[四川]大型水电站工程大坝施工导流设计专题研究报.docx

目 录

1 引言 1
1.1 历史成果与结论 1
1.2 研究思路 1
2 导流特性与条件 3
2.1 地形条件 3
2.2 地质条件 3
2.2.1 围堰基岩条件 3
2.2.2 堰基覆盖层的组成与特性 3
2.3 水文特性 5
2.3.1 径流特性 5
2.3.2 洪水特性 5
2.4 水工枢纽布置 7
2.5 施工期通航过木 7
3 导流标准 8
3.1 一、二期导流标准 8
3.1.1 水文资料及溃堰洪水分析 8
3.1.2 不同导流标准的技术经济比较 10
3.1.3 导流风险分析 12
3.1.4 一、二期导流标准选择 21
3.2 后期导流标准 21
3.3 截流、下闸、封堵及蓄水标准 21
3.4 超标准洪水的应急措施 22
3.4.1 一期工程应急措施 22
3.4.2 二期工程应急措施 23
4 导流方式与方案 24
4.1 导流方式 24
4.1.1 导流特性 24

4.1.2 导流方式选择 24
4.2 导流方案 25
4.2.1 导流方案设计前提 25
4.2.2 导流布置原则 25
4.2.3 导流方案拟定 25
4.2.4 导流方案初选 30
4.3 主要方案比选 32
4.3.1 一期围左岸、二期围右岸，设临时船闸方案(方案4) 32
4.3.2 一期围左岸、二期围右岸，不设临时船闸方案(方案6) 34
4.3.3 左岸小明渠方案(方案7) 35
4.3.4 方案比较 36
4.3.5 方案选择 40
4.4 推荐导流方案试验验证 43
4.4.1 一期导流 43
4.4.2 二期导流 43
4.4.3 后期导流 43
5 推荐导流方案的优化 44
5.1 一期导流围堰布置 44
5.2 二期导流泄水建筑物比选 44
5.2.1 底孔尺寸及缺口高程比较 45
5.2.2 底孔数量与缺口宽度比较 47
5.2.3 底孔与缺口高程的比较 48
5.3 后期导流与度汛 49
5.3.1 导流程序与标准 49
5.3.2 度汛方案比较 49
6 导流建筑物的设计 51
6.1 一期土石围堰 51
6.1.1 围堰设计条件 51
6.1.2 围堰结构型式 52

6.1.3 防冲设计 55
6.1.4 平面渗流计算与分析 57
6.1.5 围堰边坡稳定分析 60
6.1.6 应力变形计算与分析 63
6.2 二期土石围堰 73
6.2.1 围堰的布置 73
6.2.2 围堰地质条件 73
6.2.3 围堰结构型式与断面 74
6.3 二期混凝土纵向围堰 75
6.3.1 围堰的布置及地质条件 75
6.3.2 纵向围堰大坝上游段 76
6.3.3 纵向围堰与永久坝体结合段 83
6.3.4 纵向围堰大坝下游段 84
6.4 导流底孔的结构设计 85
6.4.1 导流底孔的布置 85
6.4.2 结构计算工况与参数 85
6.4.3 计算模型 86
6.4.4 计算结果分析 87
6.4.5 底孔抗冲磨、空蚀设计 89
6.4.6 二期与后期底孔泄水模型试验 90
7 导流建筑物的施工 91
7.1 土石围堰施工 91
7.1.1 一期土石围堰 91
7.1.2 二期土石围堰 93
7.2 混凝土围堰施工 95
7.2.1 沉井的施工 95
7.2.2 混凝土施工 98
7.3 围堰的拆除 98
7.3.1 一期围堰的拆除 98
7.3.2 二期围堰的拆除 99
8 截流设计 100
8.1 截流时段及标准 100
8.2 截流方式 101
8.3 截流戗堤布置及龙口选定 102
8.3.1 截流戗堤布置 102
8.3.2 龙口位置 102
8.3.3 龙口宽度选定原则 102
8.4 截流方案 102
8.4.1 截流方案拟定及截流水力计算 102
8.4.2 龙口护底研究 107
8.4.3 截流方案比较与选择 107
8.5 截流布置及施工 108
9 下闸蓄水与封堵 110
9.1 下闸 110
9.2 蓄水 111
9.3 封堵 113
10 施工期客货过坝处理 114
10.1 航运现状 114
10.1.1 航道现状 114
10.1.2 过坝客货运量现状 114
10.2 设计客货运量 115
10.3 施工期客货过坝方案拟定 116
10.4 方案比较 117
10.4.1 通航条件 117
10.4.2 对工程进度的影响 117
10.4.3 投资分析 118
10.4.4 方案选择 118

附 图：
1 工程总体布置图
2 一期纵向土石围堰工程地质剖面图
3 二期纵向混凝土围堰工程地质剖面图
4 一期导流布置图(推荐方案)
5 二期导流布置图(推荐方案)
6 各期施工形象示意图(推荐方案)
7 导流方案1、2、3、5导流布置示意图
8 导流方案4一期导流布置图
9 导流方案4二期导流布置图
10 导流方案7一期导流布置图
11 导流方案7二期导流布置图
12 导流方案7三期导流布置图
13 导流底孔布置图
14 二期纵堰大坝上游段结构布置图(1/2)
15 二期纵堰大坝上游段结构布置图(2/2)
16 二期纵向围堰与永久结合段布置图
17 一期土石围堰施工布置图
18 二期土石围堰施工布置图
19 一、二期土石围堰防渗体系轴线展开图
20 一期工程施工控制性进度表
21 施工总进度表

1 引言
XX水电站位于XX省XX县和XX省XX县交界的XX江下游河段，是XX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XX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XX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XX和XX水电站“十五”期间能开工建设’的精神要求和XX工程目前的各项进展，XX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、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。

2 导流特性与条件
2.1 地形条件
坝址位于XX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。

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
△s
ρ
φ
C
a1－2
E
R
K
if
—
g/cm3
°
MPa
MPa-1
MPa
MPa
cm/s
—
卵砾石夹砂
2.82
2.25
38
0
0.025
50
0.2～0.3
100～10-2
0.1～0.15
砂 层
2.78
1.74
29
0
0.18
10
0.1
10-2 ～10-4
0.5～0.7

2.3 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%，XX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 XX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)
4880
9430
10000
9920
6690
3460
2170
1620
1390
1310
1500
2240
4570
分配比例(%)
8.77
17.52
18.57
17.83
12.43
6.22
4.03
3.01
2.33
2.43
2.70
4.16
100
合计(%)
75.12
24.88
100

2.3.2 洪水特性
XX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，XX江洪水年际变化比较稳定，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。
XX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 XX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)
43700
41200
37600
34800
32000
28200
25100
21800
表2.3.2-2 分期时段洪峰流量设计成果表
时 段
频 率 (%)
1
2
5
10
20
50
10月1日～次年4月30日
19600
18100
15900
14200
12300
9310
10月1日～次年5月31日
19600
18100
15900
14200
12300
9310
10月1日～次年6月30日
20300
18800
16800
15100
13300
10500
11月1日～次年4月30日
8750
8100
7220
6510
5740
4550
11月1日～次年5月31日
8930
8270
7370
6650
5860
4650
11月1日～次年6月30日
18500
16900
14800
13100
11300
8530
12月1日～次年4月30日
4150
3930
3630
3370
3090
2630
12月1日～次年5月31日
6220
5760
5140
4630
4090
3240
注：流量单位m3/s。

表2.3.2-3 各月最大洪峰流量设计成果表
时 段
频 率 (%)
1
2
5
10
20
50
1月份
2660
2530
2360
2220
2070
1810
2月份
2010
1930
1830
1740
1640
1480
3月份
1910
1840
1750
1670
1590
1440
4月份
3110
2930
2670
2460
2230
1880
5月份
6130
5660
5010
4500
3940
3090
10月份
19600
18000
15900
14200
12300
9290
11月份
8600
7990
7150
6470
5740
4590
12月份
3960
3760
3490
3260
3010
2600
注：流量单位m3/s。

2.4 水工枢纽布置
XX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升船机坝段左侧，建基面高程222.00～250.00m。
升船机坝段位于河床左侧，坝段宽29.60m，坝块沿升船机轴线长115.50m。升船机中心线与坝轴线交角为90°，由上游引航道、上闸首、塔楼段、下闸首和下游引航道等五部分组成，全长1260m；塔楼段总长116m，总宽46m。
右岸地下厂房、左岸坝后厂房各装机4台，单机容量均为750MW。左岸坝后厂房安装间与通航建筑物立体交叉布置，在导流底孔顶部布置回车场、副厂房及进厂交通道路。
2.5 施工期通航过木
根据国务院1998年发布的关于禁止采伐长江中上游天然森林的决定，XX江上游河段不再砍伐和漂送木材，因此，XX水电站施工期不考虑漂木要求。
XX江XX至新市镇段为通航河段,坝址位于其中的XX至新市镇Ⅴ级航道段范围内,目前该段航道水运客、货运量逐年呈直线下降的趋势,但仍有部分客货船只在营运，因此，施工期应根据发展趋势给予考虑。
3 导流标准
XX水电站工程水库总库容51.63亿m3，电站装机容量6000MW。根据GB50201-94《防洪标准》及DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定，本工程为一等大(1)型工程。永久性主要水工建筑物—挡水建筑物、泄洪消能建筑物、冲排沙建筑物、引水发电系统等均为1级建筑物。
3.1 一、二期导流标准
根据本工程一、二期围堰工程规模，围堰的保护对象，围堰失事后果及围堰的使用年限，参照SDJ338-89《水利水电工程施工组织设计规范(试行)》，确定一期导流建筑物级别为Ⅳ级，二期导流建筑物级别为Ⅲ级。XX水电站一、二期导流挡水建筑物级别划分指标见表3.1。
表3.1 一、二期导流挡水建筑物级别划分指标表
项目
保护
对象
失事后果
使用
年限
围堰工程规模
建筑物
级 别
堰高(m)
库容(亿m3)
一期
围堰
1级永久
建筑物
影响总工期及
第1台机组发电
2
27.15～28.80
1.70～1.95
Ⅳ
二期
围堰
1级永久
建筑物
影响XX县及XX市，并影响工期
＞3
47.30～49.80
4.41～5.09
Ⅲ

经围堰型式综合比较，第一期选用土石类围堰，第二期纵向、横向分别选用混凝土和土石类围堰，根据上述规范，Ⅲ、Ⅳ级土石类导流挡水建筑物设计洪水重现期可分别在20～50年和10～20年中选取，设计洪水标准高低的最终选定需要进一步分析工程的水文资料和不同导流标准的技术经济比较。
3.1.1 水文资料及溃堰洪水分析
a) 实测洪水
XX水电站水文资料主要依据XX水文站1939～1992年53a水文系列的实测资料，并根据1993～1998年XX河段水文资料进行坝址水文资料的整编和计算，将坝址径流系列年限延长到1998年。在1939～1998年共59a系列中，实测最大流量29000m3/s(1966年9月2日)，实测次大流量26600m3/s，实测最小流量1060m3/s。
b) 历史洪水
根据XX江历史洪水调查和史志资料考证分析，考虑到XX县县志记载的连续性和洪水位的可靠性，XX河段19世纪以来可以确定洪水量级的洪水年份，以大于或等于实测最大的1966年洪水为标准，依其大小顺序为1924年、1860年、1892年、1905年、1928年及1966年，各年历史洪水的洪峰流量见表3.1.1-1。其中1860年以来历史文献资料比较详尽完整，年代相对较近，调查访问人员较多，不会遗漏比1966年实测洪水更大的洪水。因此，本阶段历史洪水重现期仍采用从1860年起算。
表3.1.1-1 XX站历史洪水洪峰流量及重现期成果表
洪水年份
1924
1860
1892
1905
1928
1966
洪峰流量(m3/s)
36900
35000
33200
30700
29400
29000
排 位
1
2
3
4
5
6
重现期(a)
139
69.5
46.3
34.8
27.8
23.2

c) 坝址设计洪水
坝址设计洪水频率计算成果见表3.1.1-2。
表3.1.1-2 坝址设计洪水频率计算成果表
项 目
频 率 P (%)
2
3.33
5
10
20
洪峰流量(m3/s)
32000
29900
28200
25100
21800

鉴于本工程水文实测年限长达53a，历史洪水考证年限长达139a，实测最大洪峰流量为1966年的29000m3/s，与30年一遇的设计洪水流量29900m3/s十分接近，差值仅3.1%，且重现期也接近，但历史上曾有5次洪水大于该洪水。另外，考虑到本工程规模巨大，围堰一旦失事，不仅对工程造成重大损失，影响发电工期，还直接影响下游XX县城和XX市的安全。因此，一、二期围堰挡水标准均宜取上限值。
d) 溃堰洪水分析
XX工程采用分期围堰施工，第一期围左岸，由右岸束窄河床泄流，围堰最大高度28.80m，堰前拦蓄水量较小，故一期围堰溃决洪水与天然洪水接近。二期围堰按设计洪水标准20年、30年和50年一遇考虑时，上游围堰堰顶高程分别为302.50m、303.70m和305.00m，相应挡水库容分别为4.41亿m3、4.69亿m3、5.09亿m3。由于溃堰洪水的大小主要取决于溃堰时的水头和堰前蓄水量，而3种二期设计洪水标准时相应堰前水头和拦蓄库容均较大(库容均超过4.00亿m3)，一旦溃堰均将对下游造成较大的损失。但是，二期设计洪水标准分别采用上、下限值时，溃堰时堰前水头相差仅2.50m，挡水库容相差仅0.68亿m3，相差幅度不大，故溃堰洪水对下游造成的损失差距不大，而围堰使用期不发生超标准洪水的概率分别为：上限94.12%，下限85.74%，采用低标准时溃堰风险明显增加。因此，为减小溃堰风险，二期导流标准宜取上限值。
3.1.2 不同导流标准的技术经济比较
a) 围堰工程量及相对投资比较
一、二期工程采用不同导流标准时的围堰工程规模、围堰主要工程量及围堰投资比较分别见表3.1.2-1及表3.1.2-2。
表3.1.2-1 一期不同导流标准围堰工程指标比较表
项 目
10年一遇
20年一遇
二者差值
一期围堰
上游段
挡水水位(m)
287.42
289.13
1.71
堰顶高程(m)
288.79
290.50
1.71
最大堰高(m)
18.79
20.50
1.71
一期围堰
下游段
挡水水位(m)
286.64
288.29
1.65
堰顶高程(m)
287.15
288.80
1.65
最大堰高(m)
27.15
28.80
1.65
土石填筑工程量(万m3)
113.11
130.92
17.81
高峰月平均填筑强度(万m3/月)
16.75
19.72
2.97
高喷体防渗墙(万m)
2.16
2.16
0
混凝土防渗墙(万m2)
4.52
4.52
0
围堰相对投资(万元)
14792.43
15469.67
677.24

表3.1.2-2 二期不同导流标准围堰工程指标比较表
项 目
20年一遇
30年一遇
50年一遇
二期上游
横向围堰
挡水水位(m)
301.03
302.26
303.56
堰顶高程(m)
302.50
303.70
305.00
最大堰高(m)
47.30
48.50
49.80
二期下游
横向围堰
挡水水位(m)
287.35
288.20
289.23
堰顶高程(m)
288.62
289.50
290.50
最大堰高(m)
35.12
36.00
37.00
横向围堰土石填筑量(万m3)
158.12
168.33
179.30
纵向围堰混凝土量(万m3)
95.61
97.22
100.64
截流后上游围堰高峰月平均
土石填筑强度(万m3/月)
15.58
16.34
17.11
上游围堰混凝土防渗墙(万m2)
1.33
1.34
1.35
下游围堰混凝土防渗墙(万m2)
0.90
0.91
0.92
围堰相对投资(万元)
61427.42
62273.96
64061.66
相对投资差值(万元)
846.54
1787.70

从表3.1.2-1可以看出：一期导流标准分别采用10年一遇和20年一遇时，上游段围堰高度增加1.71m，下游段围堰高度增加1.65m，堰体填筑量二者相差17.81万m3，围堰相对投资相差677.24万元，仅为导流工程投资的0.48%。因此，一期导流标准宜采用20年一遇洪水。
从表3.1.2-2可以看出：二期导流标准分别采用20年一遇、30年一遇和50年一遇时，上游围堰高度依次增加1.20m、1.30m，下游围堰高度依次增加0.88m、1.00m，横向围堰堰体填筑量依次增加10.21万m3、10.97万m3，纵向围堰混凝土量依次增加1.61万m3、3.42万m3，围堰相对投资依次增加846.54万元、1787.70万元，分别为导流工程投资的0.60%和1.26%，增幅不大。
b) 围堰施工强度分析
根据施工总进度安排，筹建期第1年11月进行一期围堰防渗墙施工平台的填筑，筹建期第1年11月～筹建期第2年5月进行高压旋喷及混凝土防渗墙的施工，第1年11月～第2年5月完成一期围堰余下部分堰体的填筑。一期采用不同导流标准时，由于防渗墙施工平台高程相同，故该部分土石填筑强度均为20.17万m3/月；高压旋喷及混凝土防渗墙的月平均施工强度均相同，分别为0.31万m和0.65万m2；余下部分
堰体的高峰月平均填筑强度分别为：16.75万m3/月(全年10年一遇)和19.72万m3/月(全年20年一遇)，二者仅相差2.97万m3/月，对比国内已建电站围堰施工强度指标，XX水电站一期无论采用全年10年一遇或是全年20年一遇洪水标准，其围堰施工强度和工期均可达到。
二期上、下游围堰必须在主河床截流后至次年汛前完建，施工时段为第3年11月～第4年5月，根据围堰施工安排，混凝土防渗墙施工时段为第3年12月中～第4年3月中。上游围堰堰体填筑及混凝土防渗墙工程量均大于下游围堰，当二期导流标准分别采用全年20年一遇、30年一遇和50年一遇洪水设计时，上游围堰混凝土防渗墙的施工强度分别为：0.443万m2/月、0.447万m2/月和0.45万m2/月，施工强度差值很小；截流后上游围堰堰体的高峰月平均填筑强度分别为：15.58万m3、16.34万m3和17.11万m3，三者差值亦不大；纵向混凝土围堰混凝土量，其上、下限标准相差仅5.036万m3。因此，二期围堰按全年20年、30年和50年一遇设计洪水标准所对应的防渗墙施工、土石填筑及混凝土浇筑等强度均能实现，施工工期均可行。
3.1.3 导流风险分析
规范SDJ338-89《水利水电工程施工组织设计规范(试行)》第2.2.12条规定——“导流建筑物设计洪水标准应根据建筑物的类型和级别在表2.2.2规定幅度内选择，并结合风险度综合分析，使所选标准经济合理，对失事后果严重的工程，要考虑对超标准洪水的应急措施”。由于本工程规模巨大，对导流标准进行了风险决策分析，并且根据决策目标的不同，又分别开展了单目标和多目标风险决策研究，以求科学地选择本工程施工导流设计标准，避免给工程带来不必要的浪费或使工程承担不必要的风险，其中多目标风险分析委托武汉大学完成。
3.1.3.1 单目标风险分析
a) 基本原理
单目标风险分析是以经济因素为决策目标，选择在风险发生后对工程造成的损失与导流建筑物损失之和构成的总损失期望值最小的方案为最优方案。因此，单目标风险分析就是对各种导流方案进行风险率、风险损失费用和总费用等计算。
b) 风险期
根据施工总进度安排，本工程第1年12月开始一期基坑开挖，第2年9月浇筑一期基坑坝体混凝土，第3年11月底进行二期主河床截流；第4年4月开始二期基坑开挖，第5年1月浇筑二期基坑坝体混凝土，第7年6月底坝体全线可达临时度汛高程。因此一、二期围堰风险期或使用年限分别为2年和3年。
c) 风险度指标
风险度即指超导流标准洪水发生的机率，本工程一、二期围堰风险度指标见表3.1.3-1。
表3.1.3-1 风 险 度 指 标 表
一 期 围 堰
二 期 围 堰
重现期(a)
使用年限(a)
风险度R
重现期(a)
使用年限(a)
风险度R
10
2
19.00%
20
3
14.26%
20
2
9.75%
30
3
9.67%
—
—
—
50
3
5.88%

d) 风险分析的方案
1) 一期导流
根据表3.1.2-1中一期导流水力学指标来看，当取上、下限导流标准时，其上游水位相差仅1.71m，下游水位相差仅1.65m，围堰工程量相差悬殊很小；从风险度指标表3.1.3-1分析，当取上、下限导流标准时，下限标准的风险度相对较大，一期工程的施工安全保证性相对偏低。因此，综合一期导流的水力学指标和风险度指标，设计洪水标准选用全年20年一遇，不另进行风险分析。
2) 二期导流
本工程二期导流设计洪水标准分别按全年20年一遇、30年一遇和50年一遇，采用计算期望值的方法—决策树法进行风险分析。
e) 建筑物费用
风险分析方案的投资实际上是投入运行前的导流工程费用，对本工程单目标风险分析来说作了如下处理：
—永久建筑物的投资扣除；
—可靠度假定为1的导流建筑物投资直接分年记入损失期望值；
—围堰投资作为建筑物费用填入决策树图形进行损失期望值计算。
—导流建筑物运行期费用则按施工可能发生的情况填入决策树图形进行计算。包括围堰重建费用及其它导流建筑物维护费用等等。
f) 预估损失
1) 下游城镇、农田淹没损失
鉴于XX坝址下游城镇本身防洪标准较低(XX市防洪标准约6～7年一遇)，且各期相应于不同导流标准时溃堰洪水对下游造成的淹没损失差别不大。因此，为简化计算，在二期导流设计洪水标准分别按全年20年、30年和50年一遇进行风险分析时，对于超标准洪水的溃堰损失，均不计入下游城镇、农田淹没损失。
2) 工期损失导致的发电损失
不同年份溃堰对工期的影响显然是不同的，由此而带来的发电损失也是不同的，但不同标准对应同一年份溃堰的工期及发电损失是一致的。
围堰建成后第一年汛期溃堰或第二期工程施工过程中仅有1年溃堰，围堰重建、基坑抽水和清淤等工期约需4个月，主汛期7～9月不可能重建围堰，10月份亦属大洪水发生的时间，重建围堰的可能性也不大，工期延误约9个月左右。地下厂房具备常年施工条件，机组安装不受影响，首批机组发电时间完全由大坝蓄水条件控制。受左岸导流缺口坝段上升速度的限制，导流底孔下闸封堵的时间将推迟1年，因此，使原计划于第7年底发电的首批2台机和第8年6月底发电的1台机(均为地下厂房机组)分别晚投入1年和半年。
如第二年继续溃堰或二期施工过程中有2年溃堰，大坝施工工期将拖延2年，依此类推，坝体施工遇超标洪水导致进度推后而影响机组发电的台年数见表3.1.3-2。推迟发电的损失，近似按所推迟机组的台年数进行计算，公式为：推迟发电损失=年平均发电量×上网电价。推迟发电损失计算见表3.1.3-2。
表3.1.3-2 推 迟 发 电 损 失 表
推迟发电时间
所推迟机组的台年数(台年)
推迟发电损失(亿元)
1a
2.5
22.92
2a
7.58
69.52
3a
15
137.52
4a
23
210.87
5a
31
284.21
6a
39
357.56

3) 基坑溃堰损失
考虑施工洪水预报和防洪度汛措施的落实，基坑溃堰损失暂不计入设备损失费，且不同年份溃决的基坑损失也是有差异的，但鉴于该项费用相对较小，为简化计算，不同年份溃堰的基坑损失费用基本取相同值。
基坑溃堰损失分别按基坑开挖和基坑混凝土浇筑两个阶段进行计算：
—基坑开挖时的溃堰损失，包括抽水费、清淤费、道路恢复费、开挖窝工费等等；
—基坑混凝土浇筑时的溃堰损失，包括抽水费、清淤费、道路恢复费、模板损失费、浇筑窝工费、坝面过水处理费等。
g) 风险决策分析
1) 损失期望值的计算
本工程