长洲水利枢纽工程设计方案

李擎雯

（广西长洲水电开发有限责任公司，广西 梧州 543002）

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。

关键词: 工程 设计 方案 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  长洲水利枢纽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12km处的长洲岛端部，枢纽坝轴线横跨两岛三江，大坝总长3521m。枢纽主要建筑物有内江发电厂房、外江发电厂房、内江开关站、外江开关站、土石坝、双线千吨级船闸、43孔泄水闸、鱼道，电站共安装15台单机42MW灯泡贯流机组（外江9台，内江6台）。工程总体布置示意图见图1。长洲水利枢纽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，加上工程处于水患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决定性的作用。现就枢纽导流方案、外江厂房围堰布置与结构、泄水闸尺寸的设计方案进行简要地介绍。

2 设计方案的论证

2.1 枢纽导流方案

2002年审查通过的长洲工程分期导流方案为“两期两段”导流方案。即：一期导流同时围内江左半侧和外江，外江为全年不过水土石围堰，内江为碾压混凝土围堰，由中江和内江右半侧过流，由中江通航；二期导流用过水土石围堰围内江右半侧和中江，由已建成的外江16孔泄水闸和内江2.5孔泄水闸过流，由已建船闸通航。该方案计划发电工期3年8个月，总工期5年10个月。

2004年2月，业主公司邀请中国工程院有关知名水电专家在梧州召开了“长洲水利枢纽施工组织及工程优化设计研讨会”。经会议评审，认为设计推荐的方案是可行的，但仍需在优化导流程序、缩短工期、提前发电等方面进一步研究。设计院于2004年6月在《长洲水利枢纽工程一期导截流专题报告》将“两期两段”导流方案修改为“三期五段”导流方案，该报告的推荐导流方案将计划发电工期及总工期分别缩短为3年和4年7个月。该方案主要内容为：

一期导流　2004年采用不过水土石围堰围外江，全年施工；由中江和内江天然河道导流，中江天然河道通航。一期导流期间主要施工范围：外江船闸主体、外江16孔泄水闸和发电厂房、鱼道及厂房小基坑的挡水围堰（设计标准与外江全年不过水土石围堰相同）。外江泄水闸施工工期一年，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。

二期导流　2005年汛后拆除外江全年土石围堰，由外江16孔泄水闸过流，中江天然河道通航，外江厂房在小基坑全年围堰围护下继续施工。与此同时，2005年11月采用不过水土石围堰围内江。二期导流期间外江部分的主要施工范围：发电厂房、鱼道、泗化洲岛开关站及16孔泄水闸桥面以上建筑物；内江部分的主要施工范围：发电厂房及厂房小基坑的挡水围堰（设计标准与内江全年土石围堰相同）、12孔泄水闸等。内江泄水闸施工工期一年，第二年参与三期工程泄洪，内江厂房再做围堰继续施工。

三期导流　三期当外江船闸及内江闸坝完建，在2006年底采用不过水土石围堰围中江，全年施工；由外江16孔和内江12孔泄水闸导流，同时水库蓄水、船闸通航。三期导流期间外江部分的主要施工范围：发电厂房、鱼道及16孔泄水闸桥面以上建筑物；内江部分的主要施工范围：发电厂房、12孔泄水闸桥面以上建筑物、内江开关站；中江部分的主要施工范围：15孔泄水闸及左、右岸接头坝等。

由于该方案采用了五段围堰（三套大围堰加两套小围堰），工程进度计划环环紧扣，不留余地，是不影响泄洪和通航的最短工期安排。与“两期两段”导流方案相比，增加了围堰填筑、拆除工作量及施工难度，导致导流工程投资加大，而且有增大施工期临时淹没和临时通航难度的风险。但其最大的好处是可以缩短发电工期，大幅度获取施工期电能，有效地提高整个工程效益（见表1）。

表1  两期两段与三期五段导流方案比较^[1]

注：表中施工期发电量统计至第5年底工程完建。

2．2 外江厂房围堰布置与结构设计方案比选

在原招标设计中，外江厂房围堰的上、下游为碾压混凝土重力式结构，其纵向围堰则结合厂坝导墙布置，整个厂房围堰混凝土总量达34.77万m³（其中：碾压混凝土25.72万m³、常态混凝土9.05万m³）。但业主公司认为该设计方案仍需进一步优化，2005年3月7日，设计院提出3个外江厂房围堰布置方案并与业主公司一起讨论研究。

方案一：与厂坝导墙结合的布置方案。厂房9号机边墙利用为纵向导墙，其它部分采用背水面加扶壁的混凝土重力式挡墙结构，上、下游则采用土石围堰结构。该方案的上、下游设计水位（Q＝40700m³／s）分别为26.90m、26.48m。

方案二：纵向导墙轴线向右移过两孔泄水闸的位置，导墙仍采用背水面加扶壁的混凝土重力式挡墙结构，上、下游为土石围堰结构。该方案的上、下游设计水位（Q＝40700m³／s）分别为27.0m、26.48m。

方案三：纵向导墙与上、下游围堰均采用土石围堰结构，纵向导墙占用了五孔泄水闸（12#-16#泄水闸）的位置。该方案的上、下游设计水位（Q＝40700m³／s）分别为27.15m、26.47m。

3个方案的主要土建工程量及投资估算见表2。

表2　外江厂房围堰方案主要土建工程量及投资估算比较^[2]

由表2可看出，方案3最优。首先是它的投资最省，且是混凝土量最少，可以大为减少右岸的混凝土供应压力；其次，该方案的混凝土拆除工程量最省，还避免了原厂坝导墙处需最深开挖至－19m高程的施工困难；再次，作为基坑纵向导墙的纵向围堰采用土石结构，在干地上填筑施工方便快捷。业主公司将方案三确定为最终方案。

2.3 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12孔、中江13孔、外江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15扇闸门，闸门孔口宽度均为15.45m，这些闸门均作为机组安装期间挡水闸门。照此方案，厂房的10多扇临时闸门，在施工完成后将作废。

为了充分的利用这些临时闸门，以节约投资，业主公司要求设计院对泄水闸孔口尺寸进行了调整，将中江的原13孔泄水闸的孔口净宽改为15.45m，同时为了消除因孔口净宽减少的影响，另外增加2孔泄水闸。经过调整后的泄水闸的总孔数为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扇中江泄水闸工作闸门。经过对泄水闸孔口尺寸的优化调整，有13扇临时闸门得到了重复利用，闸门工程的金结总工程量约减少1500t。

3 结语

    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，但因业主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，使得工程能按计划目标进行。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