双沟水电站大坝施工截流设计

王 鹤，史光宇 ，吉士道 ，刘群辉，黄远泽

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021;2.中水北勘测设计研究有限公司监理公司,吉林 长春 130021）

1 工程概况

双沟水电站位于吉林省东南部山区抚松县境内，最大坝高为110 m，水库总库容为3.95×108m3，调节库容1.45×108m3，水电站装机容量280 MW。双沟电站混凝土面板堆石坝为Ⅰ级建筑物。

2 基本资料

2.1 水文气象条件

2.1.1 水文

该工程施工期洪水按水文特性划分，春汛期为4月1日至4月30日，汛前期为5月1日至7月14日，大汛期为7月5日至9月30日，汛后期为10月1日至11月30日，枯水期为12月1日至翌年3月31日。各时段不同重现期洪峰流量见表1。

表1 小山—双沟区间分期洪峰流量

2.1.2 气象

头道江流域地处吉林省东南部山区，直接受季风影响，属于寒温带气候。冬季有5～6个月受西伯利亚高气压影响，西风及西北风带来了干燥而寒冷的气流，使冬季漫长而严寒，积雪较深，最大积雪深度为52 cm，冻土深度1.26 m。河流封冻期长达5个月之久。夏季受太平洋季风影响，使气候炎热多雨，春季仍属于干燥而较冷的天气，且多风。秋季短，天气晴朗凉爽。流域内有抚松气象站，抚松气象站多年平均气温4.3℃，绝对最高气温为34.9℃，绝对最低气温为－37.7℃。流域内冬季多西风，夏季多西南和东南风，年内3－4月份风速较大，抚松站最大风速为18 m/s，相应风向为南风。

2.1.3 冰 情

头道江冬季水量一般比较稳定，封冻期最早为11月10日左右，开江最早为3月17日左右，春季开江一般是文开，但由于气温和降雨影响也容易形成半文半武的开江形式。

2.2 地形地质

坝址处河谷呈基本对称的“V”型，谷底宽约80～85 m。基岩主要为安山岩，仅右岸高程578 m以上分布有玄武岩，两者之间不整合面处有厚约1 m砂砾石壤土，以约30°倾角向山里倾伏。

3 围堰结构型式

3.1 设计标准

双沟水电站为大（2）型二等工程，大坝为Ⅱ级建筑物。根据（SDJ 338—89）《水利水电工程施工组织设计规范》规定，导流建筑物的级别为Ⅳ级。根据施工进度安排，截流土石围堰技施阶段设计标准为挡汛后5年重现期洪水，洪峰流量为282 m3/s，相应的水位为496.42 m；上下游土石围堰的作用为：在其围护下进行大坝的施工。坝区上下游土石围堰设计洪水标准，采用大汛10年重现期洪水，洪峰流量为1 607 m3/s，相应上游水位为513.29 m，下游水位为492.70 m；上下游堰顶高程分别为519.10 m、493.70 m。当遇20年一遇超标洪水（洪峰流量为2 062 m3/s）时，在上游围堰堰顶抢筑1.5 m高草袋土，使上游围堰堰顶高程达到520.60 m，即可满足挡20年一遇超标洪水要求。

3.2 围堰剖面型式

围堰型式为土石围堰。上游围堰堰体为粘土心墙堆石围堰，上游围堰顶宽8 m，迎水侧边坡1∶1.4，背水侧边坡1∶1.4。由迎水面到背水面依次为块石、反滤料、粘土、反滤料、堆石，顶宽依次为2 m，1 m，2 m，1 m，2 m。上游截流围堰为粘土斜墙堆石围堰，堰顶宽12 m，迎水侧边坡1∶2.5，背水侧边坡1∶1.3。由迎水面到背水面依次为块石、反滤料、粘土、反滤料、堆石，顶宽依次为 1 m，1 m，2 m，1 m，7 m。下游围堰采用粘土斜墙堆石围堰，顶宽 12 m，迎水侧边坡 1∶2.5，背水侧边坡 1∶1.3。由迎水面到背水面依次为块石、反滤料、粘土、反滤料、堆石，顶宽依次为 1 m，1 m，2 m，1 m，7 m。

4 截流设计

4.1 截流时间的选择

根据施工进度安排，截流时间选定为2004年11月初戗堤进占，2004年11月下旬截流。

4.2 截流流量的确定

根据规范规定，截流标准应采用截流时段5年重现期洪水。该工程施工洪水受上游水库调节，截流流量主要受上游的小山电站发电流量控制（共2台机，满发时流量210 m3/s），且截流时段上游小山电站—双沟区间流量较小。根据上述施工洪水特点，经综合分析，确定戗堤设计洪水标准，按小山电站2台机满发流量（Q=210 m3/s），加上小山电站—双沟区间11月份5年重现期流量（Q=36.0 m3/s），即 Q=246 m3/s；龙口合龙设计流量考虑上游小山电站调节，按小山电站—双沟区间，11月份5年重现期流量为36.0 m3/s。

4.3 截流方式的选择

根据截流水力学计算成果，参考其它工程经验和有关资料，截流方式初步选用单戗堤立堵截流方式，采用左右岸两侧同时进占。根据截流水力学计算，龙口宽度确定为20 m，相应龙口最大流速为4.65 m/s，抛投料最大粒径为124 cm。

4.4 截流水力学计算

截流水力学计算采用《水利水电工程施工组织设计手册》中的计算方法，其主要计算公式为：

式中：Q——截流流量，m3/s；Qg——龙口泄流量，m3/s；Qd——分流建筑物（导流明渠）泄流量，m3/s；Qr——上游河槽调蓄流量，m3/s；Qs——戗堤渗流量，m3/s。

根据上述联合泄流关系，求出不同龙口宽度时的上游水位、龙口泄量，进而求出龙口落差、龙口流速和抛投料粒径。

截流水力学计算主要成果见表2，3，4。

表2 Q=246 m3/s时截流水力学计算主要成果表

表3 Q=141 m3/s时截流水力学计算主要成果表

表4 Q=36 m3/s时截流水力学计算主要成果表

经计算，龙口最大流速5.25 m/s，龙口最大抛投料粒径（当量直径，下同）158 cm，截流戗堤顶高程为496.40 m，最大落差1.40 m。根据以上结果可以看出，确定采用在上游单戗堤立堵截流方式，采用堆石截流即可，不必选用特殊截流抛填料。

4.5 截流工程量

截流设计工程量见表5。

表5 截流工程量表

5 结语

工程已于2004年11月下旬截流成功，为主体工程的按期完工打下了良好的基础，为类似工程积累了宝贵的经验。实施过程中，为减小截流施工的难度，除按理论计算结果进行充分准备外，还应改善截流条件，提高抛投强度，并充分考虑一切不利因素，以保证截流顺利成功。

1）提高分流能力，截流前导流明渠和相关建筑物必须达到设计要求的尺寸和面貌，确保导流明渠内水流顺畅。

2）充分备料（可按抛投料总量的150%备料），以免因供料不及时而产生停工待料现象；为以防万一，确保截流顺利实现，所需石料均应满足如下要求：石料完整、新鲜、坚硬，有较高的抗压强度、良好的抗水性能及抵抗风化和冻融破坏的能力。

3）保证截流施工道路畅通，各种截流设备应提前检修，保证设备完好。

4）增加前沿工作面，必要时可局部加宽戗堤顶宽，设临时停车场，以保证和加大抛投强度。

5）因截流流量的选择与上游小山电站的发电流量密切相关，故截流时应加强与小山电站的协调和联系，让其短时停机，这对减小截流难度、确保截流成功是非常必要的。