乌江沙沱水电站二期截流设计与施工

谢豪 袁端

摘 要：沙沱水电站二期截流通过分析上游来水量合理选择截流标准及截流流量，结合实际地形地质条件确定截流方式、戗堤布置及龙口位置，通过截流水力学计算合理对龙口进行分区和备料，截流施工方案、准备工作、技术措施和安全措施科学合理，确保了工程二期截流的顺利实施，为相关工程提供了借鉴。

关键词：沙沱水电站；二期截流；戗堤；设计；施工

1 工程概况

沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7km处，距乌江口250.5km，是乌江干流规划的第九个梯级，坝址以上控制流域面积为54508km2，下游有彭水水电站，上游为思林水电站，具有以发电为主，其次为航运、兼顾防洪等综合开发任务。

电站为二等大（2）型工程，装机容量1120MW（4×280MW），正常蓄水位365.00m，总库容9.21亿立方米，枢纽由碾压混凝土重力坝、左岸引水发电系统、坝身溢流表孔及右岸通航建筑物组成，坝顶高程371.00m，最大坝高101m，坝顶全长631m。

由于坝址处河床宽阔、枯期河床中有礁滩出露，碾压混凝土坝型也便于实施坝身过流，通过分析比较，确定本工程采用分期导流方式，利用礁滩修筑纵向混凝土围堰，前期由左岸河床泄流，中、后期洪水由坝体导流底孔及缺口联合下泄。

2 自然条件

2.1 水文气象

本流域内雨量丰沛，沙沱坝址以上流域多年平均降水量为1091mm，5～10月为汛期，大暴雨多发生在6～7月份，洪水过程线以复峰和双峰居多。本流域属亚热带季风气候区，昼夜温差大，常形成夜雨。多年平均气温17.5℃，实测极端最高气温42.0℃，实测极端最低气温-5.4℃。

表1 乌江沙沱水电站不同频率分期洪水成果

2.2 地形地质

坝址河段地形较宽阔，河谷呈不对称的“V”型谷，枯期河水面宽90～150m。河谷两岸高程320～335m均发育Ⅰ级侵蚀阶地，坝址区连续出露奥陶系桐梓组至志留系龙马溪群地层，河水面至320m高程为灰岩河谷陡岸，Ⅰ级阶地以外为湄潭组碎屑岩形成的侵蚀低山，第四系覆盖层分布于两岸Ⅰ级阶地和河床深槽。

3 二期截流设计

3.1 截流时间及截流标准

由于受到2008年初凝冻天气及2008年11月份汛末洪水影响，工程施工进度严重滞后，未能达到2008年11月左岸二期截流面貌要求，根据工程实际施工面貌，拟定二期截流时间为2009年4月。沙沱坝址上游思林水电站首台机组将于2009年4月初发电，因此沙沱水电站二期截流时只需考虑思林水电站单台机组发电流量加思林～沙沱坝址区间相应重现期流量作为截流设计流量。

二期横向围堰型式为碾压混凝土围堰，按重力式设计，堰体材料为C15三级配混凝土。上游围堰堰顶高程308.00m，下游围堰堰顶高程301.00m。

由于4月份已经进入汛前涨水期，截流后戗堤肩负碾压混凝土围堰施工的挡水任务，且若截流失败将对工程施工总进度造成较大影响，故本工程采用4月10年一遇月平均流量作为二期截流设计流量，相应流量为670m3/s（思林水电站单台机组发电流量468m3/s，加思林～沙沱坝址区间4月10年一遇月平均流量202m3/s）。

3.2 截流方式

立堵是传统的截流方式，已积累了丰富的工程经验，且截流不需架设浮桥或栈桥，截流准备工作较简单，造价较低。截流戗堤布置在上游，合龙抛投的大块体不需拆除，截流戗堤还可兼作混凝土围堰施工时的挡水围堰；若截流戗堤布置在下游，因电站运行要求戗堤须全部拆除，而水下拆除困难，且增加了基坑初期的排水量。故本工程二期采用上游单戗立堵法截流。

3.3 截流戗堤设计

龙口设在纵向混凝土围堰左侧，由左岸向右岸进占。戗堤设计断面为梯形，戗堤顶宽15m，戗堤总长70m，预留龙口顶宽度35m，截流戗堤闭气后挡水水位为296.65m，考虑戗堤在合龙后立即加宽加高，为减少截流抛投量，戗堤顶高程定为297.00m，上下游边坡均为1：1.5，戗堤堤头设计边坡为1：1.25。

3.4 截流水力学计算

二期截流控制条件最大落差为4.81m，最大平均流速为5.82m/s，最大单宽流量为20.05m3/s.m，最大单宽功率为91.81t.m/s.m。龙口水力学指标成果见表2。

3.5 截流龙口分区及抛投材料

針对各进占抛投材料的特性，把截流戗堤分成预进占区、龙口Ⅰ区、龙口Ⅱ区和龙口Ⅲ区，各区的布置、控制水力指标及抛投材料如下：

预进占区：戗堤进占长度35m，龙口顶部宽度35m，龙口最大落差3.16m，平均流速3.06m/s，单宽流量13.21m3/s.m，单宽功率41.74t.m/s.m。抛投材料采用中石和普通石渣，裹头采用大石进行保护，该区抛投量为1.11万立方米。

龙口Ⅰ区：戗堤进占长度10m，龙口顶部宽度25m，龙口最大落差3.65m，平均流速3.72m/s，单宽流量15.46m3/s.m，单宽功率56.43t.m/s.m。抛投材料采用大石、中石和石渣，局部需用特大块石，该区抛投量为0.36万立方米。

龙口Ⅱ区：戗堤进占长度10m，龙口顶部宽度15m，龙口最大落差4.22m，最大平均流速4.59m/s，单宽流量18.22m3/s.m，单宽功率76.90t.m/s.m。抛投材料采用大石、特大石、局部用块石钢筋笼或钢筋笼串，该区抛投量为0.29万立方米。

龙口Ⅲ区：戗堤进占长度15m，龙口顶部宽度15～0m，龙口最大落差4.81m，平均流速5.82m/s，单宽流量20.05m3/s.m，单宽功率91.81t.m/s.m。抛投材料采用大石、特大石、块石钢筋笼和钢筋笼串，该区抛投量为0.19万立方米。

截流最困难区为龙口过水断面从梯形过渡到三角形（龙口宽度为20～5m）时，此段抛投材料以特殊材料为主。特殊材料按照龙口最大平均流速5.82m/s来确定，选取容易制备和运输的块石钢筋笼作为抛投体大料，钢筋笼尺寸为2.0×1.0×1.0m，重量约3.2t；钢筋笼串为2个一串和3个一串，主骨架钢筋用12#铅丝绑扎牢固。

4 二期截流施工

4.1 截流备料

截流抛投材料共计1.95万立方米，主要利用工程开挖石渣料，全部堆放在左岸上游水淹坝弃渣场，备料时要求分区堆放，分为普通石渣场（堆料10940m3）、中石场（堆料5180m3）、大石场（堆料2500m3）、特大石场（堆料590m3）及钢筋笼场，以方便运输。戗堤进占抛投料使用情况见表3。

4.2 截流施工机械设备

自卸汽车（20～25t、30辆）用于运输块石料、特大石料；装载机（3～6m3、4台）及挖掘机（4m3，4台）用于块石料、石渣装车；推土机（180～320HP、3台）用于堤头料场配合、公路修整；汽车起重机（20～40t、3辆）用于起吊钢筋笼串、钢筋笼、特大石；振动碾（15t、2台）用于戗堤面碾压。

4.3 预进占戗堤施工

在截流前工程验收合格后，即开始预进占。在左岸上游水淹坝弃渣场由挖掘机挖装至自卸汽车，然后转运至上游截流戗堤，由推土机在戗堤顶推平进占。戗堤上、下游坡比控制在1：1.5，堤头坡比均控制在1：1.25，堤顶高程控制在297.00m，预进占施工结束，堤头用大石进行裹头保护。

4.4 龙口合龙施工

龙口进占段采用上游挑角法抛投以减少流失，在戗堤上游角集中抛投大料（特大石、钢筋笼）使戗堤上游角凸入龙口进口，将水流沿戗堤前沿挑出一部分，使戗堤堤头中部和下游角形成流速较小的回流区，然后便可在堤头中部和下游角抛投粒径较小的石料而不致流失。抛投料由自卸汽车运到戗堤后在预进占段的回车平台调头，沿戗堤上游倒退至龙口，并根据料径大小在现场指挥人员的指引下卸在进占端上、中、下不同部位，卸料后沿戗堤下游驶出，未入龙口的抛投料由堤头推土机辅助推入。进占方向推进长度控制在2m左右，如此循环前进直到合龙。在龙口困难区段，发现有大料难以稳定时则采用钢筋笼串进行抛投，并加大抛投强度，以快速通过困难区段。

截流施工时所使用的20～25t自卸汽车平均按12.5m3装料，平均装车时间6min，运距按平均1.7km计，往返以20km/h的速度行驶，卸料时间按2min，汽车一次工作循环时间为18.2min。戗堤顶宽15m，可以允许2～3辆车同时卸料，堤头卸料汽车平均车次60次/h，龙口的平均抛投强度750m3/h，预计合龙时间约11h。上游龙口合龙后，随即进行截流戗堤迎水面的粘土铺盖铺筑，使基坑尽快闭气。

4.5 截流预案

当截流期间遇到不利的水力条件时，可采取双戗立堵截流或增加抛投强度进行处理。

4.6 截流准备工作

4.6.1 截流水情预报及水文观测。截流前要求作坝址以上流域的中、长期气象预报和坝址处中、短期的水文预报，预报出截流期间坝址的来流量，有无后期洪水发生。在导流底孔进出口、龙口上游河床、戗堤沿线、龙口下游河床设置标尺进行水位观测。截流期间应通过坝址上、下游所设水文站测出截流时的实际来流量。龙口测速用简易浮标法进行。

4.6.2 截流施工场地及交通管理。截流前应对所有截流施工场地进行整平，满足机械设备施工要求，对河床危险地带设置警戒线。对截流施工公路应进行清理，保障交通顺畅。

4.6.3 截流料场管理。对截流材料应按截流设计分区堆放，规划好进出堆料场的道路，以便截流时根据进占实际情况供料。

4.6.4 截流指挥调度。加强截流施工的组织指挥工作，应成立施工单位为主，业主、设计、监理等单位参加的统一的截流指挥机构，使所有命令得到切实执行。

4.6.5 其它准备措施。（1）切实作好导流底孔的分流工作，一期上、下游土石围堰拆除满足设计要求，使导流底孔达到设计要求的分流能力。（2）安排进行截流施工的实战演习，检查施工机械联合作业的配套能力、施工人员的操作技术、组织指挥系统、后勤保障能力等项目，确保截流成功。

4.7 截流施工技术措施

（1）按龙口进占先后顺序，分为预进占区——龙口I区——龙口II区——龙口III区。（2）预进占区作为截流施工平台，应满足40×20m2的施工场地，控制高程为297.00m。预进占区施工在截流前2～3d完成，主要项目有：形成截流施工平台、场地平整、龙口边坡进行大块石保护、布置机械设备位置、在平台边缘地带设置小红旗警示，并有安全指挥员全天值班。预进占区填筑料为土石渣混合料，粒径控制在0.2～0.5m，其中龙口大块石护坡要求块石粒径大于0.7m。（3）龙口I区：堤顶宽度15m，能满足2～3辆20t自卸汽车同时进行抛投。该区填筑料控制粒径，中石0.4m

4.8 截流施工安全措施

（1）戗堤上指挥投料人员和推土机手要穿救生衣。（2）戗堤上备有三组φ24钢丝绳并配10t锁扣，一旦发生汽车熄火等故障，戗堤下沉等情况时，用推土机牵拉施救。（3）全部施工机械和人员要有专门编号标志，以利现场指挥。（4）从料场到戗堤道路全线都要有明显的安全指示，警示标志。安全员站岗监督，戗堤上、下游边用堆渣限制汽车行走的安全线。（5）准备测量救护船及足够的救生器具，有水性好的救护人员和安全员。（6）保证截流时的人员施工安全，在上、下游面准备1～2条橡皮艇作为备用，并在截流戗堤设2～3个潜水员，地面上设立救护车及医务人员。

5 结束语

沙沱水電站二期截流通过分析上游来水量合理选择截流标准及截流流量，结合实际地形地质条件确定截流方式、戗堤布置及龙口位置，通过截流水力学计算合理对龙口进行分区和备料，截流施工方案、准备工作、技术措施和安全措施科学合理，确保了工程二期截流的顺利实施，为相关工程提供了借鉴。

作者简介：谢豪（1984-），男，广西罗城县人，工程师，主要从事水利水电工程施工组织设计工作。

袁端（1984-），女，湖北英山县人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。