长河坝水电站峡谷河床双戗截流

孙周辉，沙晓玲

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

长河坝水电站为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，坝址位于四川甘孜藏族自治州康定县境内。大渡河为不通航河道，枢纽无漂木任务。坝型为砾石土心墙堆石坝，电站装机容量2 600MW，水库正常蓄水位1 690m，相应库容10.44亿m3，坝顶高程1 697m，最大坝高240m。

电站施工导流采用土石断流围堰，2条初期导流洞均布置在右岸，导流方式采用断流围堰隧洞导流方式。导流洞过水断面均为12m×14.5m，进口高程均为1 482.00m，出口高程均为1 475.00m。上、下游土石围堰均按50年一遇洪水标准(流量5 790m3/s)设计，上游围堰堰顶高程1 530.50m，最大堰高57m，堰顶全长168m，堰基河床覆盖层最大厚度约82m，枯期河床水面宽80～106m。

2 截流实施方案研究

2 .1 截流设计与截流实施面临的主要难题

(1)施工交通条件差、施工场地狭窄、交叉影响大。河床两岸山势陡峭，呈典型的“V ”形河谷，只有在右岸有一条通道，截流时将道路加宽至15～20m，作为截流主通道，左岸不具备布置截流道路的条件。戗堤部位场地狭小，道路布置困难。

(2)截流河段自然落差大，左岸岸坡地形陡直，河流主槽靠右岸，下切较深，形成急流，不利于截流。河床由漂卵石组成，最深处达82m，结构复杂，透水性极强，架空现象普遍，河床冲刷情况严重，从而加大截流难度。

(3)截流戗堤落差大、流速高、水深，堰址最枯水深9～15m，河床坡降大，在围堰轴线上、下游200m范围内自然落差超过3m，截流实测戗堤未闭气状态下截流总落差达9.6m ，戗堤头部最大平均流速为7.6m/s。

(4)截流合龙抛投强度受限。受道路条件等限制，截流主要料源均布置在右岸坝肩范围内，且左岸不具备进占条件，因此右岸单向进占对道路要求条件较高。本工程截流只能采用单向立堵进占，由于只有一条主通道连接上、下游戗堤，抛投强度受道路和场地狭窄限制，无法实现高强度的抛投，成为制约高强度施工的关键因素。

(5)导流条件差。河流自然流态偏左岸，受前期条件影响2条导流洞均布置于右岸，导流洞自然分流效果差，增加截流难度。

2.2 截流时段选择

大渡河流域6～9月为主汛期，10月为汛后过渡期，11月～翌年2月为稳定退水期。根据实测的2010年10月水情，来流量已经开始稳定下降，逐渐降至模型试验所选定的流量以下，且截流备料也已经充分准备，为保证后期防渗墙工程有足够的时间施工，选定在10月下旬～11月上旬截流。

2.3 截流戗堤位置的确定及戗堤互动研究

鉴于上、下戗堤之间河床的自然落差较大，在截流合龙到一定时间段时，可能因上戗水头落差较大会导致合龙困难，所以截流之前提前考虑移动双戗的方案即在截流前实施了降低截流难度的丁坝措施。在下戗堤进占到一定程度后，对上戗上、下游水位落差失去调节作用，上戗在进占时戗堤上游水头迅速抬高而下游水头抬高不明显，导致上、下游水位差增大明显，上戗合龙进占效果不明显，冲刷严重，此时下戗堤的进占已经失去作用；在进行到此阶段时上、下游戗堤进展都比较困难，此时移动上戗至丁坝处，原上戗堤变成现在的下戗堤(为了概念明确分别用丁坝、上戗、下戗来说明，不采用变动后的上、下戗的说法)，因为丁坝与上戗之间原河床段的天然落差较小，上戗龙口段流速很大时丁坝附近流速缓慢，进占能顺利进行，此时集中力量进行丁坝进占，在进展到困难阶段时采用大型块石串稳定堤，进行上游戗堤进展，直至合龙成功。上戗轴线位于围堰轴线上游侧68.3m，下戗轴线位于围堰轴线下游56.7m，丁坝位于上戗上游约70m处。

2.4 截流模型试验研究及成果

2.4.1 模型设计

2008年委托四川大学采用正态、整体、动床水力模型试验，对截流进占各区段水力条件进行论证，并提出各段的水力学指标和抛投方式、抛投料尺寸、重量和数量，为截流工程备料设计提供依据。通过模型试验选择合理的戗堤位置、进占方式、进占分区及抛投物料，观测了解进占各区段的水流条件和各种水力特性指标，为截流设计提供设计参数和施工依据。

2.4.2 试验研究工况

通过动床水力模型试验，对不同流量、不同工况(导流洞有无残埂、是否需要护底等)组合情况下多种截流方案的比选，优化得出以下主要结论：

(1) 当截流时段选择在11月下旬，来流流量Q≤652.0m3/s较小时，可采用从右向左的单戗立堵方案，戗堤轴线为上游围堰轴线上游68.3m；而当来流流量Q>652.0m3/s后，则应采用双戗立堵截流方式。

(2) 当截流时段选择在10月下旬或11月上旬、流量Q=1 180m3/s或Q=838m3/s时，采用双戗从右向左单向立堵进占能够成功截流。截流戗堤与上游围堰结合，上戗堤轴线位于上游围堰轴线上游68.3m，下戗堤轴线位于上游围堰下游56.7m。预进占方式为：上戗右岸预进占长度为15m，左岸不布置裹头，上戗龙口宽度55.0m，上游戗堤顶高程为1 492m，顶宽20m，上下游坡度为1∶1.5；下戗左戗堤预进占长度15m，并用大块石或块石串做裹头，厚度不小于8.0m，下戗右戗堤预进占10m，下游戗堤顶高程1 488m，顶宽20m，上下游坡度为1∶1.5。进占方式皆为从右向左单向进占，截流方式为双戗单向立堵截流。模型试验阶段双戗截流龙口水力学计算成果见表1和图1。

表1 模型试验阶段龙口水力学计算成果(Q=838m3/s)

2.4.3 截流戗堤布置及龙口位置

截流设计流量为838m3/s，上游戗堤顶高程为1 492m，顶宽20m，上下游坡度为1∶1.5；下游戗堤顶高程1488m，顶宽20m，上下游坡度为1∶1.5。

截流戗堤选在上游围堰上、下趾处，上戗堤轴线位于上游围堰轴线上游68.3m，下戗堤轴线位于上游围堰下游56.7m。双戗进占分区见图2。

龙口位置由地形、地质及水力条件决定，龙口周围应有广阔的场地，距离料场较近，力求放在覆盖层浅或基岩裸露的地段，尽量避开有顺流向的陡坡和深坑。根据本工程的地形位置及现场条件，河道右岸有施工道路通过，且经过上游围堰处公路路面高程1 491.00m左右，与截流戗堤高程相当，截流由右岸向左岸单向进占，截流龙口布置在河道左岸。同时为了使上、下龙口错开，有利于分担落差，在下戗堤左岸预进占15m时做10m长的大石及钢筋石笼裹头。双戗互动进占龙口宽度曲线见图3。

2.5 模型试验阶段与实施阶段条件对比

图1 截流参数曲线(Q=838m3/s)

图2 双戗进占分区示意

长河坝工程原计划于2008年截流，由于受客观条件限制，2008年未实施截流，后计划于2010年10月下旬实施截流。2008～2010年期间，河道两岸其他相邻工程施工时，部分石渣滚落河床，河道已经缩窄，且经过两个汛期上游围堰下戗堤及其下游河床受洪水淘刷有所下降。与2008年相比，同时段实测水面线在上游围堰上戗堤及其上游河床壅高约2m，下戗堤及其下游河床水面线下降约1.5m。同时从实测导流洞分流情况、不同龙口宽度水力学计算成果与原模型试验成果进行比较分析后认为，2010年10月底实施截流仍可以原模型试验成果作为截流设计、施工依据，但为降低截流难度、确保截流成功，在具体实施过程中应考虑适时调整方案。

图3 双戗互动进占龙口宽度关系曲线

3 截流方案设计

3.1 截流时段和截流流量

根据长河坝电站总体工程进度安排，计划10月下旬至11月上旬实施截流，截流标准采用10年一遇11月上旬平均流量838m3/s。

3.2 截流方案选择

根据2008年水力模型试验成果，采用岸边堆渣、双戗单向(从右岸至左岸)进占立堵法实施截流。双戗截流方案的选择主要根据现场的条件，原因是上戗堤左岸岸壁陡峭，水流流速较大，在左岸修筑进占道路难度极大，而下戗堤左岸为2号支洞口平台处，该场地为左岸唯一的应急备料场，亦不具备进占条件。

3.3 截流水力学计算成果

本工程采用岸边堆渣、双戗单向进占截流。根据目前岸边堆渣后的导流隧洞泄流曲线、10%频率流量838m3/s及相关实测地形资料等进行截流水力学计算，主要截流水力学计算成果见表2。

表2 龙口水力学计算成果(Q=838m3/s)

4 截流施工准备

4.1 截流材料备料

根据现场地形条件和确保截流时能高强度地抛投，将截流特殊材料的储备料场全部规划在上、下游围堰施工区域附近，共规划16个截流备料、施工场地，截流备料系数见表3。

4.2 截流道路布置

根据截流实施方案结合现场施工条件，在截流施工主干道道路右岸、左岸布置一条应急通道。

本工程截流为双戗单向立堵截流，从右往左依次推进，右岸截流施工道路是本次截流的主要道路，保证截流干道宽15～20m，同时在上下游戗堤之间形成一个较大的回车平台，以便于进占车辆在上下游戗堤上的行车、倒车，方便指挥管理，提高抛投强度。在左岸利用场内交通洞从2号支洞口穿出，该道路将作为左岸部分截流材料的备料道路。

表3 截流备料系数

5 截流施工

5.1 截流预进占

5.1.1 上戗堆渣预进占

根据现场实际情况，为降低截流施工难度，在上戗堤轴线上、下各25m范围堆渣填筑10m宽的平台。

5.1.2 挑流丁坝进占

为增加导流洞分流效果，在上游1号导流洞进口填筑一石渣挑流丁坝。

5.1.3 截流戗堤非龙口段进占

戗堤非龙口段进占施工于2010年9月20日～10月20日进行。

上游戗堤：左岸不设裹头，右岸采用小石料预进占20m，预留龙口宽度30m。

下游戗堤：左岸裹头前5m采用石渣料进占，后10m在1 486m高程以下采用大石料进占以形成裹头，1 486m高程以上用石渣料填铺。右岸采用石渣料抛投预进占10m，预留龙口宽度45m。

5.2 截流戗堤龙口段进占

5.2.1 上戗堤进占

上戗堤龙口段进占于2010年10月20日8时正式开始，经过12小时高强度抛投，至21日8时，上戗堤龙口宽度约16m，对应龙口流速5.9m/s，戗堤上、下游水位落差2.57m，丁坝与上戗堤之间的水位落差0.8m。随后采取特长大块石串先行，中石、小石料跟进的方式进占，至21日18时，上戗堤龙口宽度约10m，对应龙口流速6.8m/s，戗堤上、下游水位落差3.53m，丁坝与上戗堤之间水位的落差1.07m。此后继续抛投大量特大块石串，历时4小时龙口缩窄不明显。至22日0时，龙口宽度7.5m,上戗上下游水位落差4.89m，随着龙口的缩窄，水位落差一直变大，到合龙时落差达到5.5m。

5.2.2 下戗堤进占

至20日16:30时，下戗堤龙口宽度约29.9m，戗堤上、下游水位落差0.31m。随后减缓下戗进占速度，组织车辆开始进行丁坝的进占，至21日11时，下戗堤龙口宽度约24.8m，戗堤上、下游水位落差0.21m。此后因上戗堤流速湍急，水流直冲下戗堤龙口，历时3个小时下戗堤无法进占。此时开始丁坝进占辅助上戗堤进占单向立堵截流，放弃下戗进占，下戗进占全面停止。

5.3 丁坝进占

20日16:30时，截流困难，上戗持续抛投进占缓慢，抛投料损失严重，此时上下戗上下游水位差持续变大，由初始的2.2m增大到3.3m，上戗龙口流速达到6.5m/s，上戗水头落差达到2.3m，水流流态为急流并且产生明显的远驱水跃，上戗龙口宽度16m，导流洞分流比45%左右，此时进行丁坝进占有着至关重要的作用，即集中中小石抛投丁坝进占，进占顺利并且迅速。至21日8时至18时，丁坝龙口宽度由38缩窄至8m，进占效果非常好。22日0时，龙口宽度5.5m，丁坝上下游水位落差1.25m，随着龙口的缩窄，水位落差一直变大，到合龙时落差达到2.96m。截流成功时，丁坝上游至下戗下游总的水位落差达到9.58m。

6 截流成功经验总结

长河坝工程截流于2010年10月20日8时开始戗堤龙口段进占，10月22日7时成功合龙。通过本次截流总结了以下几点成功经验：

(1) 高度重视。截流前，业主、设计、监理及施工单位参考截流水力模型试验召开多次专题会，对截流设计方案、截流施工方案进行讨论研究，并邀请专家审查。

(2) 充分准备。2010年10月18日完成抛投料备料工作，设计抛投量约4.28万m3，实际储备约9.39万m3，备料系数达2.19。2010年10月18日截流所需设备及备用设备全部就位，且保证工况良好。提前对参与截流施工各级人员进行技术、安全交底，并对有特殊要求的人员(堤头作业人员、指挥员等)进行系统培训。

(3)合理组织。截流前进行实战演习，验证截流关键程序“料场装车→抛投料运输→堤头指挥卸料→推土机散料→空车有序返回”的合理性。

(4)因地制宜：①采用移动双戗的新思路。《双戗立堵截流的水力控制条件研究》总结出：采用双戗堤立堵截流的基本原则应是,截流全过程中,上、下戗堤各自的截流最大困难度,都必须小于用单戗堤立堵的最大困难度；双戗堤立堵截流的控制水力条件应在保证下戗堤截流的最大难度小于单戗堤截流的最大难度的前提下,能够壅水,达到可以改善上戗堤合龙难度的目的。②截流特殊抛投材料的合理选择。在本工程截流过程中，上游挑流丁坝填筑对降低龙口过流量发挥了重要作用，同时特长大块石串(前一串与后一串首尾相连)的成功应用有效地减少了抛投物料的流失量，在合龙最困难段10～0m形成一个倒直角三角区域的高速深水泄水槽，对单块3m3以上大块石采用25mm的钢丝绳将5～7块串在一起形成15～20m长的特大块石串，回填高速泄水槽。合龙段总共回填块石串7 240m3。采用推土机将石串推到龙口内，对束窄龙口宽度、降低龙口流速效果明显，降低了截流难度。本工程最大的抛投特点就是，完全没有采用人工制作的混凝土四面体，而是全部采用天然大石制作成的特大块石串，极大地降低了工程成本。

7 结束语

长河坝工程截流属峡谷河床地带高流速、大落差双戗截流。本工程截流成功对保证长河坝电站总体工期发挥了至关重要的作用。截流成功当天，从下游围堰至上游围堰河床段接近1 000m内，根据对河床内的抛投料损失情况的观察，出乎意料的是基本上没有见到人工截流的抛投料，河床内呈天然砂砾石构造，没有大石或者串石，抛投料几乎无损失。