澜沧江大华桥水电站截流规划设计

王剑涛，顾 伟，薛宝臣，白 宇

（中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024）

1 工程概况

大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县境内，为澜沧江上游曲孜卡至苗尾河段水电梯级规划的第七级，上游为黄登水电站，下游为苗尾水电站。大华桥水电站为二等大（2）型工程，开发任务以发电为主。电站正常蓄水位1 477.00 m，相应库容2.62亿m3，死水位1 472.00 m，调节库容0.413亿m3，具有日调节性能。电站装机容量920 MW（4×230 MW），多年平均发电量41.50亿k·Wh。

工程枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔和泄洪底孔、左岸岸塔式进水口及地下引水发电系统等组成。碾压混凝土重力坝坝顶高程1 481.00 m，最大坝高103m；左岸引水发电系统采用“单机单管”引水及“两机一室一洞”尾水的布置格局，电站进水口底板高程为1 449.00 m，地下厂房尺寸196 m×27.8 m×68.5 m（长×宽×高），安装4台单机容量230 MW的立轴混流式水轮机组。工程采用枯期围堰挡水、汛期基坑过水、隧洞泄流的施工导流方式，导流洞布置在右岸，进、出口底板高程分别为1 399.00 m、1 398.00 m，隧洞断面尺寸12 m×14 m（宽×高），洞身全长501 m。

大华桥水电站于2010年7月开始筹建；2014年11月处大江截流。工程于2018年2月2日导流洞下闸封堵，2018年5月底第一台机组投产发电。

2 截流设计

大华桥水电站截流工程规划设计进行了多方案研究分析，涵盖和比较了可能截流的多个时段及不利于截流的因素，确定了一套切实可行、风险可控又经济合理的截流方案。

2.1 截流标准、时段及流量选择

大华桥电站工程围堰截流后，先完成上游临时围堰填筑和防渗体施工，随后在临时围堰的保护下进行上游胶凝砂砾石过水围堰施工，施工工期较紧，河床截流宜及早进行。

根据工程的实施情况及现场进度安排，结合水文条件，截流工程规划设计主要对10月下旬、11月上旬、11月中旬、11月下旬、12月上旬5个时段按P=10%旬平均流量，以单戗堤立堵截流为代表，进行了截流水力学计算及围堰施工进度分析，最终推荐截流时段为11月上旬，龙口不同宽度水力学指标见表1。

2.2 进口残留岩埂不利因素分析

导流隧洞进口围堰采用预留岩埂上接混凝土重力式围堰，考虑进口岩埂拆除难度，对导流隧洞进口残留岩埂对截流不利影响进行分析计算，分别研究了残留1 m岩埂、2 m岩埂条件，并通过截流水力学模型试验进行了验证。根据计算成果，进口岩埂残留2 m情况下截流的水力学指标增大，截流难度也随之增加。为降低截流难度，减小截流风险，设计要求将导流洞进口岩埂拆除干净，但截流备料规划按照岩埂残留2 m进行备料以应对截流不利情况。

表1 龙口不同宽度水力学指标

2.3 河道溜渣抬高河床对截流影响分析

根据导流隧洞进口实测的水下地形、水位流量及坝址区的河道情况，坝址区的河床地形已经发生改变，部分河段河床抬高或束窄明显。为掌握河床地形变化对截流带来的影响，在考虑河床地形变化的情况下对截流计算进行了复核。

2.4 截流方式及戗堤、龙口确定

截流采用具有施工方法简单、施工准备工程量小、费用低的单戗堤立堵的截流方式。截流戗堤按梯形断面设计，上游设计坡比为1∶1.5，下游设计坡比为1∶1.5，端头设计坡比为1∶1.5。为确保截流过程中车辆运输顺畅，保证截流按期顺利完成，根据截流抛投强度，需满足戗堤顶3～4辆20～32 t自卸汽车同时抛投作业，戗堤顶宽为25 m。

为使龙口合龙工程量尽量小、历时尽可能短，同时避免龙口处河床和两侧堤头受到较大冲刷，左、右岸非龙口段进行预进占及裹头施工，抗冲流速按3 m/s左右考虑，经计算确定龙口宽度为65 m。

2.5 截流抛投材料选择

根据合龙过程中不同宽度龙口的流速、落差及单宽功率等水力学指标，龙口段进占共划分为3个区，以便于施工时控制抛投材料及采用适当的抛投技术。

龙口Ⅰ区：龙口从右岸向左岸单向进占，龙口宽度由65 m进占至45 m，龙口流速2.35～5.04 m/s，龙口泄流量613～430 m3/s。进占物料总量约2.4万m3，其中石渣料约占90%，中石约占10%。

龙口Ⅱ区∶龙口宽度由45 m进占至15 m，龙口流速5.04～5.2 m/s～2.89 m/s，龙口泄流量430～29 m3/s，合龙进占进入最困难段。进占物料总量约1.44万m3，其中石渣料约占20%，中石约占48%，大石约占19%，钢筋石笼约占13%。在龙口宽度接近35m时，流速最大，水流对两岸裹头冲刷强烈，此时根据实际情况，抛投一定数量的钢筋石笼或钢筋石笼串，以保证戗堤两岸端头的稳定。

龙口Ⅲ区∶龙口宽度由15 m进占至合龙，龙口流速由 2.89～0.00 m/s，龙口泄流量 29～0 m3/s。进占物料总量约0.08万m3，其中石渣料约占80%，中石约占20%。

3 设计难点及先进性

3.1 设计难点

1）截流水力学指标差。截流时段选择在11月上旬，截流标准采用11月上旬10年一遇旬平均流量，相应流量858 m3/s，设计龙口最大平均流速5.2 m/s，截流最大落差5.77 m，最大单宽功率95.75（t·m）/（s·m），与国内同等规模工程相比，截流水力学指标差，截流施工难度较大。

2）分流建筑物规模小，截流风险较大。由于拦河坝施工导流采用断流围堰一次拦断河流，隧洞泄流，枯水期围堰挡水，汛期基坑过水，基坑内枯水期施工的导流方案，截流时只有一条导流隧洞作为分流设施，截流风险较大。

3）截流设计输入资料具有不确定性。①导流隧洞进口围堰采用预留岩埂上接混凝土重力式围堰型式，最大堰高22 m，进口围堰的拆除效果直接影响导流隧洞的分流能力；②受坝址区两岸开挖弃渣影响，坝址区的河床地形已经发生改变，部分河段河床抬高或束窄明显。河床地形变化及导流隧洞进出口水位流量关系变化对截流规划设计影响明显。

由于以上截流设计输入资料具有不确定性，截流设计方案需动态调整，并统筹考虑各种边界条件不确定带来的影响。

4）截流施工强度较高。截流戗堤的料物抛投量为4.84万m3，小时最大抛投强度约990 m3/h。与国内同等规模工程相比，截流施工强度较高，需制定详细、有效的截流施工规划方案。

5）截流后施工项目多、难度大、工期紧，截流成功是实现工程按期发电的关键。围堰截流后，需在次年4月底前完成上游临时围堰填筑和防渗体施工，上游CSG过水围堰开挖及CSG浇筑，其中CSG围堰为国内高度最大的CSG材料围堰，截流后施工项目多，难度大，且工期紧，因此河床截流宜及早进行，且截流是否成功意义重大。

3.2 设计先进性

1）大流量、小洞径截流设计。截流设计流量858 m3/s，分流建筑物导流隧洞断面为12 m×14 m（宽×高），截流最大单宽分流量达71.5 m3/s，在相同截流流量规模下，采用小洞径导流隧洞分流，在国内水电工程截流上应用很少。

截流采用单戗堤立堵的截流方式，设计龙口最大平均流速5.2 m/s，截流最大落差5.77 m，最大单宽功率95.75（t·m）/（s·m）。实施阶段实测截流流量829 m3/s，龙口最大平均流速4.89 m/s，截流最大落差5.05 m，与国内同等规模工程相比，截流水力学指标差，截流施工难度大，为澜沧江流域上同期截流的多个工程之最，达到了国内先进水平。

2）截流设计方案动态调整。截流设计过程中，考虑到设计输入资料等边界条件的不确定性，设计根据截流前现场提供的资料，设计方案中新增了10月下旬截流计算成果，导流隧洞进口围堰拆除残留2 m岩埂截流计算成果及实测地形下的截流计算成果，对截流设计方案进行动态调整，为截流施工提供准确、丰富的技术保障。

3）截流备料充分利用工程开挖料，降低投资。由于截流水力学指标较差，一般情况截流备料需制作混凝土四面体，为充分利用工程开挖料，该工程截流设计采用钢筋石笼替代混凝土四面体。另外，截流备料料源主要为导流隧洞进口边坡及左右岸坝肩1 430 m以上边坡开挖料，开挖边坡由紫红色板岩组成，薄层状结构，开挖形成的大块石较少，因此，部分大石料设计采用钢筋石笼替代，减少了大块石料场的开采。

4）取消了龙口护底，降低了施工难度。截流龙口范围河床预平抛护底是有效防止堤头坍塌的措施，但由于该工程截流戗堤处水流流速大，进行戗堤龙口护底施工难度较大。设计过程中，考虑到戗堤处河床已被弃渣抬高，已起到了部分护底的效果，结合截流水力学模型试验的成果，取消了龙口护底措施，降低了施工难度。

4 结语

大华桥水电站于2014年11月1日实施截流，整个截流历时约32 h，实测截流流量829 m3/s，龙口最大平均流速4.89 m/s，截流最大落差5.05 m，截流水力学指标差，截流施工难度较大，为流域上同期多个截流工程之最，达到了国内先进水平。实际截流的水力学指标、截流抛投量与截流规划设计成果基本一致。

大华桥水电站截流工程规划设计通过提前介入、设计先行、方案比较、动态调整对工程截流准备和截流实施起到了很好的指导作用。在截流困难阶段，规划采用的钢筋石笼及钢筋石笼串发挥了重要作用，大块石及钢筋石笼基本用完，在保证顺利实施截流的前提下，避免了截流备料的浪费。同时通过方案分析和研究，结合水情预报系统，顺利实现了工程提前截流半个月，为工程Ⅰ枯施工及发电工期提前提供了保障，经初步测算创造提前发电量约0.43亿kW·h，创造提前发电效益约1 500万元，起到了很好的经济效益。