。一汛临时坝体挡水库容约0.054×10⁸m³，二汛临时坝体挡水库容约0.902×10⁸m³，三汛临时坝体挡水库容约1.702×10⁸m³。

　　后期导流：导流泄水建筑封堵后至永久挡水及泄洪建筑物投入运行之前的时段。

　　各导流时段导流设计标准见表3：

表3 施工导流标准

项 目时 段设计标准P（%）设计流量（m³/s）初期围堰挡水第2年11月～第3年５月5（时段）524中期坝体临时度汛断面挡水第3年6月～第3年10月5（全年）1350围堰挡水第3年11月～第4年5月5（时段）524坝体临时度汛断面挡水第4年6月～第5年5月1（全年）2000坝体临时度汛断面挡水第5年6月～第5年10月0.5（全年）2290后期坝体临时度汛断面挡水第5年12月～第6年5月5（时段）430截流第1年11月上旬10（11月平均）112左岸导流洞下闸第5年11月上旬10（11月平均）112

　　2.2 导流方式

　　二期工程坝址处地形为“V”形河谷，河道狭窄，两岸地形坡度较陡，无天然滩地、台地可以利用，两岸岩石主要为花岗岩，岩石完整坚硬，具备成洞条件。因此，本工程采用围堰一次断流、隧洞泄流的导流方式。初期河床一次断流、土石围堰挡水、导流洞泄流；中期采用坝体临时度汛断面挡水，导流洞泄流；后期导流洞下闸封堵后由放空洞泄流。

　　2.3 导流程序

　　结合施工总进度安排，本工程截流于第2年11月上旬进行，截流后的第一个枯水期由上游枯期围堰及下游围堰挡水，导流洞泄流。截流后第一个汛期由坝体临时度汛断面挡水，导流洞泄流；第二个枯水期由恢复的上游枯期围堰挡水，导流洞泄流，进行一期面板混凝土施工，第二个汛期和第三个汛期由坝体临时度汛断面挡水，导流洞泄流；第四个枯水期由坝体临时度汛断面挡水，进行二期面板混凝土施工，第5年11月上旬导流洞下闸，水库蓄水，12月～次年5月，导流洞封堵，右岸放空洞泄流；第6年6月以后由坝体挡水，永久泄洪建筑物泄流。

　　施工导流程序见表4：

表4 导流程序表

施 工 时 段设计标准设计流量堰/坝顶高程堰/坝前水位泄水建筑物流量备 注导流洞放空洞机组年、月、日%m³/smmm³/sm³/sm³/s2.11.1以前原河床过流修建左岸导流洞2.11.1～2.11.1010（11月）112496（堰）495.3911211月上旬截流2.11.11～3.5.315（11～5月）524503（堰）502.09524围堰挡水3.6.1～3.10.315（全年）1350515（坝）509.241350坝体度汛断面挡水3.11.1～4.5.315（11～5月）524503（堰）502.09524一期面板施工4.6.1～5.5.311（全年）2000565（坝）515.532000坝体度汛断面挡水5.6.1～5.10.310.5（全年）2290585（坝）523.782290坝体度汛断面挡水5.1110（11月）112613（坝）495.3911211月1日导流洞下闸5.12.1～6.5.315（12～5月）430618（坝）560.3635773二期面板施工6.6.1以后永久泄水建筑物过流，第6年6月1日二期工程三台机组全部发电
　　2.4 导流建筑物设计

　　（1）围堰

　　堰型选择的原则：安全可靠，能满足稳定、防渗、抗冲的要求；构造简单，施工方便，宜于拆除并能充分利用当地材料及开挖渣料；堰基易于处理，堰体便于与岸坡或已有建筑物连接；在预定工期内可修筑到需要的断面和高程；具有良好的技术经济指标。本工程开挖渣料中全风化料及石渣料丰富；堰址处河床冲积层厚度平均仅有4m左右，围堰最大挡水水头约13m，围堰基础及堰体采用粘土斜墙加铺盖能满足防渗要求；土石围堰能充分利用开挖渣料，地基适应性强，造价低，施工简便，因此本工程上、下游围堰均采用土石围堰。

　　上游围堰在截流后第一个枯水期挡水，汛期自溃，由坝体临时度汛断面挡水。围堰

　　设计洪水标准为P=5%，Q=524 m³/s（11月～5月），堰前水位502.09m，围堰顶高程503.00m，顶宽10m，围堰最大高度约13m，围堰基础及堰体采用粘土斜墙加铺盖防渗，防渗铺盖长32m。围堰边坡：上游水下部分为1：5，水上部分为1：3，下游为1：1.5。截流戗堤位于围堰体内，顶高程为496.00m。本工程上游围堰邻近导流洞进口，围堰坡脚距一期混凝土坝挑流鼻坎及冲沙道出口分别为70m和20m，为满足围堰抗冲要求，在围堰坡脚堆砌钢筋石笼护坡。根据坝体施工进度安排，截流后第二个枯水期，为进行一期面板混凝土施工，需重新修复上游围堰。

　　下游围堰在截流后第一个枯水期挡水，汛期自溃，由坝体临时度汛断面挡水。围堰设计洪水标准为P=5%，Q=524 m³/s（11月～5月），堰前水位483.92m，围堰顶高程485.50m，顶宽10m，围堰最大高度约10.00m，围堰基础及堰体均采用粘土斜墙加铺盖防渗，防渗铺盖长28m。围堰边坡：迎水面为1：4.5，背水面为1：1.5。

　　为满足永久水工建筑物泄水要求，下游围堰需全部拆除。

　　（2）导流隧洞

　　根据坝址处地形、地质、施工洪水及一、二期水工枢纽布置等条件，综合考虑各期导流要求，施工期在左岸布置一条导流隧洞，在下闸蓄水后和导流洞封堵前的时段，利用导流洞1^#施工支洞，通过导流隧洞后段向下游供水。导流洞布置详见图1。

　　导流洞断面形状采用方圆形，洞长593.277m，隧洞底坡i=2.425%，进口底板高程492.00m，出口底板高程478.00m。隧洞断面尺寸除满足各期导流要求外，还应保证一期工程的大坝（坝顶高程518m）和电站进水口的正常运行，即发生100年一遇洪水时（Q=2000m³/s，一期大坝设计洪水），一期大坝不被淹没。通过水力学计算，如果导流洞全洞段用混凝土衬砌，所需过水断面尺寸为11m×13m（宽×高）。根据可研阶段地质勘察成果，导流隧洞洞身段多为I、II类围岩，地质条件较好，考虑导流隧洞的临时性和节省工程投资，隧洞部分洞段的边顶拱可不需混凝土衬砌，但为满足过流量的要求，隧洞过水断面尺寸需相应扩大至13.2m×13.6m（宽×高）。

　　导流隧洞全洞段衬砌方案和部分洞段衬砌方案各项目的比较见表5：

表5 衬砌方案比较表

项目部分洞段二次支护全洞段二次支护断面型式方圆形方圆形全断面衬砌段断面尺寸（m×m）12×1311×13底板衬砌段断面尺寸（m×m）13.2×13.6/流量系数0.610.71出口断面面积（m²）143.912132.842石方洞挖（10⁴m³）13.2912.20混凝土（10⁴m³）2.473.21

　　由表5可见：在满足隧洞泄流能力和安全支护的前提下，隧洞局部洞段边顶拱喷锚支护、底板混凝土衬砌相应于全洞全断面混凝土衬砌洞挖工程量增加1.09×10⁴m³，混凝土减少0.74×10⁴m³，相对较优，故采用隧洞局部洞段边顶拱喷锚支护、底板混凝土衬砌的支护方式。

　　由于一、二期工程挡水建筑物距离较近，导流洞进口紧邻一期大坝布置，施工期导流洞过流时抬高了一期大坝下游水位，降低了一期工程泄水建筑物的泄流能力，尤其在汛期会影响泄洪冲沙道正常冲沙，因此二期工程施工时对一期电站的正常运行会有一定影响。另外，根据水工模型试验成果，二期工程施工期间上游多余来流量通过一期大坝溢流表孔进入下游，导流洞进口流态较好；若通过泄洪冲沙道下泄上游来水，上游围堰堰前水流波动较大，导流洞进口流态较差，因此二期工程施工期间，尤其在枯期，需要一期工程尽量利用溢流表孔下泄上游来水。

　　2.5 截流

　　根据水文特性及施工总进度安排，截流时段选在第2年11月上旬。截流流量选用11月份10年一遇月平均流量，Q=112m³/s。采用右岸单戗堤单向立堵进占的截流方式，截流戗堤顶高程为496m，顶宽10m。龙口位置选在靠左岸河床。经初步计算龙口最大落差约3.2m，最大流速约3.9m³/s。

　　2.6 基坑排水

　　基坑排水包括基坑开挖前的初期排水和基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水。

　　初期排水主要包括基坑积水、围堰和基坑渗水等。基坑内积水体积为13×10⁴m³，水深为7m，初期排水总量用1.5倍基坑积水量估算。按7天排干计算，基坑水位平均下降速度为1m/d，排水强度约1160 m³/h。经常性排水包括围堰和基坑渗水、降水、施工废水等。排水设备用量由初期排水强度决定，选择IS150-125-315型水泵8台，其中2台为备用，水泵布设在上、下游围堰堰顶上。

图1 马鹿塘水电站二期工程施工导流平面布置图

　　2.7 下闸蓄水

　　根据施工总进度安排，拟定于第5年11月导流洞下闸，水库蓄水，下闸设计流量采用10年一遇的11月平均流量，Q=112m³/s。导流洞封堵时段为12月~5月，采用该时段20年一遇洪水标准，相应流量Q=430m³/s。

　　水库蓄水期间为满足电站下游用水要求，最小下泄流量为23.6 m³/s。导流洞下闸后，由供水洞（导流洞1^#施工支洞改造）经导流洞后段向下游供水，供水洞内设三个蝶阀。水位蓄至520.11m高程后，关闭一个蝶阀；蓄至523.00m高程后，再关闭一个蝶阀；蓄至540.67m高程后，关闭第三个蝶阀，由放空洞（进口高程538m）向下游供水，通过放空洞工作弧门控制下泄流量。当供水洞蝶阀全部关闭后，进行导流洞封堵。

　　水库蓄水按入库流量85%保证率计算，经计算，蓄水至555m高程（水库死水位）需26天。

3 设计体会

　　马鹿塘水电站二期工程采用了混凝土面板堆石坝枢纽常用的枯期围堰挡水，隧洞泄流的导流方式，即：枯期采用较低的围堰挡水、隧洞导流，抓紧时机进行坝基处理和坝体堆石填筑；汛期利用升高到挡水标准的坝体临时断面拦洪渡汛。

　　和其它工程相比，本工程施工导流设计受一期工程的影响很大，主要表现为：

　　①二期工程趾板基础开口线距一期大坝溢流堰挑坎距离不到160m，留给二期工程上游围堰和导流洞进口明渠布置的空间十分有限；②一期大坝坝顶高程518m，比二期大坝低了116m，二期工程导流洞的泄流能力既要满足施工期间各导流时段的过流要求，还要保证一期大坝不被淹没，经水力学计算和水工模型试验验证，导流洞规模主要由后者决定，由此造成二汛、三汛坝体临时断面高程远远高于其坝前水位。

4 结语

　马鹿塘水电站二期工程即将开工建设，需详细、深入地进行施工导流设计，妥善解决施工中可能出现的问题。