大渡河安谷水电站副坝工程截流设计与施工

陈 猛，肖灿明，唐海彬

(中国水利水电第五工程局五分局，成都，610066)



大渡河安谷水电站副坝工程截流设计与施工

陈 猛，肖灿明，唐海彬

(中国水利水电第五工程局五分局，成都，610066)

大渡河安谷水电站副坝工程，因受上游沙湾水电站下泄流量控制，且有汊河一处，其截流流量无法按照大渡河天然流量进行选取。通过合理选择截流流量与截流时间进行水力学计算，精心组织施工，克服不利因素，实现了副坝截流目标。

安谷水电站 副坝工程 截流设计 施工

1 工程概况

大渡河安谷水电站工程是大渡河干流梯级开发中的最后一级，坝址位于乐山市市中区与沙湾区接壤的安谷河段生姜坡，距上游在建沙湾水电站约35km。坝址以上集水面积76717km2，河长约1043km，河道比降1.31‰。铜街子至河口段为大渡河下游地区，集水面积为1017km2，属四川盆地边缘，为丘陵宽谷区，河谷开阔，水流平缓，阶地甚多，沙洲和岔流极为发育，河道平均坡降仅1.3‰。

安谷水电站副坝工程采用汛期围堰挡水、右岸河道分流的导流方式。一期上游围堰采用土石围堰结构形式，根据枯期挡水标准，通过宽顶堰流水力计算，枯期围堰顶设计高程为399.0m，河床平均高程为393.5m，平均堰高5.5m，设计堰顶宽为8.0m。堰体主要由小粒径砂砾料填筑而成，参照《水利水电工程施工组织设计手册》中级配不很好的砂砾料围堰坡比，设计本围堰上游坡比为1∶1.75，下游为1∶1.5。围堰防渗采用粘土斜墙和粘土铺盖防渗，堰面采用在迎水面铺设60cm厚的导向槽防护。

本工程截流施工具有以下特点：

⑴截流戗堤填筑料大料缺乏。因本工程截流材料缺乏大石料，粒径均为40cm以下的小石，截流施工抛投材料流失量较大，因此抛投特殊材料工程量较大；

⑵上游沙湾电站控制流量有时间制约。当沙湾电站下泄流量大于1000m3/s时，砂卵石流失较大，戗堤预进占施工困难，流量小于1000m3/s时，方可进行预进占施工。如何在有效的时间内完成截流戗堤预进占及龙口施工是关键；

⑶截流施工在夜间进行。因受上游沙湾水电站下泄流量控制，夜间发电量小，所以截流选择夜间作业。截流施工应考虑夜间作业需要，合理安排工人作息时间，提高作业效率。

2 截流设计

2.1 截流标准及截流时间

根据招标文件水文、气象资料和施工总进度安排，截流时间初定在2013年10月10日，截流进占流量Q=1000m3/s，截流流量暂定为Q=500m3/s。届时根据实测水情资料和预报水情资料情况，再作进一步调整。

本工程截流方式选择单戗堤立堵截流法，依据施工总布置，由右岸向左岸进占截流，龙口位置布置在上游围堰靠左侧处。

2.2 截流戗堤断面设计

截流施工挡水标准考虑沙湾水电站发电下泄流量，暂定为2200m3/s，经计算最大水位为397.9m，考虑安全超高，截流时戗堤顶高程为398.5m。根据抛投料的自然休止角，确定戗堤上下游边坡为1∶1.5，堤头边坡采用1∶1.3～1∶1.5。截流戗堤顶宽设计为12.0m，截流戗堤长约95m。

图1 截流戗堤施工平面布置

2.3 截流水力学计算

按照龙口为梯形或三角形过水断面的宽顶堰，用简化宽顶堰公式计算龙口泄流量。计算水位时，假设龙口上游水位与右岸分流河道进口水位相等，其总泄流量为截流设计流量500m3/s，以此上游水位求出截流龙口泄流量及右岸河道分流量。

假设龙口的口门宽度，取不同水位计算出龙口的下泄流量，并绘制上游水位～龙口流量关系曲线。

Q龙=mB(2g)1/2H02/3

式中：Q龙——龙口泄流量(m3/s)；B——龙口平均过水宽度(m)；m——流量系数，取0.30；Ho——龙口上游水头(m)。

再计算右岸分流河道泄流曲线。将龙口泄水曲线及右岸分流河道泄流曲线组合为联合泄流曲线，按截流设计流量，求出不同龙口宽度的泄流量及相应的上游水位；由龙口分流量及上游水位计算其龙口水力学指标。计算成果见表1。

表1 放水闸截流水力计算成果(Q=500m3/s)

2.4 截流材料

截流戗堤抛投料种类，包括主要砂砾料(粒径<0.4m)、中石(0.4m～0.8m)、大石(0.8m～1.0m)等，为确保进占过程中的高强度抛投，需提前备料。影响备料数量的主要因素，有戗堤实际抛投断面、抛投流失量、覆盖层冲刷量以及备料堆存和运输损耗量等。参照已建类似工程的截流资料，本标截流备料系数取1.2～1.5。截流戗堤所需各进占料抛投量及备料见表2。

本工程主要为河滩料，粒径40cm以上的中石和大石料严重缺乏，截流材料主要为砂卵石料、混凝土块及拆除导向槽混凝土块。

砂卵石料主要采用沫东坝前期未疏浚到设计高程的砂卵石料和在回填造地区取料，以满足截流戗堤填筑的需要。回填造地区运距约300m。

由于场地受限，选取沫东坝作为混凝土块预制、堆放场地。混凝土块的用量，根据水下地形和围堰推进方式，按区域进行了估算。

龙口区：龙口区长约80m，根据估算流速将达到3.27m/s～6.34m/s，需用混凝土块铺底、护脚，再布置一排品字形的2层预制混凝土块进行挑流后才能用砂卵石跟进。考虑损失系数，混凝土块(1.5m×1.5m×1.5m)用量为1538块。

导向槽混凝土块：本次截流大石可采用防渗墙拆除导向槽块，预计工程量450m3。

钢筋石笼：钢筋采用φ25mm的螺纹做主筋，φ14mm圆钢作为分隔，间距12cm，用于防护沫东坝河堤的裹头及护底，考虑损失系数，共计需用200个钢筋笼。

3 截流施工

3.1 截流施工程序(见图2)

图2 截流施工程序

3.2 截流施工布置

根据截流实施方案，结合现场施工条件，截流施工道路利用沫东坝防洪堤堤顶，路面宽10m。至备料场各取料点道路要保证双车道和施工设备能自由出入，装料面要有足够的设备装卸循环场地。截流前，各条道路需进行整修、平整，确保路面畅通无阻，并有道路维护小组专门维护。

截流现场设节流指挥中心，指挥中心设有高音喇叭、对讲机、指挥旗等截流指挥工具。戗堤下游侧设作业平台，作为节流车辆、推土机停放、错车和人员工作场地。

3.3 裹头防护和护底措施

龙口位于砂卵石覆盖层上，河底砂卵石造成一定的冲刷，因此本工程截流时考虑对龙口最后20m采用钢筋石笼护底防冲防护，护底范围为戗体轴线上下游10m。钢筋笼由月儿坝钢筋加工厂预制，运输至施工现场，安装到位后装填大卵石，钢筋笼之间采用绑扎连接。裹头施工需在肖家河桥上游侧沿防洪堤修一条临时施工道路形成左岸裹头，裹头施工道路长约200m，裹头施工道路砂卵石填筑量约1100m3。

3.4 非龙口段预进占施工

预进占抛投料采用20t自卸汽车运输，端进法抛填，使大部分抛投料直接抛入水中，推土机在堤头配合施工。

非龙口段进占抛投材料，一般用砂砾料全断面抛投施工，进占过程中，如发现堤头抛投料有流失现象，则在堤头进占前沿上游先抛投一部分石料形成挑角，在其保护下再将砂砾抛填在戗堤轴线的下游侧，必要时采用抛投六面体、导向槽或钢筋笼进行裹头保护。

3.5 龙口段合龙施工

全断面推进。在水力条件较好，流速较小时，用一般材料可满足。此种方式主要用于戗堤预进占阶段和最后合龙阶段，其水流流速较小。

凸出上游挑角法。即在堤头上游侧与戗堤轴线成30°～45°角的方向，用六面体抛填形成一个防冲矶头，在防冲矶头下游侧形成回流区，中小石、砂砾混合料尾随进占。此方式主要在龙口进占时采用，此时龙口水流流速和单宽流量较均大，用一般渣料抛投易流失，上挑角钢筋笼和钢筋笼串抛投，将其稳定在堤头上游坡角，挑开水流，下游侧堤头抛投快速跟进，直至最终合龙。

堤头抛投拟采用直接抛投、集中推运抛投和卸料冲砸抛投3种方法：(1)直接抛投。当堤头边坡较为稳定，自卸汽车能靠近堤头端时，自卸汽车运料至堤头后直接卸料入水中，少量积渣由推土机配合推入水中；(2)集中推运抛投。在堤头坍塌较严重，自卸汽车不便靠近或积渣需集中抛入水中时，自卸汽车卸料在堤头顶上，由大功率推土机将渣料集中推入水中；(3)卸料冲砸抛投。当堤头边坡较为稳定，自卸汽车能靠近堤头端时，将特殊材料从自卸汽车上直接卸料抛入水中，冲砸抛投。

龙口抛投方式与方法，根据龙口水力学特征结合堤头推进实际情况，由堤头有截流经验的指挥员进行调整。

3.6 截流强度分析

龙口抛投强度与戗堤前沿能同时布置的抛投点成正比，可以用以下公式表示：

S=mnVp

式中：S—为龙口抛投强度(m3/h)；m—一个堤头的同时卸车点，顶宽16m时按3个计；n—一个卸车点上的小时卸车数，根据经验值取20或12车/h；V—每辆汽车一次装运量，20t汽车一次装运按15m3砂卵石或2个混凝土块计；P—同时进占堤头数，1个。

根据以上公式及所取参数，戗堤堤头平均抛投强度约720m3/h。根据计算，考虑流失系统及备料系数，龙口合龙总抛投量14629m3，计划约20.5h合龙。

3.7 防堤头塌滑与安全进占措施

3.7.1 戗堤稳定情况的观察与判断

为了确保安全施工，避免发生大规模塌滑造成人、车落水事故，正确判断抛投料的稳定性十分重要，可从以下几个方面进行判断：

(1)从堤头纵向边坡的坡比变化判断。堤头纵向坡度在正常无流失的情况下约为1∶1.3左右，当纵向坡比逐渐变陡达到1∶1或更陡时，将会发生坍塌；

(2)从流态变化判断。采用上挑角进占，若抛投料能在水中站稳，这时必然形成急流并挑出去，在挑角下游形成回流区，而且有小跌水现象。当抛投料粒径较大而水深较浅时，跌水现象更加明显，若填料抛投下去后，见到跌水顺水流由上而下移动，则说明抛投的块体正被急流冲走；

(3)从进占速度判断。根据戗堤的实际断面，如抛填一定数量的填料不见堤头向前延伸，则说明抛投的块体正被急流冲走；

(4)从堤头附近的情况判断。当堤头附近范围内出现裂缝，缝宽逐渐增大时，表明堤头有失稳定现象；如果堤头部位高程在逐渐下降，说明堤头发生“沉陷”，及时改变抛投方式。

3.7.2 安全进占技术措施

在条件允许的情况下，尽量采取全断面整体推进，在采取上挑角进占时，一方面要尽量减少挑出的长度，另一方面要紧跟全断面补抛。

采用自卸汽车直接抛填时，控制自卸汽车距堤头不少于2.5m卸料；采用堤头集料，推土机赶料回填时，自卸车距堤头前沿边线5m卸料。戗堤侧边2.5m为安全警戒距离，此范围内不允许停放任何机械设备，堤头指挥人员也不允许在此范围内滞留。

在堤头、堤侧以及各危险部位分别设置安全警示牌，堤头指挥人员穿救生衣，现场准备救生圈，加强专职安全员巡视工作。

4 截流重难点及其措施

4.1 截流进占填筑料中大料缺乏

本次截流进占填筑料的主要来源为河道开挖砂卵石和渣场的弃渣、预制混凝土块以及部分拆除的导向槽，粒径40cm以上的大料缺乏。针对填筑大料缺乏，拟先采用预制混凝土块挑流、铺底，砂卵石跟进填筑。

4.2 截流设计流量选择较为保守

根据现场实际水情观测结果，今年大渡河流量较往年偏小，本次截流设计流量选择500m3/s较为保守。截流戗堤挡水标准可考虑2200m3/s确定戗堤挡水顶高程，但龙口截流流量可选择沙湾发电时下泄流量较小时进行。

4.3 需加强运输设备，保证抛投强度

本次截流因左岸放水闸截流处原始河床底高程较右岸分流河道低，龙口合拢时水头落差较大，因此流速较大，需抛投大量预制混凝土块。考虑混凝土块吊装及卸车速度影响，且平均运输效率为2块/车，为了保证龙口抛投强度，需加强运输强度，配备足够的自卸汽车数量。

4.4 右岸分流河道底高程未到达汛前疏浚高程

因沫东坝汛前疏浚河道未达到设计高程，造成右岸分流河道河底抬高，右岸河道分流不理想，可在截流前采取右岸过流部分河道疏浚，为截流施工创造有利条件。

5 结语

安谷水电站副坝工程截流段河床地形地质条件复杂，汊河较多，截流水力计算难度较大，且为夜间施工。要确保顺利截流，关键是在科学指导的前提下，做好一切准备工作，确保万无一失。

肖灿明(1984.07-)，男，四川资阳人，总工，工程师，从事水利水电工程施工和管理工作；

陈 猛(1979.02-)，男，四川阆中人，分局副局长，工程师，从事水利水电工程施工和管理工作；

唐海彬(1981.06-)，男，四川南充人，项目副经理，工程师，从事水利水电工程施工和管理工作。

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2095-1809(2015)03-0068-04