高原區(qū)電站施工導(dǎo)流和水流控制設(shè)計(jì)

呂清華

【摘要】本文主要介紹在高原區(qū)新建陽曲水電站大壩，在其特殊的地理環(huán)境和氣候環(huán)境條件下大壩施工過程中施工導(dǎo)流和水流控制設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)流；截流；進(jìn)占

一、壩區(qū)基本情況

1 水文氣象

陽曲電站地處高原氣候區(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季分明。電站所屬流域多年平均降水量在500-2470mm之間，分布趨勢由南向北遞增。流域內(nèi)雨日多，連續(xù)降雨日數(shù)較長。流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量處1166-2500mm之間，總的趨勢由南向北遞減。流域內(nèi)多年平均氣溫-4.9℃-19.7℃。水電站壩址10月份、11月份旬平均流量成果見表1-1。

2 水文地質(zhì)

壩址區(qū)地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，孔隙潛水分布于河床兩岸沖洪積層及兩岸山坡平緩處的崩坡積層中，其補(bǔ)給來源主要來自大氣降水。由于壩區(qū)地形較陡，降雨多迅速形成地表徑流，只有少量滲入地下形成基巖裂隙水。河床覆蓋層由全新統(tǒng)混合土卵石組成，表層見漂（塊）石，中細(xì)砂填充，局部架空狀，呈中密狀，漂石粒徑以數(shù)十厘米至數(shù)百厘米為主。河床覆蓋層為主要的孔隙性含水層，由淺至深部透水性變?nèi)?。根?jù)鉆孔抽水試驗(yàn)，滲透系數(shù)一般為15.4-59.6m/d，最大達(dá)666m/d，呈透水性。電站大壩施工根據(jù)其地質(zhì)特性采用土石圍堰一次攔斷河床的隧洞導(dǎo)流方式，右岸布置2條導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞為城門洞型。

二、 施工導(dǎo)流規(guī)劃

1 初期導(dǎo)流

根據(jù)施工進(jìn)度安排，初期導(dǎo)流階段由圍堰擋水，右岸2條導(dǎo)流隧洞泄流，圍堰擋水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用全年20年一遇洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水流量為6460m3/s，大壩洗滌澆筑高程超過上游圍堰高程，大壩具備臨時(shí)擋水度汛條件，開始擋水度汛，初期導(dǎo)流階段結(jié)束。

2 中期導(dǎo)流

中期導(dǎo)流階段在設(shè)計(jì)洪水情況下，由壩體擋水，大壩臨時(shí)擋水度汛標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水流量為7940m3/s。大壩由兩條導(dǎo)流隧洞和四孔泄洪中孔聯(lián)合泄流，導(dǎo)流隧洞開始下閘封堵，水庫初期蓄水，至此中期導(dǎo)流階段結(jié)束。

3 后期導(dǎo)流

從導(dǎo)流隧洞封堵開始，至封堵完成，為后期導(dǎo)流階段。本階段由壩體擋水，壩體擋水標(biāo)準(zhǔn)采用枯水期200年一遇洪水，流量為4020m3/s。

三、截流方式及截流方案

1 截流方式選擇

根據(jù)水電站壩區(qū)的地形和施工條件，導(dǎo)流洞進(jìn)口底板較高、河床較陡、截流指標(biāo)較高、右岸山體陡峭以及布設(shè)道路不便等特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)截流采用雙戧單向立堵截流方式。

2 截流設(shè)計(jì)

2.1 截流標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)段

根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5397-2007）規(guī)定，截流標(biāo)準(zhǔn)可采用截流時(shí)段重現(xiàn)期5-10年的月或旬平均流量，考慮到水電站工程規(guī)模較大，截流工程的成敗直接影響到發(fā)電工期，故選擇截流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇旬平均流量。結(jié)合施工進(jìn)度、截流難度綜合分析，選擇11月中旬截流，相應(yīng)10年一遇旬平均流量為710m3/s。

2.2 大壩上、下游圍堰設(shè)計(jì)

大壩上、下游圍堰采用全年圍堰方案，擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年20年一遇重現(xiàn)期洪水，流量為6460m3/s， 上游圍堰采用土石心墻圍堰方案，堰體防滲分上下兩部分，上堰體采用復(fù)合土工膜防滲，下堰體及基礎(chǔ)采用混凝土防滲墻形式。對(duì)于堰體混凝土防滲墻與基礎(chǔ)接觸部位滲透率較大（q>5Lu）的部位，采用防滲墻預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為： 灌漿界線為5Lu線，單排孔，灌漿孔距2m；透水率q≤5Lu。

大壩下游圍堰布置考慮與尾水出口枯期圍堰相結(jié)合，即尾水出口枯期圍堰作為下游圍堰的一部分。下游圍堰采用全年土石圍堰方案，堰體防滲分上下兩部分，上堰體采復(fù)合土工膜防滲，下堰體及基礎(chǔ)采用混凝土防滲墻型式。對(duì)于堰體混凝土防滲墻與基礎(chǔ)接觸部位透水率較大（q>10Lu）的部位，采用防滲墻預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為： 灌漿界線為10Lu線，采用單排孔，灌漿孔距2m；透水率q≤10Lu。

2.3 龍口位置及龍口寬度選擇

2.3.1 截流龍口寬度確定

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究成果，結(jié)合河床特性，上戧堤右岸預(yù)進(jìn)占戧堤總長15m，其中預(yù)進(jìn)占前10m用石渣料全面拋投，后5m用鋼筋籠進(jìn)行裹頭保護(hù)。左岸預(yù)進(jìn)占戧堤全面拋投石渣料，直到龍口寬度為70m時(shí)，左岸戧堤堤頭石渣料開始拋填，預(yù)進(jìn)占結(jié)束。下戧堤右岸預(yù)進(jìn)占戧堤總長15m，其中預(yù)進(jìn)占前10m用石渣料全面拋投，后5m用鋼筋籠進(jìn)行裹頭保護(hù)。左岸預(yù)進(jìn)占戧堤全面拋投石渣料，直到龍口寬度為42m時(shí)，左岸戧堤堤頭石渣料開始拋填，預(yù)進(jìn)占結(jié)束。

2.3.2 截流戧堤設(shè)計(jì)

截流戧堤擋水標(biāo)準(zhǔn)采用11月中旬10年一遇旬平均流量為710m3/s。上戧堤設(shè)計(jì)上游水位1991.13m，戧堤頂高程取1993.50m，戧堤頂寬20.0m，長約120m，上、下游邊坡均為1：1.4，進(jìn)占向堤頭邊坡為1：1.3。上戧堤設(shè)計(jì)上游水位1986.21m，戧堤頂高程取1989.50m，戧堤頂寬20.0m，長約115m，上、下游邊坡均為1：1.4，進(jìn)占向堤頭邊坡為1：1.3。

2.3.3 龍口分區(qū)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將龍口進(jìn)占從左至右分為四個(gè)區(qū)：Ⅰ區(qū)、上戧堤龍口寬75m-50m，下戧堤龍口寬45m-30m；Ⅱ區(qū)、上戧堤龍口寬50m-35m，下戧堤龍口寬30m-23m；Ⅲ區(qū)上戧堤龍口寬35m-20m，下戧堤龍口寬23m-15m；Ⅳ區(qū)、上戧堤龍口寬20m-0m，下戧堤龍口寬15m。

3、截流施工

3.1 戧堤右岸非龍口段進(jìn)占

1）先上、下戧堤右岸裹頭施工完成。

然后戧堤非龍口段開始按圍堰全斷面預(yù)進(jìn)占。左岸下戧堤形成截流龍口開始進(jìn)占。分別進(jìn)占至龍口初始設(shè)定寬度，完成河床截流合龍。

2）戧堤非龍口段進(jìn)占拋投材料，一般用石渣料全斷面拋投施工，進(jìn)占過程中，如發(fā)現(xiàn)堤頭拋投材料有流失現(xiàn)象，可在堤頭進(jìn)占前沿的上游角（按戧堤軸線上游側(cè)控制）先拋一部分較大塊石，在其保護(hù)下，再將石渣拋填在戧堤軸線的下游側(cè)。

3）非龍口進(jìn)展施工流量按逐月平均流量控制。根據(jù)水情預(yù)報(bào)在當(dāng)月流量較小時(shí)段，并在堤頭前沿3-5m范圍內(nèi)，用鋼筋石籠拋在上游角壓坡腳，使其形成防沖裹頭，以防止遇當(dāng)月10%頻率最大瞬時(shí)流量時(shí)，堤頭沖刷坍塌。

3.2 戧堤龍口段合龍進(jìn)占

1）龍口段合龍進(jìn)占是截流成敗的關(guān)鍵，合龍的具體日期應(yīng)根據(jù)水文情況和各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的進(jìn)展情況相機(jī)確定。在龍口合龍進(jìn)占開始前，要驗(yàn)收檢查導(dǎo)流洞是否通暢，龍口合龍進(jìn)占施工道路需滿足大型機(jī)械設(shè)備必須檢修合格，操作人員配備齊全、并經(jīng)過訓(xùn)練，龍口段合龍拋投材料規(guī)格及備用數(shù)量需滿足設(shè)計(jì)要求，并按要求備放在據(jù)截流戧堤較近的截流基地上，截留施工道路須滿足大型機(jī)械通行，暢通無阻地要求；水文觀測設(shè)施裝備齊全，觀測手段落實(shí)，具備觀測條件，通訊聯(lián)系通暢，指揮系統(tǒng)完善。

2）龍口合龍拋投材料應(yīng)按設(shè)計(jì)分4個(gè)區(qū)進(jìn)占。

Ⅰ區(qū)（口門寬75-50m）為用塊石及石渣全戧堤斷面進(jìn)占，如發(fā)現(xiàn)堤頭拋投材料有流失現(xiàn)象，可在堤頭進(jìn)占前沿的上游角（戧堤軸線上游側(cè)）先拋一部分鋼筋石籠或大塊石，在其保護(hù)下，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線的下游側(cè)。

Ⅱ區(qū)段（口門寬50-35m）為合龍的困難區(qū)段，可采用凸出上游挑角的進(jìn)占方法。在上游角（與戧堤軸線成45°角）集中中石和大塊石，控制在戧堤軸線上游12-15m，使上游角凸出10m左右，將水流自堤頭前上游角挑出一部分，從而使堤頭下側(cè)形成回流緩流區(qū)，可用塊石及石渣進(jìn)占。

Ⅲ區(qū)段（口門寬35-20m）合龍最困難的區(qū)段，可采用凸出上游角的進(jìn)占方法。在上游角（與戧堤軸線成45°角）集中大塊石和鋼筋石籠，控制在戧堤軸線上游12-15m，使上游角突出10m左右，將水流自堤頭前上游角挑出一部分，可用塊石從戧堤軸線上游側(cè)進(jìn)占，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線下游側(cè)。

Ⅳ區(qū)段（口門寬20-0m）可用塊石從戧堤軸線上游側(cè)進(jìn)占，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線下游側(cè)。

4、堰體填筑跟進(jìn)施工

合龍之后應(yīng)及時(shí)加高、培厚。對(duì)于下水部分，自卸汽車直接沿戧堤邊坡卸料；水上部分則要分層填筑碾壓。采用液壓反鏟裝車，25t自卸汽車運(yùn)料，戧堤前沿配推土機(jī)平整，18t振動(dòng)碾碾壓，局部邊角采用手持式打夯機(jī)夯實(shí)。加高、培厚完成后填筑反濾料，填筑方式與堰體相同，在填筑碎石反濾料的同時(shí)，緊隨進(jìn)行閉氣材料的拋填，盡早閉氣。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利水電工程施工導(dǎo)流探析[J]. 袁遠(yuǎn)強(qiáng). 科技風(fēng). 2012（12）

[2]分水江水利樞紐工程施工導(dǎo)流方案比較與研究[J]. 金曄軍，楊協(xié)水. 浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報(bào). 2002（02）