上馬蒂水電站技術(shù)改造施工導流淺析

姚治平

【關(guān)鍵詞】技術(shù)改造;導流;明渠

【中圖分類號】TV551.1;TV521【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）05-0100-03

1 工程概貌

1.1 工程介紹

上馬蒂水電站位于尼泊爾西部Madi河流，緊鄰喜馬拉雅山南麓，是一座引水徑流式小型發(fā)電站。該發(fā)電站共有2臺發(fā)電機組，單機容量為12.5 MW，總裝機容量為25 MW。首部樞紐距另一座引水式水電站尾水出口550 m。首部主體結(jié)構(gòu)有引水明渠﹑進水閘﹑沖沙閘﹑沉沙池，均沿河床右岸布置;混凝土溢流壩位于河床左岸，平行于溢流壩上游160 m增設(shè)一道砼灌砌石潛堰，輔助側(cè)向“S”形取水引流。

1.2 地質(zhì)、水文介紹

Madi河流域均為沙礫石地表，遇水流失。首部樞紐區(qū)域河床坡度i=2.0%，河槽坡陡流急。汛期水流中挾帶的推移質(zhì)、懸移質(zhì)嚴重，對首部構(gòu)筑物造成重度破壞，水輪機轉(zhuǎn)輪也受到不同程度的磨損;多年平均流量為33.2 m3/s，枯期平流量為5.29 m3/s，2年一遇洪水流量為298 m3/s;5年一遇洪水流量為759 m3/s;汛期是每年5月至次年10月，主汛期為6～9月。

枯水期為每年11月至次年4月，水源主要來至上游喜馬拉雅山雪山融雪及地下泉水匯流，河水清澈﹑清涼，水質(zhì)極優(yōu)，但是來流量有限，不能滿足2臺機組發(fā)電需用流量。枯水期偶有洪水發(fā)生，洪峰流量在30～50 m3/s，極少年度有大洪水出現(xiàn)，在3～4月發(fā)生較普遍。

1.3 技術(shù)改造成因

上馬蒂水電站于2017年汛期，引水明渠底板及閘室構(gòu)筑物受到推移質(zhì)的顛覆性破壞：明渠漿砌石底板全部被沖毀，建基面淘刷成深坑，沖沙閘、進水閘墩﹑墻體砼表面被沖蝕成連續(xù)凹痕，結(jié)構(gòu)鋼筋被破壞，嚴重危及上馬蒂水電站首部構(gòu)筑物的安全，汛期無法正常取水發(fā)電。汛期發(fā)電量占全年發(fā)電總量的55%，會極大地影響電站運營效益。

2 技術(shù)改造期間施工導流

2.1 方案擬訂及實施步驟

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SDJ338—89），參照尼泊爾Madi河流域水文地質(zhì)情況，結(jié)合上馬蒂水電站修復實施總目標，引水明渠及取水構(gòu)筑物修復計劃，擬定兩期施工導流方案[1]。

Ⅰ期施工導流工程。為完成壩0±0.00～壩0-82段明渠底板及閘墩、邊墻修復整治，同時為第二期技術(shù)改造創(chuàng)造施工導流條件;修復期，保證電站正常取水發(fā)電。Ⅰ期施工引流明渠：位于閘首引水明渠左導墻外側(cè)，沿河床新建一條臨時沙礫石導流明渠引水發(fā)電，過流量滿足常規(guī)來流要求;防止偶發(fā)大洪水威脅，確保洪峰來流引渠結(jié)構(gòu)安全，增設(shè)一座分流堰。

Ⅱ期施工導流工程。為完成壩0-82以上明渠底板、取水口功能改造、取水口區(qū)域河床整治、2#堆石區(qū)及左導墻加固。進水口左側(cè)河槽新建一條臨時引水明渠。

施工導流明渠使用時段為12月至次年5月;導流標準為安全過流50 m3/s，導流與分流并用。滿足施工導流需求，按表1配置設(shè)備。

填筑料源。在首部樞紐河槽區(qū)域500 m范圍內(nèi)開采填筑材料，既可疏通河道也能節(jié)約技術(shù)改造成本。

2.2 Ⅰ期技術(shù)改造導流明渠

Ⅰ期技術(shù)改造工程于2018年2月啟動，5月進入主汛期，施工時間僅有4個月。臨時引渠施工客觀上不允許占用較多時間，因此必須控制工程量，縮短工期。精心對施工導流明渠進行合理優(yōu)化，既能達到平時引流要求，也能滿足偶發(fā)大洪水的有效分流，從而避免引渠損毀，同時為主體工程施工爭取時間。Ⅰ期施工明渠由上段、下段、分流堰組成。

2.2.1 上段

始于壩0-205～潛堰，終于壩0±0.00，該段充分利用原始河床走勢，僅對原始河床疏通﹑整平壓實，對河床底板存水預泡15 d，保持充分濕潤，防止過流時水流滲漏，確?？菟诎l(fā)電取水量。

2.2.2 下段

始于壩0±0.00，渠底板高程為▽937 m，擋水堤頂高為▽938.8 m，終于壩0+149，經(jīng)沉沙池側(cè)堰入池，該入口處高程為▽936.2 m，擋水堤頂高為▽938.2 m。

下段是施工引水明渠成敗的關(guān)鍵，全部由沙礫石填筑，導流明渠最大填筑高度為12m，最大填方寬度為38.6 m，最大填方長度為175m;渠底板坡度i=0.8%～1，安全過流斷面為20 m（寬）×1.5m（高），過流量Qmax=μvs（μ為經(jīng)驗系數(shù)，v為實際過流流速，s為平均過流斷面面積）。設(shè)計安全過流量為0.85×20 m×1.5 m×1 m/s=25.5 m3/s。

2.2.2.1 沙礫石填筑

（1）渠底板。渠底板由沙礫料填筑，最大填方體斷面為 38.6 m（寬）×10 m（高）。從壩0±0.00依次向下游分層水平填筑升高，每層填厚80 cm。采用自卸車倒退進占法鋪筑，粒徑較大時，反挖輔助平整并初壓，灑水車不間斷灑水，保證填筑層充分濕潤，采用推土機全斷面縱向錯距法終壓，往返為一碾壓單元，每單元搭接4/5履帶寬，如此方式先縱向碾壓再橫向壓實，直到載重汽車行走后無明顯下沉痕跡方停止;填筑過程中，控制進占的載重車輛行走路線，進一步對填筑體進行壓實;每填筑層碾壓完成后，一直灑水浸潤，持續(xù)到下層覆蓋時結(jié)束。

（2）兩側(cè)擋水堤填筑壓實、邊坡整形、夯實。擋水堤為沙礫石填筑體，斷面平均尺寸為5.45 m（寬）×1.8 m（高），坡比為1∶0.9，填筑層厚50 cm，引水明渠兩側(cè)擋水堤同時向前推進，采用自卸汽車倒退進占法卸料，人工輔助灑水濕潤，反挖整平并反復碾壓，直到無下沉為止，同時反挖斗背對兩側(cè)邊坡整形并夯實。

2.2.2.2 防滲結(jié)構(gòu)

防滲結(jié)構(gòu)由下至上設(shè)置為防滲漏層、過渡層、護面層。

（1）防滲漏層。渠底板及擋水堤填筑達設(shè)計高程后，消除個別凸露礫石及填平凹陷處，將表面再次進行整平、壓實。依次從明渠下游末端出口處，垂直于水流向，從一側(cè)擋水堤頂部向另一側(cè)擋水堤頂部人工鋪設(shè)防滲土工布，每條帶土工布寬度為4 m;每相鄰兩條帶土工布搭接寬度為15 cm，黏結(jié)前，對擬搭接區(qū)域進行清理，保證無異物并干燥，檢查合格后，由專人用專用刷子均勻地將專用黏結(jié)劑涂抹于防滲土工布上，待黏結(jié)劑稍變干（約20 min），立即將兩條帶土工布端頭平順地壓接，局部輔以電熱吹風進行熱接，接頭區(qū)域搭接牢固后進入下道工序。

（2）過渡層。設(shè)置過渡層是為了防止在鋪填塊石保護層時損傷土工布。在土工布上加鋪一層干凈河沙，河沙來自就近河床，裝載機在土工布外沿送入并初平，自制平板器刮平、壓實，攤鋪厚度為10 cm。

（3）護面層。設(shè)置護面該層的主要目的是防止長時間水流沖刷磨蝕土工布而造成滲漏，在沙礫石填筑體內(nèi)形成管涌，引起明渠垮塌。護面料選擇粒徑為10～20 cm的卵石，裝載機配合人工，均勻地輕鋪填在沙面層上，局部不易礫鋪砌的用較細礫石填充密實，確保無明顯空隙。在擋水堤身迎水面做好防護，采用鉛絲石籠水平鋪砌，鉛絲石籠直達堤頂高程，局部鉛絲籠間隙處選用適當塊石充填密實，每一鉛絲籠填滿礫石后必須固結(jié)牢固，每層鉛絲籠間必須固結(jié)牢固，以防水流沖擊礫石溢出而引起整體護面結(jié)構(gòu)垮塌[2]。

2.2.2.3 坡腳防護

高填方明渠下段左側(cè)背坡腳，受左河槽行洪水流沖刷或滲漏影響，沙礫石填方體很容易失穩(wěn)而發(fā)生潰堤事故，因此必須加強坡腳保護。沿堤走向，在坡腳3 m寬范圍內(nèi)用粒徑1 m以上礫石堆砌，砌筑高程為4.5 m，其中與分流堰緊相鄰下游10 m段，全坡面用大塊體礫石砌筑;使用期間偶有降雨，為防止表層雨水匯集沖蝕沙礫石堤坡而引起潰堤事件，完成填筑及表層處理后，要在堤頂及外坡面鋪設(shè)塑料薄膜預防雨水沖刷，并適當鋪壓沙袋壓實，以防河風吹移塑料薄膜而失去預期效果[3]。

2.2.3 分流堰

分流堰位于壩0±0.00的溢流壩上，堰頂高為■937.4 m，總長度為20 m，最大斷面尺寸為6.5 m（寬）×1.2 m（高）。設(shè)置分流堰與將引水明渠擋水堤加高、培厚防洪效果相比較，其工作量減少，工期縮短，施工難度降低，行洪有保障，并能最大限度地提高施工導流工程的安全性。

分流堰既滿足枯水期常規(guī)來流擋水要求，也滿足枯水期短時間溢流。即，當來流小于Q=0.85×20×1.2×1=20.4 m3/s（20 m溢流寬）時，能自然擋水并通過填方引水明渠全部安全引入沉沙池供發(fā)電取水;當來流超過20.4 m3/s時，通過人工對分流堰頂?shù)母深A，可滿足來流2臺機組滿負荷發(fā)電需用流量，即25.5 m3/s;當來流超過25.5 m3/s時，人工對分流堰頂進行干預，實現(xiàn)充分過流，通過分洪減輕導流明渠負擔;當枯水期發(fā)生特大洪水時，可以暫時將分流堰挖開分流，待洪峰后簡易恢復擋水，保證導流明渠整體安全。

堰體結(jié)構(gòu)為凈空過流寬20 m，斷面尺寸為6.5 m（寬）×1.2 m（高）。堰體左岸布置一條連接左岸上下游當?shù)卮迕?、爬雪山愛好者進出的臨時交通道路。堰體內(nèi)部就近河槽沙礫料分層壓實填筑，堰體迎水面由0.6 m厚的漿砌砼塊石包裹形成過流面，實施中嚴格控制砼灌注質(zhì)量，嚴禁塊石架空，表面收面，成光滑流線型。

使用中的Ⅰ期的導流明渠如圖1所示。

2.3 Ⅱ期技術(shù)改造導流明渠

Ⅱ期導流工程。引渠上口起始于壩0-260，經(jīng)過壩0-157潛堰，終于永久引水明渠導墻壩0-72左側(cè)下游段導入永久明渠，以供發(fā)電取水。過流斷面為20 m（寬）×3 m（高），底板最大填方斷面尺寸為28.5 m（寬）×2 m（高），擋水堤斷面尺寸為6.5 m（寬）×3.1 m（高），左側(cè)行洪區(qū)較寬，僅對堤身背坡腳1.5 m高范圍進行大礫石護腳，坡面其余部位平整夯實，填筑方法同Ⅰ期施工導流明渠，過流底板及導流堤防滲漏、防沖刷加固處理如圖2所示。Ⅱ期過流量Q=0.85×20×3.0×1.0=51 m3/s。

2.4 臨時引水明渠圍堰

Ⅰ期施工導流時段封堵原引水明渠口門，來流改走臨時引水明渠進入沉沙池;Ⅱ期施工導流時段在上游河床壩0-275修筑橫向圍堰擋水，堰體斷面尺寸為7 m（寬）×4.5 m（高），堰前迎水面拋填大礫石護面，來流通過臨時引水渠引入永久明渠陡坡段供發(fā)電取水。

3 結(jié)語

上馬蒂水電站技術(shù)改造任務于2020年6月順利結(jié)束，實現(xiàn)既定目標。技術(shù)改造期間施工導流工程運行良好，保證技術(shù)改造工作正常開展，同時不影響馬蒂水電站正常發(fā)電。說明采用沙礫石修筑高填方臨時引水明渠是可行的，關(guān)鍵在于處理好必要的防滲、防外部水流沖刷相關(guān)構(gòu)筑物，設(shè)置必要的分洪構(gòu)筑物。

在水工建筑工程實施中，為主體工程創(chuàng)造干地施工條件是臨時引水工程無法回避的。建筑行業(yè)走向市場，要充分把控工程所在地的有利自然條件，用好、用活當?shù)刭Y源。在施工成本中，材料費用所占比例很大，要使一個承包項目能有較好的利潤，實施中，如何充分地把現(xiàn)場資源合理地用于工程中，值得水工建設(shè)管理者深思。

參 考 文 獻

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