长洲水利枢纽工程设计优化探讨

The engineering design optimization of changzhou hydraulic complex

李擎雯

Liqingwen

（国家电投集团广西金紫山风电有限公司.广西 桂林 541100）

(Spic guangxi jinzishan wind power co.,LTD. Guangxi guilin 541100)

摘要: 长洲水利枢纽被业内水电专家誉为灯泡贯流式机组的“三峡工程”，工程设计的工作量和难度都比较大。在长洲水利枢纽工程设计过程中，通过对设计方案的研讨、论证和优化，最终选取了科学的设计方案。实际的施工结果表明，所选设计方案减少了工程的工程量，使发电工期得到了提前,从而取得了较大的经济效益；创造了大江截流断航的全国最短纪录和一年投产9台发电机组的国内机组投产纪录，获得了良好的社会效益。

关键词: 工程 设计 优化 长洲水利枢纽

    Abstract: Experts in industries entitle Changzhou  Water Control Project buble constant flow units "The Three Gorges project". The workload and difficulity of project design are relatively large. During the design process, reasonably scentific scheme has been adopted after discussing, validating and optimizing different design schemes.  The practical construction implementation verifies the selected scheme decreases the workload of project and makes the power plant work ahead of timeable, resulting great economy benefit.
key words: project, design, scheme, Changzhou  Water Control

1 工程简介  广西长洲水利枢纽工程是国家西部大开发和“西电东送”的战略项目之一，位于广西梧州市上游11km处的长洲岛端部，枢纽大坝轴线横跨三条江和两座江心岛，大坝总长3521m。工程总体布置示意图见图1。

    工程主要建筑物有内江发电厂房、内江开关站、中江土石坝、外江发电厂房、外江开关站、双线千吨级船闸、43孔泄洪闸（其中外江16孔、中江15孔、内江12孔）和一条国内最大的过鱼道（全长1423m），发电厂房共安装15台单机42MW灯泡贯流机组（其中外江9台，内江6台）。广西长洲水利枢纽工程建设创造了灯泡贯流式水电站的三项世界之最：大坝最长、水轮机转轮直径最大、机组台数最多，被业内水电专家誉为灯泡贯流式机组电站中的“三峡工程”。正因为具有以上特点，加上枢纽处于洪水泛滥之地梧州市城区的边缘，工程设计的工作量和难度都比较大，工程设计方案的科学与否对工程的综合效益起着决定性的作用。下面从工程导流方案设计优化、外江厂房围堰设计方案优化、泄洪闸孔口设计尺寸方案优化三个方面进行论证介绍。

2 工程导流方案的论证

长洲水利枢纽工程在可研阶段确定的施工期导流方案是“两期两段”，按照此方案，工程发电工期预计为3年8个月，工程完工总工期预计为5年10个月。为缩短发电工期，业主长洲水电公司邀请中国工程院两位院士及国内水电工程专家召开了“广西长洲水利枢纽工程优化设计研讨会议”。经与会专家研讨，认为设计院审查通过的导流方案虽然可行，但需要进一步科学优化和研究论证，以达到缩短工程建设工期、提前发电的目的。设计院根据专家和业主的意见，在《长洲水利枢纽工程一期导截流专题报告》中将“两期两段”导流方案优化为“三期五段”导流方案，导流方案优化后，计划发电工期及总工期分别缩短为3年和4年7个月。下面就两种导流方案介绍如下。

2.1 可研阶段的导流方案

可研阶段施工期导流设计原方案为“两期两段”，围堰施工方案为：一期导流同时施工内江的左半侧（面向下游方向）围堰和外江围堰，内江围堰结构采用碾压混凝土围堰，外江围堰结构采用全年不过水土石围堰，浔江通过中江和内江右半侧天然河道过流，船舶通过中江河道通航；二期导流围堰采用过水土石围堰围中江和内江的右半侧，船舶由已建成的船闸通航，浔江通过已建成的内江2.5孔泄洪闸和外江16孔泄洪闸过流。上述方案发电工期预计为3年8个月，工程总工期预计为5年10个月。

2.2 优化后的导流方案

为缩短发电工期，降低工程造价，经中国工程院相关水电工程建设专家研讨论证，将“两期两段”导流方案修改为“三期五段”导流方案，该方案主要内容如下：

2.2.1 一期导流方案

2004年11月（汛期后）施工围堰围外江，围堰形式为不过水土石围堰，外江围堰内基坑可全年施工。浔江通过中江和内江天然河道过流，船舶通过中江天然河道通航。一期导流期间主要在外江围堰内完成如下施工：外江发电厂房小基坑的全年挡水围堰和发电厂房基础、鱼道、外江全部泄洪闸（16孔）桥面以下建筑及船闸主体。外江泄洪闸施工工期一年，第二年参与二期工程泄洪，外江厂房和船闸分段再做围堰继续施工。

2.2.2 二期导流方案

  　2005年11月（汛期后）采用不过水土石围堰围内江（设计标准为全年土石围堰）。同时开始拆除外江土石围堰，外江发电厂房在全年挡水小基坑围堰的围护下继续施工，浔江由已建成的外江泄洪闸过流，船舶由中江天然河道通航。二期导流期间外江主要完成如下部分施工：泗化洲岛开关站、全部泄洪闸桥面以上建筑物、鱼道及发电厂房；内江主要完成如下施工：内江全部泄洪闸（12孔）、内江发电厂房及厂房小基坑的挡水围堰等。内江泄洪闸第一年为施工期，第二年参与三期导流泄洪，内江发电厂房再做围堰继续施工。

2.2.3 三期导流方案

  　2006年11月，外江船闸、内江泄洪闸已完工。采用全年不过水土石围堰围中江，中江全年施工；浔江由已完工的外江全部泄洪闸（16孔）和内江全部泄洪闸（12孔）过流，此时水库开始蓄水，船闸投运通航。三期导流期间外江主要完成如下施工：外江全部泄洪闸桥面以上建筑物、鱼道及发电厂房；内江主要完成如下施工：内江开关站、全部泄洪闸（12孔）桥面以上建筑物及发电厂房；中江主要完成如下施工：左岸、右岸接头重力坝及全部泄洪闸（15孔）等。

2.3 两种导流方案的优缺点对比

“三期五段”方案共采用五段围堰（三段大围堰分别围外江、内江和中江，两段小围堰分别围外江发电厂房、内江发电厂房），施工进度计划一环扣一环，不留余地，是不影响泄洪和通航的最短工期安排。该方案与设计院原“两期两段”方案相比，土建工程增加了三套围堰，导致围堰填筑、拆除工程量增大，导流工程投资增加，而且施工难度增大，还存在施工期库区临时淹没和中江天然河道临时通航困难的风险。但最大的优点是可以缩短发电工期，大幅度获取施工期发电量，有效地提高工程的整体效益（见表1）。

表1  “两期两段”与“三期五段”导流方案优缺点对比表^[1]

注：表中施工期发电量统计至第5年底工程完建。

3 外江发电厂房围堰设计方案优化

外江从右自左依次布置有双线千吨级船闸、16孔泄水闸和一座发电厂房，其中发电厂房安装9台发电机组。设计院设计外江发电厂房围堰时，原设计方案中上游围堰、下游围堰结构均采用碾压混凝土重力坝，而纵向围堰与发电厂房的导墙结合布置。据此方案，发电厂房围堰土建工程量很大，其中混凝土总用量高达34.81万m³（其中：常态混凝土9.0万m³、碾压混凝土25.81万m³），相应工程投资也较大。为降低土建工程量和工程造价，业主长洲水电公司认要求设计院对外江发电厂房围堰布置方案进行优化。2005年3月7日，设计院将优化后的3个外江厂房围堰布置方案提交业主公司讨论研究。

方案1：与发电厂房导墙结合的布置方案。利用厂房纵向导墙作为9号发电机组的边墙，其它部位的结构均采用混凝土重力挡墙，而上游围堰、下游围堰则采用土石结构。

方案2：将厂房纵向导墙的轴线位置向泄水闸方向移2孔，将2孔泄水闸包含在围堰以内，厂房纵向导墙的结构形式不变，仍然采取混凝土重力挡墙，上游围堰、下游围堰也仍然采用土石结构。

方案3：将厂房纵向导墙的轴线位置向泄洪闸方向移5孔，将5孔泄洪闸包含在围堰以内，厂房纵向导墙和上游围堰、下游围堰的结构都采取土石围堰。

上述3个方案的主要土建工程量及投资估算见表2。

表2　外江发电厂房围堰方案对比表^[2]

由表2可以看出，方案3为最佳方案。第一，发电厂房基坑的纵向围堰均采用土石结构，在干地上填筑施工方便快捷，缩短了工期。第二，由于采用土石围堰代替混凝土围堰，混凝土拆除的工程量最少，还避免了发电厂房导墙处最深需要开挖至－19米高程的困难。第三，钢筋用量和混凝土用量最省，工程造价最低，特别是混凝土用量的减少极大降低了混凝土的供应压力，可以降低混凝土拌和站的建设规模和投资。据此，长洲水电公司将方案3确定为外江发电厂房围堰设计的最终方案。

4 泄水闸孔口尺寸设计方案

在原设计方案中，长洲水利枢纽泄水闸共布置41孔，其中内江布置12孔、中江布置13孔、外江布置16孔，孔口宽度均为16m。为满足15台机组同时安装的需要，在厂房进水口、尾水管各设置15扇挡水闸门，闸门孔口宽度均为15.45m，这些闸门均作为机组安装期间的临时挡水闸门。照此方案，这10多扇临时闸门在施工完成后将全部作废。

为了充分利用这10多扇临时闸门，以节约金结投资，长洲水电公司要求设计院对泄洪闸孔口尺寸进行调整，将中江的原13孔泄洪闸的孔口净宽改为15.45m，同时为了消除因孔口净宽减少的影响，另外增加2孔泄洪闸。经过调整后的泄洪闸的总孔数为43孔，其中外江16孔，孔口净宽16.0m；中江15孔，孔口净宽15.45m；内江12孔，孔口净宽16.0m。业主公司还将长洲厂房进水口闸门分为永久检修闸门和挡水闸门，将厂房尾水管事故闸门分为永久事故闸门和挡水闸门，这样6扇外江厂房尾水管事故闸门、6扇外江厂房进水口临时挡水闸门、1扇内江厂房进水口临时挡水闸门可重复利用到中江，改造成13扇中江泄洪闸工作闸门。经过对泄洪闸孔口尺寸的优化调整，有13扇临时闸门得到了重复利用，泄水闸工程的金结总工程量约减少1500t，有效降低了工程总投资。

5 结语

    广西长洲水利枢纽工程于2004年12月完成外江截流，2005年11月实现内江截流，2007年2月完成中江截流，2007年3月2#船闸顺利通航，2007年10月首台机组投产发电，2009年10月15台机组全部投产，创造了大江截流断航的全国最短纪录和一年投产9台发电机组的国内机组投产纪录。从整个施工过程来看，工程的施工工期相对较紧，特别在围堰的填筑和拆除方面，但因长洲水电公司对设计方案事先已进行了充分的论证，在施工中通过加强对施工方案的组织和管理，使得工程建设能够按即定计划目标有序推进。由此说明，在工程设计方案的选择上，只要认真研究，科学论证，将会对节省工程投资、缩短工程工期产生较大影响。

参考文献:[1] [2] 广西电力工业勘察设计研究院. 广西长洲水利枢纽可行性研究报告[R] 广西: 广西电力工业勘察设计研究院，2004年