苏洼龙水电站截流设计与施工

薛 宝 臣， 王 剑 涛， 赵 万 青， 何 竹 叶， 郭 兴

(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

苏洼龙水电站是金沙江上游河段13个规划梯级电站的第10 级，工程枢纽主要由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系统、左岸地面厂房等组成。

工程施工导流采用围堰一次拦断河流、导流隧洞与永久泄洪放空洞联合泄流、基坑全年施工的导流方式。导流隧洞布置在右岸，洞身为城门洞型，断面尺寸为15 m×19 m(宽×高)，洞长896.53 m。上、下游围堰采用土石围堰，上游围堰最大高度50 m，下游围堰最大高度15 m，均采用塑性混凝土防渗墙+土工膜防渗。

苏洼龙水电站导流隧洞于2015年11月开工，2017年11月21日大江截流，计划2020年10月底下闸蓄水，2020年12月底首台机组投产发电。

2 截流特点

2.1 截流水力学指标高

苏洼龙水电站设计截流流量693 m3/s，根据截流水力学计算及模型试验成果，截流最大落差5.48 m，最大平均流速5.13 m/s，局部最大流速7～8 m/s，属大落差、高流速截流，截流难度大。

2.2 导流洞分流条件差

导流洞进口与戗堤之间河床段地形为陡坡，导流洞进口明渠内部分弃渣侵占了过流断面，造成导流洞分流比增长缓慢，导流洞分流条件差。

2.3 龙口处流速分布复杂

截流前龙口处河道主流方向与戗堤轴线呈约60°角，随着戗堤进占的不断推进，主流与戗堤轴线夹角逐渐由60°向90°靠近，左、右戗堤边坡、上坡角、下坡角的流速分布复杂，需针对性的选择进占方式和抛投材料。

2.4 河床覆盖层深厚 抗冲能力较低

苏洼龙电站坝址区河床覆盖层深厚，最深达85 m，主要由六个大层及三个透镜体构成，其中第二层为低液限粘土层，抗冲能力差，一旦河床在截流过程中冲坑深度达到该层，会大大增加截流的难度。

2.5 抛投强度高

截流戗堤设计抛投量为6.59万m3，小时最大抛投强度约1 277 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。

3 截流设计

3.1 截流时段选择

苏洼龙水电站采用11月上旬、11月中旬、11月下旬3个时段按P=10%旬平均流量，以单戗堤立堵截流为代表，进行截流时段选择。考虑导流隧洞进口围堰存在拆除不彻底的可能性，截流水力学计算时分别对导流隧洞进口围堰完全拆除和围堰残余2 m高岩埂两种工况下进行计算。

根据截流水力学计算成果，并考虑截流难度及截流后上游围堰施工进度计划，截流时段选择在11月中旬，截流标准采用旬平均P=10%，相应设计流量为693 m3/s。

3.2 截流方式

根据水力学指标、截流备料场地和施工道路条件，并考虑上、下游围堰之间河床段坡降较大，下游围堰布置下戗堤对降低截流水力学指标的效果不明显，本工程采用从左岸向右岸进占的单戗堤立堵截流方式。

3.3 戗堤布置与设计

3.3.1 戗堤位置选择

综合考虑围堰的地形、交通条件，截流戗堤中心线与上游围堰轴线平行布置，戗堤布置于防渗墙下游侧，距离防渗墙轴线40 m。

3.3.2 戗堤断面设计

戗堤顶高程按Q=693 m3/s(11月中旬10年一遇旬平均流量)进行设计，截流闭气后堰前水位为2 389.81 m，戗堤顶高程为2 392.00 m。戗堤按梯形断面设计，上、下游坡比为1∶1.5，端头坡比为1∶1.3。考虑满足3～4辆20 t自卸汽车同时抛投作业，戗堤顶宽为25 m。

3.3.3 龙口位置及宽度选择

考虑本工程截流备料场地和截流施工道路均位于右岸，戗堤附近天然河道流速主流集中在左岸等因素，龙口布置在河床左岸。预进占选择在11月上旬进行，采用11月上旬10年一遇旬平均流量Q=845 m3/s设计。根据截流水力学模型试验量测的流量Q=845 m3/s下戗堤处天然河道流速分布，左岸预进占长度13 m时，堤头流速约3.15 m/s，确定左岸预进占长度13 m。右岸预进占长度以右岸预进占堤头流速不超过3 m/s控制，根据截流水力学计算和模型试验成果，右戗堤预进占95.21m，确定龙口宽度83 m。

表1 龙口段特征水力参数

3.4 龙口分区设计

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，本工程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。

3.4.1 Ⅰ区(龙口宽度83 m～53 m)

进占难度整体不大，龙口平均流速2.02 m/s～4.10 m/s，进占料以石渣料、中石为主。

3.4.2 Ⅱ区(龙口宽度53 m～13 m)

进占困难阶段，采用沿30°～45°上挑角抛投方法进占，钢筋石笼和石笼串在右堤头上坡角处推进，当抛投料形成上挑角，在其下游堤头流速减小时，及时填补进占。在龙口宽度接近43 m时，平均流速最大，达5.13 m/s。

3.4.3 Ⅲ区(龙口宽度13 m～0 m)

龙口合龙阶段，此时龙口水位落差大，但泄流量小，进占料以石渣料、中石为主。

3.5 截流备料

3.5.1 截流抛投料选择

依据截流水力学计算和模型试验成果对抛投料的粒径进行计算，确定抛投料粒径范围为0.2 m～2.21 m。抛投料物主要为石渣料(粒径0.5～40 cm)、中石(粒径0.4～0.7 m)、大石(粒径0.7～1 m)、特大石(粒径大于1 m)、钢筋石笼(2×1×1 m)和钢筋石笼(特大石)串。本工程坝址区岩性以花岗岩为主，因此，前期的导流洞、溢洪道开挖料均可以作为截流抛投料，并充分考虑以开挖的大石料串替代钢筋石笼，以降低投资。

3.5.2 截流备料

根据《水电工程施工导流设计规范》(NB/T35041-2014)相关规定，本工程预进占非龙口段和龙口段备料系数分别取1.3、1.5，其中龙口段抛投大块石、钢筋石笼等特殊抛投材料备料系数取2.0。截流备料量约9.59万m3，其中预进占区备料量约3.65万m3，龙口区备料量约5.94万m3。

4 截流施工

4.1 预进占施工

预进占在上游围堰戗堤右岸单向进占，于2017年11月上旬启动。预进占主要利用右岸溢洪道边坡开挖料，自卸汽车运输至戗堤右端，端进法卸料，推土机推进。左岸原设计预进占13 m，现场实施时，考虑左岸地形较陡，由大块石堆积组成，结构密实，最大粒径达5 m以上，整体抗冲能力较强，取消了左岸预进占，仅采用抛投四面体防护。预进占期间根据上游来流量及堤头冲刷情况，增加了右岸预进占长度，最终形成龙口宽度60 m。

4.2 龙口截流

龙口进占自2017年11月18日8:00开始，上游来流量622 m3/s，戗堤上游水位2 385.82 m，龙口分流量496 m3/s，龙口平均流速3.3 m/s，导流洞分流量126 m3/s，分流比20.26%。龙口采取全断面进占方式，抛投料以石渣及中石为主。

11月19日8:00，累积进占19 m，龙口宽度41 m，戗堤上游水位2 386.86 m，龙口平均流速为4.7 m/s。导流洞分流增长非常缓慢，分流比仅增长至29.56%。此后，龙口进入截流困难时段，中石抛投后难以自稳。经现场会商，改用大块石凸出上挑脚进占，中石及石渣混合料在戗堤中部抛投，并根据情况在上挑脚采用四面体护脚。由于龙口未采用护底措施，龙口段长时间冲刷，底部覆盖层流失严重，截至11月19日18:00，龙口进占7 m，龙口宽度34 m，戗堤上游水位2 388.15 m，龙口平均流速4.8 m/s，导流洞分流量增长缓慢，分流比增长到47.61%。此后龙口进入截流最困难阶段，单个四面体已不能自稳，采用连续的特大石串或四面体串凸出上挑脚进占，至当日22:00，龙口仅进占2 m，但导流洞分流比超过60%，随着龙口流量减少，龙口流速开始下降，龙口平均流速降到4.4 m/s。

11月20日1:30左右，进占速度开始加快，根据堤头水流情况判断，龙口已形成三角自由出流状态，至11月20日8:00，龙口平均流速3.5 m/s，导流洞分流比77.34%，龙口进入合拢阶段，至11月20日14:00，基本完成了龙口合拢。

龙口截流共历时54小时，截流过程中实测龙口最大平均流速5.0 m/s，最大落差4.55 m。

5 结 语

(1)苏洼龙水电站是金沙江上游第一个实施截流的电站，具有截流流量大，龙口水力学指标高、导流洞分流条件差、截流边界条件复杂、抛投强度高、截流风险大等特点，通过精心的截流规划设计和有序的截流施工组织，成功实现了大江截流，为金沙江上游后续梯级等类似工程截流设计施工积累了宝贵的经验。

(2)西南高山峡谷地区导流洞进出口围堰的拆除效果存在不确定性，截流设计时应考虑残留岩梗的影响。截流施工期间，截流备料和抛投强度对截流顺利实施至关重要，应充分做好截流准备工作。