葉巴灘水電站截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

曹明偉，周順文，孔 科

(1.中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130;2.中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都610072)

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13 個(gè)梯級(jí)水電站的第7 級(jí)。電站采用壩式開發(fā)，雙曲拱壩最大壩高217.0 m。電站總裝機(jī)容量為2 285 MW。本工程為一等大(1)工程，擋水建筑物、泄水建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)主要建筑物按1 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，永久性次要建筑物按3 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

2 截 流

2.1 截流時(shí)段及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5397—2007)，截流標(biāo)準(zhǔn)采用截流時(shí)段重現(xiàn)期5 ～10 a的月或旬平均流量［1］，考慮本工程規(guī)模大，截流工程的成敗直接影響發(fā)電工期，故選擇截流標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，11 月中旬相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流量為Qp=10%=590 m3/s。

在綜合分析各旬截流指標(biāo)、圍堰施工及截流難度后，本階段推薦11 月中旬截流。

2.2 截流方式

根據(jù)葉巴灘水電站壩址的地形和施工條件，宜采用立堵截流。立堵截流具有施工方法簡(jiǎn)單、施工準(zhǔn)備工程量小、費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是截流水力學(xué)指標(biāo)較高，要求拋投強(qiáng)度高。

本工程截流條件具有以下特點(diǎn):

1)河床表層主要為孤塊碎石，厚度＞3.0 m，糙率較大，抗沖刷能力較強(qiáng);

2)天然河道比降較大，河道流速大，水深較淺，水下大孤石分布復(fù)雜，不具備船拋先行護(hù)底條件;

3)如采用平堵，浮橋搭建困難，準(zhǔn)備工期長(zhǎng)，且投資高。

經(jīng)水力計(jì)算分析，截流最大落差約為4.46 m，龍口最大平均流速約為4.59 m/s，最大單寬功率53.69 t m(s·m)，與國(guó)內(nèi)外已建或在建的工程相比較，截流指標(biāo)一般。因此，參照國(guó)內(nèi)外大型工程的成功的截流經(jīng)驗(yàn)，分析認(rèn)為本工程采用立堵截流方案在技術(shù)上可行，且經(jīng)濟(jì)合理，所以本階段推薦采用單向進(jìn)占的立堵截流方式。

表1 各截流時(shí)段單戧截流水力指標(biāo)表

2.3 截流方案

葉巴灘水電站壩區(qū)場(chǎng)地狹窄，戧堤附近無放置大塊體等截流材料的場(chǎng)地;戧堤短，不允許在戧堤和回車平臺(tái)上有大量的汽車隨時(shí)待命拋投，截流拋投強(qiáng)度較低。雙戧堤、寬戧堤截流方案所需備料多，拋投強(qiáng)度大，截流時(shí)間長(zhǎng)，交通組織難度大。經(jīng)綜合分析，擬采用單戧堤、單向立堵進(jìn)占截流方案。

2.3.1 截流戧堤布置

截流戧堤主要受截流水力學(xué)條件、施工條件及交通布置制約?？紤]截流戧堤與圍堰堰體結(jié)合，截流戧堤可以布置在圍堰防滲軸線的上游和下游。截流備料場(chǎng)地主要布置在降曲河溝口，交通道路主要為3#公路與304#公路，截流戧堤布置在上、下游兩種方案的截流材料運(yùn)輸距離大致相等。

通過研究比較，截流戧堤布置在圍堰防滲軸線下游，可以減少截流過程中圍堰基礎(chǔ)覆蓋層的沖刷，并可避免截流拋投的大塊體流失到防滲軸線范圍內(nèi)，增加防滲墻造孔難度，同時(shí)截流戧堤兼作排水棱體，有利于圍堰的滲透穩(wěn)定。因此選定截流戧堤布置在圍堰防滲軸線下游，戧堤軸線與圍堰軸線平行，相距約78 m。

2.3.2 截流戧堤斷面

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，截流閉氣后590 m3/s 對(duì)應(yīng)的上游水位分別為2 723.56 m，考慮安全超高等確定戧堤頂高程為2726.00 m。考慮滿足3 ～4 輛32t(16 m3)自卸汽車同時(shí)卸料，截流戧堤頂寬取25.0 m，上游及下游邊坡均為1∶1.5，堤端邊坡為1∶1.25。合龍后，戧堤須立即加高培厚，以滿足防滲墻施工的要求。

2.3.3 龍口護(hù)底研究

龍口護(hù)底一般能減輕河床沖刷、減少龍口拋投量、縮短截流時(shí)間和減輕戧堤坍塌。本工程河道天然比降較大，河道流速大，水深較淺，水下大孤石分布復(fù)雜，不具備船拋先行護(hù)底條件。綜合考慮龍口沖刷、戧堤坍塌、河床護(hù)底施工條件及河床覆蓋層情況等因素，不采用護(hù)底截流方案。

2.3.4 龍口位置及寬度

戧堤處河谷深槽位于河床中部，截流備料場(chǎng)地主要布置在金沙江左岸降曲河溝口，交通道路可利用布置在左岸的3#公路與304#公路，截流進(jìn)占從左岸單向進(jìn)占合龍，龍口布置在右岸。

龍口寬度的確定主要取決于河流綜合利用要求和水力條件:

1)對(duì)無綜合利用要求的河道截流，龍口寬度通常按戧堤堤頭使用材料的抗沖刷能力確定。

2)龍口寬度的確定還應(yīng)考慮合龍工程量和施工條件等因素。

3)龍口寬度應(yīng)通過方案比較確定:①龍口寬度過大，將增大截流拋投工程量，拖延截流時(shí)間;②龍口寬度過小，將增大預(yù)進(jìn)占的困難，從而物料粒徑也會(huì)相應(yīng)增大，還會(huì)過早影響河流的綜合利用。

而葉巴灘水電站截流無綜合利用要求，其龍口寬度選擇主要取決龍口工程量及龍口拋投強(qiáng)度。

對(duì)截流流量Q =590 m3/s，對(duì)應(yīng)戧堤高程2728.00 m 擬定不同的預(yù)留龍口寬度50.0 m、45.0 m、35.0 m，對(duì)各方案的初始龍口平均流速、龍口工程量、拋投強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比:

1)對(duì)于預(yù)留龍口寬度50.0 m，初始龍口平均流速相對(duì)較低，龍口工程量較大，相同的計(jì)劃合龍時(shí)間下的拋投強(qiáng)度偏高，施工保證性差，非龍口段進(jìn)占難度相對(duì)容易。

2)對(duì)于預(yù)留龍口寬度35.0 m，龍口工程量較少，相同的計(jì)劃合龍時(shí)間下的拋投強(qiáng)度低，施工保證性好，但其初始龍口平均流速大，非龍口段進(jìn)占難度極大。

因此，綜合比較各方案的優(yōu)缺點(diǎn)后，推薦預(yù)留龍口寬度45.0 m，戧堤高程2 726.00 m。

2.3.5 截流水力學(xué)計(jì)算

截流過程中，截流設(shè)計(jì)流量主要由龍口泄流量、沖砂底孔泄流量、河床4 孔泄洪閘泄流量、戧堤滲流量和河道調(diào)蓄流量組成，截流流量590 m3/s 的截流水力學(xué)計(jì)算成果分別見表2、圖1。

表2 龍口水力指標(biāo)表

圖1 龍口水力指標(biāo)

11 月上旬自右岸適時(shí)進(jìn)占，11 月中旬截流;通過計(jì)算該截流方案的水力指標(biāo)和拋投料用量、粒徑和拋投強(qiáng)度等，本方案截流指標(biāo)一般，龍口最大平均流速4.59 m/s，最大單寬功率53.69t m/s/m，最大落差4.46 m。

2.3.6 龍口段分區(qū)

綜合考慮流速、落差對(duì)拋投材料及戧堤進(jìn)占難度的影響，根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算成果，龍口段寬45.0 m，分為3 個(gè)區(qū)，即Ⅰ區(qū)(10.0 m，龍口寬度45.0～30.0 m)，本區(qū)為較困難區(qū);Ⅱ區(qū)(15.0 m，龍口寬度30.0 ～15.0 m)，本區(qū)為截流困難區(qū)，龍口流速大，截流料物拋投強(qiáng)度大;Ⅲ區(qū)(15 m，龍口寬度15.0 ～0.0 m)，本區(qū)為合龍區(qū)，龍口流速相對(duì)下降。各區(qū)的流速、落差、單寬功率等重要水力學(xué)參數(shù)基本一致，以保證拋投材料、拋投強(qiáng)度等指標(biāo)合理可行。

1)龍口Ⅰ區(qū)(流量590 m3/s):龍口寬45 ～30 m，平均流速2.45 ～4.13 m/s，最大平均流速4.13 m/s，最大平均流速對(duì)應(yīng)口門寬度為30.0 m。

2)龍口Ⅱ區(qū)(流量590 m3/s):龍口寬30 ～15 m，平均流速3.45 ～4.59 m/s，最大平均流速4.59 m/s，最大平均流速對(duì)應(yīng)口門寬度為25.0 m。

3)龍口Ⅲ區(qū)(流量590 m3/s):龍口寬15 ～0 m，平均流速3.45 ～0 m/s，最大平均流速3.45 m/s，最大平均流速對(duì)應(yīng)口門寬度為15.0 m。

2.3.7 截流拋投材料

對(duì)截流拋投材料的最大粒徑選擇，一般可根據(jù)不同分區(qū)的最大流速、最大落差、止動(dòng)流速等辦法，并輔以工程類比確定。

根據(jù)截流龍口最大流速計(jì)算拋投材料的粒徑，一般采用依茲巴斯(S.V.Isbash)公式計(jì)算。

表3 龍口段合龍拋投材料匯總表(Q=590 m3/s，戧堤高程2726.00 m)

2.4 截流施工布置

2.4.1 截流備料

合龍流量Q=590 m3/s 下截流各種粒徑截流材料備料量分別見表4。截流備料場(chǎng)主要布置在降曲河溝口。

表4 截流龍口段備料工程量表(Q=590 m3/s，戧堤高程2726.00 m) m3

2.4.2 施工條件及合龍時(shí)間

從降曲河備料場(chǎng)至截流龍口處主要通過3#公路及304#公路，截流采用32t 自卸汽車。

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算成果，選取不同的計(jì)劃合龍時(shí)間，合龍時(shí)間與拋投強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系見表5。

表5 截流龍口段計(jì)劃合龍時(shí)間與平均拋投強(qiáng)度對(duì)應(yīng)表(Q=90 m3/s，戧堤高程2726.00 m) m3/h

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5397—2007 水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［2］孔科，周順文.金沙江葉巴灘水電站施工導(dǎo)流專題報(bào)告［R］.成都:中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，2015.