施工导流专题研究报告

金沙江向家坝水电站可行性研究报告·1·1引言向家坝水电站位于四川省宜宾县和云南省水富县交界的金沙江下游河段，是金沙江下游河段梯级开发规划的最末一个梯级电站，其开发任务以发电为主，同时改善上游通航条件，结合防洪和拦沙，兼顾灌溉，并且具有为上游梯级进行反调节的作用。电站总装机容量6000MW，年平均发电量307.47亿kW·h，是一个巨型电站。由于向家坝坝址的特殊地形地质、河道水文特性和水工枢纽布置方案等，该工程施工导流问题技术条件复杂、难度大，为搞好施工导流设计，从预可行性研究到可行性研究，对工程导流技术问题均进行了深入的研究。1.1历史成果与结论在以前各阶段的研究中，根据向家坝工程的特点，先后对分期、明渠和隧洞导流方式进行了研究，经预可行性研究审查，同意推荐分期导流方式。预可审查后工作重点放在分期导流方式的研究上，分别对第一期先围左岸、第一期先围右岸及一期是否围左岸坝后厂房和临时船闸等5种不同组合的分期导流方案进行了研究，并在可研专题审查会上肯定了一期围左岸，二期围右岸的两期导流方案。1996年5月预可行性研究报告通过审查，关于导流专业的审查意见为“同意采用分期导流方式，导流建筑物等级按三级设计，采用土石围堰，其设计标准暂按全年50年一遇洪水”。1997年4月可研中间报告专题审查会对导流专业的相关审查意见为：“同意设计推荐的一期围左岸，二期围右岸的两期导流方案；设计采用的一期50年一遇导流设计洪水标准偏高、建议适当降低；同意二期导流设计洪水标准采用50年一遇洪水；设计推荐的一、二期导流建筑物的结构形式基本可行”。1.2研究思路根据国家发展计划委员会办公厅计办基础[2002]1618号文件‘力争溪洛渡和向家坝水电站“十五”期间能开工建设’的精神要求和向家坝工程目前的各项进展，向家坝水电站施工总进度按2005年开工设计。施工导流设计主要在以前各阶段研究成果的基础上，根据新的基础资料和可行性研究编制规程要求，重点对导流方案的选择、推荐导流方案的布置、导流标准与流量、·2·专题报告20施工导流专题研究报告一期围堰防冲保护、二期泄水建筑物、后期导流与度汛、主要导流建筑物结构设计和截流等问题进行研究，并对二期纵向围堰上游段地基覆盖层处理、施工期客货过坝问题进行专题研究。金沙江向家坝水电站可行性研究报告·3·2导流特性与条件2.1地形条件坝址位于向家坝峡谷河段出口处，河流大体自西向东流，河谷形态呈不对称的“U”型，底宽500m左右，高程380.00m时河谷宽度约822m。坝址常年枯水位266.50m时，主河槽在右侧，水面宽度160～220m，水深3～10m。河床左侧为砂砾石堆积的大滩坝，长度约1500m，宽度200～300m，具备一期在左岸砂砾石滩上修筑土石纵向围堰的条件；坝轴线下游河床右侧分布有一片基岩高漫滩——礁滩，礁顶高程278.00m。坝址两岸地形整齐，除左岸下游的磨刀溪外无较大冲沟切割。两岸山势总体向下游倾斜，岸坡微地貌形态受地层岩性控制呈阶坎状，由厚层至巨厚层砂岩组成的T32-6和T34等岩组出露地段多形成陡坎，泥质岩石含量较高、单层厚度较薄的T33和J1-2z岩组分布地段构成缓坡，陡坡段基岩裸露，缓坡段被第四系崩坡积物或残坡积物覆盖。左岸边坡走向约290°，坡顶前缘高程375.00～575.00m，临江坡高105～305m，自然坡度为25°～50°；右岸边坡走向由300°逐渐偏转至340°，向下游敞开，坡顶前缘高程400.00～575.00m，临江坡高130～305m,自然坡度为28°～64°。2.2地质条件2.2.1围堰基岩条件围堰地基的下伏基岩主要是T32和T33岩层。二期上游横向围堰、二期纵向围堰上游段堰基及坝基下伏岩体为T32岩组，以中至巨厚层的砂岩为主，仅夹少量泥质岩石透镜体。二期纵向围堰下游段和下游围堰地基为T33岩组，为薄至中厚层粉细砂岩、粉砂岩夹薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，并夹有7层薄煤。浅表层岩石一般呈中等风化或微风化，受构造影响，节理裂隙较发育，岩体完整性较差，岩体质量一般为Ⅲ～Ⅳ类。基岩除构造破碎带需局部处理外，承载力均能满足要求。钻孔压水试验的岩石透水率q除少量孔段外，一般都处于0～100Lu范围内，属弱到中等透水岩石。2.2.2堰基覆盖层的组成与特性河床基岩面总体倾向上游，倾角为1°～6°，具有下游高、上游低，中间高、两侧低的特点，覆盖层厚度变化在0.2～67.5m之间，因此，围堰的不同部位覆盖层厚度差别较大。·4·专题报告20施工导流专题研究报告由于沉积环境和季节性水流条件的差别，河床覆盖层层次结构复杂，单层连续性差，物资组成极不均一。覆盖层主要为卵砾石夹砂和砂层，含块(碎)石和崩石、粉砂土、砂壤土以及淤泥质土，其组成大致可以归并为3大层，从上至下依次为：①砂卵砾石层，局部地段在底部堆积含卵砾石的砂壤土；②砂层，各处粒度成分悬殊，级配不良，空间分布大都呈透镜状，局部夹有透镜状砂壤土或淤泥质土；③含崩(块)石的砂卵砾石层。各层的分布高程、颗粒组成及渗透特性如下。①砂卵砾石层：广泛分布于左侧大滩坝及主河道表部，一般厚8～26m，层底高程一般在245.00～260.00m，以卵砾石为主，其含量占70%～80%，中间粒径少，细粒砂含量约为20%～30%。该层不均匀系数大，级配不良，曲率系数(Cc)一般大于3.0，为不良级配砾。卵砾石磨圆度较好，粒径主要在2～15cm之间，少数达15～20cm，原岩以灰黑色玄武岩、紫红或灰白色砂岩、石英砂岩为主。该层的天然干密度一般为1.76～2.11g/cm3，属中密状态，渗透系数K=A×10-1cm/s,为强透水层，砂卵砾石层可能的渗透变形形式为管涌。②砂层：为黄褐色、黄色或灰白色粉细～中粗砂夹少量卵砾石，部分钻孔揭露为粉砂土或砂壤土，最大单层厚度31.60m，一般厚2～15m。在大坝坝趾以上砂层分布较连续，往下游呈断续的透镜状，底板高程一般在230.00～255.00m。砂层总体以中细砂为主，局部含淤泥质土，具较好的分选性，部分含有约5%～10%的粘粒及少量砾石。砂层一般呈透镜状展布，且不能同时满足不均匀系数Cu≥5和曲率系数Cc=1～3的良好级配标准，属不良级配砂。天然干密度为1.54g/cm3左右，处于中密状态，渗透系数K=A×10-2cm/s～A×10-3cm/s,属中等透水量级，其可能的渗透变形形式为流土。③含崩(块)石的砂卵砾石层：该层一般分布在覆盖层的中下部，最大厚度29m，顶板高程一般在230.00～250.00m，局部高程220.00m。该层砂卵砾石与第①层相类似，其突出的特点是普遍含有块径不等的崩(块)石。据钻孔资料统计，在左岸大滩坝上的钻孔中钻遇崩(块)石的机率约56%，在坝轴线附近更是高达70%以上。崩(块)石的平均块径1.26m,最大5.80m。母岩主要为灰白色中细砂岩、细砂岩和少量石英砂岩，系两岸谷坡崩塌堆积形成，大都呈微风化到新鲜状态。由于崩(块)石的块径大，埋深大，分布范围广，对土石围堰的防渗施工将带来一定的困难，应采取相应措施。除上述三个大层外，河床覆盖层中还零星分布有砂壤土或含砾质砂壤土、含砂壤土的卵砾石、淤泥质粘土、含泥质淤泥质粉细砂层、粘土或含砂质粘土，以透镜状形金沙江向家坝水电站可行性研究报告·5·式分布于覆盖层中不同部位，其厚度一般在3～5m左右，延伸范围也较小，从数米到数十米不等。河床覆盖层主要物理力学参数建议值见表2.2.2。表2.2.2河床覆盖层主要物理力学参数建议值表土类比重密度抗剪强度压缩性允许承载力渗透系数允许坡降△sρφCa1－2ERKif—g/cm3°MPaMPa-1MPaMPacm/s—卵砾石夹砂2.822.253800.025500.2～0.3100～10-20.1～0.15砂层2.781.742900.18100.110-2～10-40.5～0.72.3水文特性2.3.1径流特性根据1939～1998年流量资料统计，坝址多年平均流量4570m3/s，多年平均年径流量1440亿m3，最大年平均流量为6390m3/s，最小年平均流量为3280m3/s，最大、最小年平均流量分别为多年平均流量的1.392和0.715倍，年际变化相对稳定；径流年内分配与降水量年内变化一致，7～9月份3个月流量占全年的53.98%，向家坝坝址各月多年平均流量及其年内分配见表2.3.1；实测最大流量29000m3/s，实测最小流量1060m3/s。表2.3.1向家坝坝址各月多年平均流量及其年内分配表项目6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月水文年平均流量(m3/s)48809430100009920669034602170162013901310150022404570分配比例(%)8.7717.5218.5717.8312.436.224.033.012.332.432.704.16100合计(%)75.1224.881002.3.2洪水特性金沙江流域洪水主要由降雨形成，洪水特性与暴雨特性基本一致，大洪水发生时间主要集中在每年的6～10月份，其中7～9月份出现次数最多，据已有水文资料各年最大洪峰统计，洪峰出现在7～9月份的占93.3%左右。因受流域自然地理条件、流域形状和暴雨特性影响，金沙江洪水年际变化比较稳·6·专题报告20施工导流专题研究报告定，洪水过程具有底水高、历时长、连续多峰的特点。根据年最大洪水统计，单峰出现次数占25%，双峰占28%～37%，复峰占37%～47%；汛期(6～10月份)日平均流量保持在5000m3/s以上。如1974年洪水，日平均流量大于10000m3/s的时间长达93天，连续出现6个洪峰，且主峰靠后。向家坝坝址最大洪峰流量设计成果见表2.3.2-1，分期时段最大洪峰流量设计成果见表2.3.2-2，枯水期各月最大洪峰流量设计成果见表2.3.2-3。表2.3.2-1向家坝坝址洪峰流量设计成果表项目0.1%0.2%0.5%1%2%5%10%20%洪峰流量(m3/s)4370041200376003480032000282002510021800表2.3.2-2分期时段洪峰流量设计成果表时段频率(%)12510205010月1日～次年4月30日1960018100159001420012300931010月1日～次年5月31日1960018100159001420012300931010月1日～次年6月30日20300188001680015100133001050011月1日～次年4月30日87508100722065105740455011月1日～次年5月31日89308270737066505860465011月1日～次年6月30日1850016900148001310011300853012月1日～次年4月30日41503930363033703090263012月1日～次年5月31日622057605140463040903240注：流量单位m3/s。金沙江向家坝水电站可行性研究报告·7·表2.3.2-3各月最大洪峰流量设计成果表时段频率(%)1251020501月份2660253023602220207018102月份2010193018301740164014803月份1910184017501670159014404月份3110293026702460223018805月份61305660501045003940309010月份1960018000159001420012300929011月份86007990715064705740459012月份396037603490326030102600注：流量单位m3/s。2.4水工枢纽布置向家坝水电站大坝挡水建筑物按从左至右的顺序：由左岸非溢流坝段、冲沙孔坝段、升船机坝段、左岸厂房坝段、泄水坝段及右岸非溢流坝段组成，坝顶高程383.00m；泄水坝段位于主河槽中部略靠右侧，泄洪采用表孔、中孔联合泄洪的方式，中表孔间隔布置，共布置10个中孔及12个表孔，坝段前缘总长248.00m；布置导流泄水建筑物的河床挡水坝段位于