KET水电站河岸式厂房施工导流方案研究

毛 渐

（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

1 工程概况

KET水电站位于新疆阿勒泰地区富蕴县境内，其主要任务是发电。电站装机容量110MW，多年平均发电量2.42亿kW·h。主厂房由主机间和安装间组成，垂直水流方向从左至右依次为主机间的1#～3#机组及安装间；主机间内设2台45MW+1台20MW水轮发电机组，1#机组为20MW装机的小机组，2#和3#机组为45MW的大机组；主机间全长42.78m，安装间长18.8m，两台大机为1机组段，小机组段尺寸：14.96m×22.3m×36.477m（长×宽×高），大机组段尺寸：27.8m×22.3m×36.477m （长×宽×高）。副厂房尺寸为61.6m×12m×26.635m（长×宽×高）。该工程为Ⅲ等中型工程，电站厂房为3级建筑物，厂房与大坝是独立、非坝后式厂房[1]。发电厂房设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇。枢纽区地震基本烈度8°。

2 施工导流特点

2.1 河床相对较窄

发电厂房位于卡依尔特河 “S”型转弯平直下段，右岸冲洪积扇前缘。厂房即位于山体前坡，Ⅲ级阶地上。尾水渠位于Ⅰ级阶地、河漫滩上。现代河床较窄，宽30～45m。

2.2 洪峰流量大

KET河洪水由季节性积雪消融和降雨混合而成，洪水发生时间主要集中在5～8月份。电站坝址处多年平均径流量9.02亿m3。洪水重现期5年一遇洪峰流量465m3/s，3d洪量80.59亿m3；10年一遇洪峰流量538m3/s，3d洪量93.17亿m3。

2.3 施工期左右岸约束大

2.3.1 左岸

为满足下游农业灌溉用水，在坝址与电站厂房之间位置处修建哈拉萨木森渠首。该渠首 （取水泵房）位于引水电站厂房河对岸处修建。由引渠、前池及进水池等组成。左岸岸坡，地形起伏，坡度30°～50°。

2.3.2 右岸

尾水渠位于卡依尔特河出山口右岸Ⅱ、Ⅰ级阶地，地形起伏，坡度30°～50°。渠道底高程1168.5m，基础大部坐于Ⅰ级阶地、河漫滩含漂石砂卵砾石层上。地表上部出露Ⅱ级阶地，第四系全新统冲积含漂石砂卵砾石（），厚3～4.5m，稍密实。 下伏华力西期晚期片麻状花岗岩（），渐变为花岗片麻岩。现代河床宽32.5m，表层为第四系全新统冲积含漂石砂卵砾石，结构松散，具有架空结构。

3 导流方案比较与选择

3.1 导流方式及时段

厂房对岸即左岸为植被良好的生态保护林地及居民区，同时取水泵站及其引水线路也在左岸，不具备扩宽河床或开挖导流明渠的条件。另外，尾水渠下游110m处为永久跨河大桥，虽大桥与尾水渠之间有山脊穿过，但山脊上还有灌渠穿越，且导流洞出口仍然与生态林和大桥有交叉，存在很大干扰，经分析，左岸不具备导流洞布置条件。

因此，该工程厂房施工导流特点是围堰沿河床右岸紧凑布置，河床束窄率30%，全年围堰挡水，原河床过流的导流方式。

根据厂房工程的布置特点、工程量、施工进度安排，并结合KET河厂房处的水文特性，计划施工导流时段为2018年4月至2019年11月。

3.2 导流方案

围堰与基坑开挖线之间必须留有一定安全距离和施工场地，保证基坑边坡稳定。结合厂房布置特点和施工导流特征，施工条件、围堰布置、基坑开挖及处理难度、河道后期的永久防护等方面综合考虑，重点分析导流建筑物的防渗型式，对此研究了3种方案。

3种方案导流标准为全年5年一遇洪水，相应洪峰流量465m3/s。3种方案围堰布置是一致的，均采用不过水土石围堰围封右岸，围堰轴线基本平行右岸，仅长度和防渗型式不同。

（1）方案1：从基坑防渗范围上讲，是完全围封厂房基坑，围堰轴线设计长382.58m，其中堰0+000m～堰0+253.26m堰体采用土工膜斜墙防渗，基础为混凝土防渗墙防渗。堰0+000m～堰0+100m迎水面采用现浇混凝土板衬砌，与混凝土防渗墙连接，作为河道永久防护；堰0+100m～堰0+200m迎水面采用铅丝石笼护坡；堰0+253.26m～堰0+382.58m：该段地面高程在1175.5～1187m之间，高于堰顶高程1175.5m，采用混凝土防渗墙防渗。

（2）方案2：不完全围封厂房，堰0+000m～堰0+253.26m堰体及基础防渗、堰0+000m～堰0+200m设计同方案1；堰0+253.26m～堰0+382.58m范围内不采取防渗措施，基坑渗水采取抽排。

（3）方案3：不完全围封厂房，堰体及基础防渗分别采用黏土心墙及高喷灌浆防渗墙防渗，抽排同方案2。

3.3 导流方案设计

3.3.1 方案1

根据DL/T 5397—2007《水电工程施工组织设计规范》[2]有关规定及水力学计算，考虑围堰安全超高后的堰顶高程为1174.63+0.87=1175.5m，最大堰高3.5m，顶宽5m，迎水坡1∶2，背水坡1∶1.5。 堰体土工膜斜墙边坡1∶2，墙顶高程1175m。基础混凝土防渗墙墙顶与混凝土基座相连，墙底深入基岩1m。

3.3.1.1 混凝土防渗墙墙厚确定

按《水利水电工程施工组织设计手册》及《大坝基础防渗墙》等说明，防渗墙厚度设计与水力梯度密切相关，在渗透作用下，防渗墙应有足够的抗渗性，防渗墙厚度δ：

式中 δ为防渗墙厚度 （m）；H为防渗墙承受的水头（m）；JP为防渗墙的允许水力梯度；Jmax为防渗墙破坏时的最大水力梯度；K为安全系数。

混凝土防渗墙允许水力梯度可达90，较简单实用，可用于墙厚的初步确定。根据本工程具体情况及水力学分析，在汛期时，堰前水位1174.63m，防渗墙承受水头：H=1174.63-1161.87=12.76m，JP=90，按上式计算，墙厚初步确定0.14m，按允许水力梯度初定墙厚，尺寸较小，施工比较困难，根据施工设备及单排布孔考虑，墙厚一般0.6～0.8m，本工程墙厚拟定0.6m。

3.3.1.2 边坡稳定分析

根据围堰设计和厂房开挖边线，基坑开挖深度较大，最大深度20m，基坑开挖线与围堰边坡距离4m，对开挖后边坡进行了稳定分析。利用边坡稳定分析软件STAB进行计算，计算横断面如图1。

图1 计算横断面

经计算，迎水面边坡稳定安全系数大于3，背水面边坡稳定安全系数为2.4以上，均大于DL/T 5397—2007《水电工程施工组织设计规范》规定的最小抗滑稳定安全系数1.05，符合规范要求。

3.3.2 方案2

（1）堰0+000m～堰0+253.263m：同方案1。

（2）堰0+253.263m～堰0+382.58m：无防渗措施，基坑渗水采用抽排。

（3）混凝土防渗墙设计：同方案1。

（4）边坡稳定：同方案1。

（5）抽排：基坑经常性排水的主要来源是河道渗水，根据施工手册[3]中渗流计算的相关内容说明及本工程实际情况，渗流量可以采用式（3）计算。

单层透水地基的渗流计算公式：

式中 q为单宽渗流量 （m3/h·m）；k1为覆盖层渗透系数（cm/s）；T为覆盖层厚度（m）；H1为上游水深（m）；H2为下游水深（m）；n为绕渗弯曲系数，n=1+0.87T/l；l为渗径长度（m）。

经计算，枯水期及汛期总渗流量分别为61.9m3/h和71m3/h。选用2台100m3/h IS80-65-160离心泵即可解决抽排问题。

3.3.3 方案3

（1）堰0+000m～堰0+253.263m：迎水面设混凝土现浇板和齿墙防冲。

（2）堰0+253.263m～堰0+382.58m：同方案2。

（3）黏土心墙顶宽1m，墙底与高喷灌浆防渗墙连接，灌浆底深入基岩1m。

（4）边坡稳定与渗流量同方案1。

3.4 导流方案比较

防渗墙型式比较如表1，综合比较如表2。

表1 两种防渗技术对比[4-5]

表2 综合比较

由表2可知，从经济角度上方案2最优。从永临结合角度，方案2后期永久防护结合布置更容易合理，防护效果更佳，而方案1、方案3前期需在河床开挖沟槽以施工齿墙，沟槽内渗水量大，抽排强度大，与河道永久防护可结合，但施工环节多、风险大。综合比较，推荐方案2作为施工导流方案。

4 结语

（1）KET水电站厂房基坑挖深较大、基础覆盖层深厚、河床狭窄、导流规模较大，施工难度大和工期紧。

（2）通过研究，选定围封右岸、全年河床过流的导流方式。

（3）导流建筑物的防渗型式采用土工膜斜墙和混凝土防渗墙可成功解决永久防护问题，该方案施工难度较小，风险较低。