1 工程概況

湘江長沙綜合樞紐工程位于湘江干流下游河段，距長沙市市中心僅（20～30）km，壩址位于蔡家洲中部偏上游的分汊河段， 樞紐主要建筑物從左至右依次為左岸改移防洪大堤、左岸副壩（預留三線船閘位置）、二線船閘、一線船閘、26 孔低堰泄水閘、1 孔排污閘、電站廠房、魚道、蔡家洲副壩、20 孔高堰泄水閘以及右岸副壩。 壩頂高程 39.70 m，樞紐正常蓄水位 29.70 m，樞紐工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（Ⅰ）型，主要建筑物級別為 1 級，次要建筑物級別為3 級，臨時建筑物級別為 4 級。 雙線船閘布置于左汊河床左側，設計噸位 2 000 t，為保證三期截流期間不斷航，上閘首門檻采用了平河床設計；河床式電站廠房布置于左汊河床右側， 總裝機容量 57 MW，安裝 6 臺 9.5 MW 的燈泡貫流式機組； 泄水閘共 46孔，分左、右河汊布置，左汊 26 孔，堰頂高程 18.50m，孔口凈寬 22 m；右汊 20 孔，堰頂高程 25.00 m，孔口凈寬 14 m。

2 自然條件

壩址屬湘江下游河段，地勢平緩，河面寬闊，壩址處江心現有一河心洲———蔡家洲，洲長 4.5 km 左右，寬為（200～350）m，高程約 31.0 m，將湘江在此分為兩汊，左汊為主航道，河寬約 850 m，河床高程為（15.0 ～25.0）m， 右汊河 床 寬 約 320 m， 河 床 高 程（22.0～27.0）m。 壩址地層覆蓋層厚度一般為 （4.0～22.2）m，局部為 35.1 m，基巖為花崗巖、強度高，工程地質和水文地質條件較好。
長沙綜合樞紐蔡家洲壩址控制流域面積 90 520km2，多年平均流量為 2 237 m3/s，流域多年平均降水量為 1 472.9 mm，4～6 月多暴雨，7～9 月炎熱干旱。

3 導流標準、方式的選定

長沙綜合樞紐工程屬大（Ⅰ）型工程，主要永久建筑物為 1 級，次要永久建筑物為 3 級。 按 SL 303-2004《水利水電工程施工組織設計規范》規定，相應導流建筑物級別為 4 級， 其土石類圍堰設計洪水標準為 20～10 年一遇，混凝土類圍堰設計洪水標準為10～5 年一遇。 本工程主要采用土石圍堰，設計洪水標準選擇 10 年一遇洪水重現期。根據水工樞紐布置、壩址地形地質及水文條件等特點，本工程適宜采用分期導流方式。

4 導流方案應解決的難點

根據工程自然條件及樞紐總體布置， 在選擇導流方案時除了應對導流工程費用、總工期、工程實施的難易程度等方面進行比較外， 還應解決以下敏感性難點問題：

（1） 河床寬，江心有河心洲

壩址處河段天然流量大，泄水閘低矮，且壩址處江心現有一河心洲———蔡家洲， 將湘江在此分為兩汊，便于利用其作為分期導流的縱向圍堰，左汊為主航道，河寬約 850 m，河床高程為（15.0～25.0）m，右汊河床寬約 320 m，河床高程（22.0～27.0）m。

（2） 必須嚴格控制施工期的水庫淹沒

本工程水庫為兩岸堤防形式的河床式槽蓄水庫， 庫區兩岸現有堤防高程基本在 36.0 m 以上，洪水期主要淹沒方式為內澇，長沙市位于壩址上游，距離長沙市城區較近，庫區沿河兩岸農田、人口密集，地勢多較平坦，對施工期臨時淹沒比較敏感，且汛期流量大，當洪水漫過堤頂時，淹沒損失較大。 因此施工期在設計度汛標準之內， 必須嚴格控制上游庫區水位，使之不超過上游庫區堤防控制高程，并應盡量降低上游堰前水位，減輕上游庫區防洪壓力。

（3） 施工期通航要求高

本工程位于湘江干流上， 壩址處湘江河段通航現狀為Ⅲ級航道，施工期間年過壩貨運量較大，施工斷航對航運有巨大影響， 必須妥善處理好施工期通航問題。

5 導流方案的選定

由于本工程的主要開發目標為改善航運條件與水環境， 電站發電效益主要為解決運行期的運行成本， 其施工導流方案選擇的總原則是確保施工期不斷航、盡量減少施工期庫區水位壅高。 為此，按照船閘優先的原則，初擬了以下三個方案進行比較：
方案一：分二期導流，一期圍左汊船閘、26 孔泄水閘和廠房，由右汊疏挖后的束窄河床過流和通航；二期圍右汊 20 孔高堰泄水閘， 由已建船閘通航，已建左汊 26 孔泄水閘過流。
方案二：分二期導流，一期第一年圍左汊船閘+11.5 孔泄水閘，由左汊束窄河床及右汊河床過流，左汊束窄河床通航，一期第二年枯水期加圍右汊 20 孔高堰泄水閘，由左汊束窄河床過流和通航；二期圍左汊剩余的 14.5 孔泄水閘和廠房， 由左汊已建 11 孔泄水閘和右汊 20 孔高堰泄水閘聯合過流，已建船閘通航。
方案三：分三期導流，一期圍右汊 20 孔高堰泄水閘， 由左汊河床過流和通航； 二期圍左汊左岸船閘+11.5 孔泄水閘， 由左汊束窄河床及右汊已建 20孔高堰泄水閘泄流，左汊臨時航道通航；三期圍左汊右岸電站廠房及剩余的 14.5 孔泄水閘，由已建的左汊 11 孔泄水閘和右汊 20 孔高堰泄水閘聯合過流，已建船閘通航。
對以上三個方案從水力學條件、施工進度、施工布置等方面進行了比較，比較結果如下：
方案一主要優點是： 第一臺機組發電工期和施工總工期短，可最大限度地發揮提前發電效益；少兩道縱向圍堰，導流工程造價較低。主要缺點是：船閘、閘壩、廠房同時施工，施工強度大；一期擋水和度汛水位壅高分別達 2.15 m 和 0.68 m，對庫區防洪壓力很大，因此方案一因為防洪影響問題不宜采用。
方案二主要優點是：一期、二期擋水和度汛水位壅高較小，對庫區防洪壓力不大；右岸高堰泄水閘在一期完工，便于二期施工交通。 主要缺點是：廠房在第二期施工， 第一臺機組發電工期和施工總工期較方案一長；導流工程造價較大。
方案三主要優點是： 各期擋水和度汛水位壅高較小，對庫區防洪壓力不大；右岸高堰泄水閘在一期完工，便于二期施工交通。 主要缺點是：船閘在第二期施工，廠房在第三期施工，第一臺機組發電工期與與總工期較其他方案長；導流工程造價較大。
方案一及方案二一期均從左汊下河， 由于左汊左側為主河道，且前期施工準備工作緊張，如圍堰戧堤石料備料難度較大， 方案一及方案二一期圍堰施工難度較大，方案三一期施工右汊泄水閘，不存在下河難度問題；方案二及方案三各期度汛影響最小。
綜上所述， 考慮到本工程的開發目標主要為航運和改善城市生態景觀，發電屬于次要目標，從保證長沙市的防洪安全考慮，推薦采用方案三，見圖 1。
推薦方案的施工導流水力特性見附表。

6 圍堰設計與施工難點

本工程圍堰主要包括：右汊一期圍堰、左汊二期圍堰、左汊三期圍堰等。
右汊一期圍堰為不過水圍堰，上、下游橫向圍堰采用土石圍堰，利用蔡家洲作為縱向圍堰，左汊二期圍堰及左汊三期圍堰為過水圍堰，左汊二期圍堰上、下游橫向圍堰、縱向圍堰均采用土石圍堰，左汊三期圍堰上、下游橫向圍堰采用土石圍堰，縱向圍堰采用混凝土圍堰， 三期混凝土縱向圍堰中間段利用閘墩和導墻，上下游連接段采用梯形斷面。
左汊二期圍堰為本工程導流工程的難點， 填筑工程量大， 戧堤石碴填筑料以及圍堰外側水下拋石料均需從塊石料場開采，石碴料源緊張且運距遠，料場的開采強度無法滿足填筑要求， 河道左汊左側為主河道，圍堰戧堤進占難度大。戧堤設計方案比較了雙石碴戧堤進占方案、單石碴戧堤進占方案、石碴戧堤+卵石戧堤進占方案及土工布袋圍堰方案等，考慮各方案的施工難度、備料難度、結構穩定性及工程量等因素，最終選定的方案為：二期縱向圍堰戧堤先施工，采取水上拋投的方式，為節約塊石料用量，先拋投大卵石，再拋投大塊石覆蓋卵石形成戧堤，在二期橫向圍堰戧堤初進占段采用卵石代替石碴料，以減少石碴用量； 戧堤填筑的石碴料采取提前備料的方式，二期圍堰培厚料就近取料，采用壩址邊灘的砂料，采用挖砂船吹填上堰，三期縱向圍堰典型斷面見圖 2。根據船閘原設計方案，上、下游引航道需修筑圍堰形成干地施工，由于上、下游引航道圍堰大部分位于主河道內，且長度較長，總長度達到 2 400 m，圍堰填筑及防滲處理工程量較大，為此，設計優化了隔水墻及導流墩的設計方案，對部分隔水墻及導流墩基礎進行水上鉆孔灌注樁施工處理， 然后澆筑水上混凝土承臺及水上混凝土墩身，部分隔水墻及導流墩采用沉箱施工混凝土墩身，從而取消了引航道土石圍堰，大大降低了工程導流費用。

7 施工期臨時通航

壩址處湘江河段通航現狀為Ⅲ級航道，左汊河床為主河道，最小通航流量為 385 m3/s（保證率 98%），最大通航流量為 19 700 m3/s（10 年一遇全年洪水）。選定的施工導流及相應的施工期通航方案為：一期圍右汊 20 孔泄水閘，由左汊河床過流和通航；二期圍左汊左岸船閘+11.5 孔泄水閘， 由左汊束窄河床及右汊已建 20 孔泄水閘泄流， 左汊臨時航道通航；三期圍左汊右岸電站廠房及剩余的 14.5 孔泄水閘，由已建左汊 11 孔泄水閘和右汊 20 孔高堰泄水閘聯合過流，已建船閘通航。

8 結 語

（1） 本工程由中國水利水電第八工程局有限公司和中交第二航務工程局有限公司施工， 施工單位采用的導流方案與上述選定的導流方案基本相同，已于 2009 年 12 月開始右汊一期施工， 工程進展順利，右汊一期及左汊二期工程現已完工，根據業主要求及進度安排，二期過水圍堰于 2012 年 8 月提前拆除，由于當時船閘金結及電氣設備安裝未完成，需要在船閘上、下游修建船閘橫向小圍堰擋水施工， 縱向圍堰利用船閘上、 下游導航墻及閘室邊墻擋水，由左汊束窄河床、左汊已建泄水閘及右汊已建泄水閘泄流；三期工程目前正在施工。
（2） 為了滿足三期截流期間不斷航，船閘上閘首門檻高程采用了平河床設計，雖然增加了上游人字門的投資，但確保了湘江這個重要通航河段不斷航，目前工程基本沒有斷航。
（3） 從工程實施的情況來看 ，充分證明本文選定的導流方案科學、合理，啟示我們在選定寬河床低水頭電站施工導流方案時，應不拘泥于常規，從實際出發，綜合考慮施工安全性及均衡性、施工進度、施工難易程度、施工期通航、上游庫區臨時淹沒等方面的因素，比如雖然本工程為大型一等工程，但本身水頭低，施工難度不大，庫區淹沒問題相對重要，因此采用了過水圍堰形式，過水標準采用下限 10 年一遇全年洪水。 同時，業主、設計單位和施工單位可根據自身技術優勢，對局部施工方案進行調整，如對船閘上、下游引航道隔水墻及導航墩設計方案的修改，可以采取水上施工方法，取消了圍堰，達到方便施工，降低造價的目的。