金安橋水電站工程截流施工技術及特點

馮美升，胡 玉

（金安橋水電站有限公司, 云南 麗江 674100）

1 工程截流概況

金安橋水電站工程采用上、下游土石圍堰一次斷流、右岸2條導流洞全年導流的導流方式。2條導流洞的斷面為城門洞形，斷面尺寸為16 m×19 m，其中1號導流洞進口底板高程為1 289.900 m、出口高程為1 287.182 m、洞長941.232 m。截流時只有1號導流隧洞進行分流。

上、下游圍堰均為不過水土石圍堰，填筑總工程量為117.45萬m3。上游圍堰堰頂高程1 345 m，最大堰高61 m；下游圍堰堰頂高程 1 316 m，最大堰高34 m。上、下游圍堰堰體采用復合形式進行防滲，河床部分以下采用混凝土墻防滲；岸坡巖體采用灌漿帷幕防滲；上部分層碾壓部分采用土工膜心墻防滲。圍堰迎水側水下部分采用拋大塊石或鋼筋籠塊石護坡，水上部分采用干砌塊石進行護坡。

根據對截流水力學模型試驗成果的研究分析，結合圍堰和導流洞的布置特點、現場地形、截流備料、道路、截流場地布置以及前期壩肩開挖的進展情況，最終選用了60 m寬戧堤右岸單向進占立堵截流方案，工程順利截流成功。

2 截流特點

（1）截流落差大。金安橋水電站位于高山峽谷區，河床相對狹窄，洪水峰高量大，洪枯水位變幅大。河床相對狹窄、坡降大，水流湍急，截流模型試驗戧堤最大落差達6.61 m，最大流速6.25 m/s，屬大落差、高流速截流，截流難度大。

（2）場地交通條件困難。現場因左岸陡峭，不具備布置截流場地的條件，道路布置也十分困難，故截流場地和道路均布置于壩址右岸，左右岸交通由下游約2 km處金安大橋連接。

（3）截流時僅1號導流洞可分流，分流條件差。

（4）地質條件復雜。上游圍堰右岸地形平緩，左岸地形較陡，截流時對戧堤進占制約性大，只能從右岸單向進占；同時，玄武巖節理發育，開挖料中的大、中塊石料較少，最大粒徑以小于等于0.6 m石渣混合料為主，給截流大塊石備料增加了困難。

3 截流設計

3.1 設計截流時段和1號導流洞分流能力

根據設計文件以及金安橋水電站工程截流模型試驗結果，截流設計以12月中旬截流作為基本研究條件。截流流量采用12月中旬10年一遇旬平均流量889 m3/s，非龍口段預進占流量采用12月上旬10年一遇旬平均流量990 m3/s，預進占戧堤裹頭保護流量采用12月20年一遇最大流量1 030 m3/s。

導流洞在進口留有3 m巖埂時，1號導流洞的分流能力曲線見圖1。

圖1 1號導流隧洞的分流能力曲線

3.2 模型試驗成果

施工截流完成了單戧雙向進占、單戧單向進占、單戧雙向進占、護底試驗、寬戧堤試驗、雙戧堤試驗等多種工況的水力模型試驗，后又補充完成了60 m寬戧單向立堵進占各種工況的模型試驗。

采用寬戧堤單向立堵截流時龍口最大平均流速（戧堤軸線處）為5.54 m/s，相應龍口寬18 m；龍口最大單寬流量為43.87 m3/（s·m），相應龍口寬35 m；龍口最大單寬功率為 141.28 t·m/（s·m）， 相應于龍口寬18 m；截流最終總落差為6.12 m。寬戧堤單向立堵進占截流方案的龍口段水力學參數見表1。

3.3 截流方案的確定

截流模型的單戧雙向立堵、寬戧雙向立堵、雙戧雙向立堵、寬戧右岸單向進占，下游圍堰尾隨進占、寬戧單向立堵進占，左岸裹頭和寬戧單向立堵進占6種戧堤進占時的水力學參數比較結果表明，寬戧堤單向立堵截流方案優勢明顯。從水力學觀點看，寬戧堤能夠使龍口沖刷流速顯著降低，增大龍口前壅水高度，增大隧洞分流量，從而減少龍口水流流速、整體降低截流難度。考慮到金安橋壩址區的左岸岸坡陡峻，左岸施工布置尤其是交通布置較困難，不適宜雙戧進占施工布置。

綜合考慮模型試驗的水力學成果、現場地形條件、截流完成對后續工程特別是防滲墻施工的影響等因素后，決定采用60 m寬戧堤右岸單向進占、立堵截流的方式。

3.4 截流戧堤布置

按12月中旬Q=889 m3/s流量截流，截流模型試驗成果表明：圍堰合攏閉氣后，圍堰上游水位為1 304.78 m。考慮波浪爬高及安全超高，將戧堤頂高程定為1 307 m，截流戧堤軸線布置在上游圍堰軸線下游80 m處，頂寬48 m。預進占起始高程為1 307 m，在戧堤預進占中堤頭始終保持在水位2 m以上，即1 303 m高程，頂寬60 m，以減少戧堤合龍時的拋填強度，加快合龍進展。在戧堤合龍后，填筑戧堤至設計高程1 307 m。

截流戧堤處河床水面寬度122 m，計劃預進占長度為72 m，截流龍口段寬50 m。其中龍口段分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區，其長度分別為18、17、15 m。截流戧堤設計斷面為梯形，戧堤堤頂寬度為48～60 m，可以滿足8輛20～32 t自卸汽車在堤頭同時拋投。

表1 龍口段特征水力參數（流量889 m3/s、寬戧堤單向進占，導流洞進口有3 m巖埂）

表2 截流拋投材料預備量

3.5 截流備料

截流戧堤預進占及戧堤加高的石渣料為12.9萬m3，龍口段的戧堤填筑石料流失系數按1.3考慮，備料系數按1.5考慮，龍口段分區拋投工程量約為58 970 m3，龍口段備料量為88 455 m3，總的備料量為：石渣和塊石21.75萬m3、石籠2 900個、四面體160個。截流備料見表2。

4 截流施工

4.1 預進占施工

預進占在上游圍堰戧堤右岸單向進占，戧堤預進占段長72 m，工程量為102 600 m3，預進占完成后戧前水位將壅高3.8 m左右，達到1 301.73 m高程，戧堤預進占時間放在導流洞進口巖埂拆除后進行。預進占主要利用大壩壩肩開挖料，自卸汽車運輸至戧堤右端，端進法卸料，推土機推趕，戧堤行車路線擬布置6～8車道，堤頭全面拋投。預進占時首先拋投最大粒徑為0.2～0.35 m的石渣混合料。進占至67 m時，采用下挑腳先進占、上挑腳跟進、軸線再跟進的拋投方式，拋投0.35～0.8 m中石進占至72 m，形成50 m龍口段。預進占每天填筑7 000 m3，15 d內預進占完成。在預進占拋投的過程中，由于流速逐步增加，河床被束窄，水流流態發生變化，采用大塊石與塊石鋼筋籠、四面體等特殊材料在下游護坡形成裹頭。

4.2 龍口截流

進入50 m龍口截流階段，實際水情監測加密到每小時觀測一次。上游來流量為829 m3/s，截流戧堤上游水位為1 296.59 m，戧堤下游水位為1 295.84 m，上游水位落差為0.75 m。導流洞進口水位為1 296.7 m，分流量為154.13 m3/s，龍口過流量為674.87 m3/s，分流比為18.59%。龍口寬為50 m，龍口水面寬為39.94 m，龍口流速為2.33 m/s，推進坡比為1∶1.44，龍口進占高程為1 303 m。

龍口段截流開始時段進占順利，單位時間最大拋投量為1 692 m3/h，主要采用大塊石料凸出下挑腳，然后上游石渣料推進，并用鋼筋石籠在下游坡腳進行防護。當推進9.71 m時，龍口寬束窄至40.29 m，進占推進坡比為1∶1.46，龍口流速為 5.8 m/s，水位落差為1.72 m，河床主流略偏向左岸，填筑料沖刷和流失較嚴重，進占比較困難。為有效控制填筑料的流失，采用大塊石上挑腳進占，即在戧堤軸線部位偏向上游30°～45°方向拋投大塊石進占，上挑腳拋投石渣料、下挑腳拋投塊石料，繼續進占4.39 m形成35.9 m龍口，龍口流速和落差進一步增大。

龍口寬由40.29 m繼續拋投6 h，單位時間最大拋投量為1 140 m3/h，龍口流速為6.69 m/s，最大落差為2.3 m，大塊石穩定困難。隨機將大塊石拋投部位隨上挑腳向戧堤上游偏移，進占效果明顯，水位落差被分配到較長龍口段，龍口下挑腳及時跟進。

寬戧堤整體進占至龍口寬35.7 m時，龍口束窄不明顯。在寬戧堤上游部位采用凸出上游挑腳，用大塊石料繼續進占，但大塊石在坡腳不易穩定，在戧堤上游開始拋投四面體和鋼筋石籠，鋼筋石籠由汽車吊先吊裝到25 t自卸車上，每車吊裝4個，然后采用鋼絲繩和卡環將4個鋼筋石籠在車上串在一起，直接卸在堤頭后，由推土機推趕。四面體采用25 t和50 t汽車吊吊裝到32 t自卸汽車，拉運至堤頭自卸后用推土機推趕。初始拋投時鋼筋石籠4個為一串拋投，四面體單個拋投。在龍口形成防沖磯頭，以減小流失和穩定龍口；然后用塊石料和石渣料快速拋投跟進，并對戧堤下游坡腳用鋼筋石籠和大塊石進行防護。用此方法進占至龍口寬度29.18 m時進占比較困難，龍口流速達到7.09 m/s，落差達到 3.19 m， 龍口單寬功率為 128.45 t·m/（s·m）。

繼續進占仍采用凸出上挑腳進占方法，但為了加大拋投強度，穩定龍口，根據現場進占及堰前水位 （1 298.49 m）情況，將堤頭進占高程降至1 301 m，戧堤寬度縮窄為40 m，并且鋼筋石籠在堤頭堆卸2～3車即8～12個后，用鋼絲繩全部串起后，由2臺推土機配合推趕入龍口，四面體則根據拋投鋼筋石籠后的穩定情況，將3～6個串在一起，由2臺推土機配合推趕入龍口，先在龍口形成穩定的防沖磯頭；然后采用大塊石及時跟進，將龍口向前推進，同時在上游挑腳用塊石料和石渣料跟進，下游挑腳則采用鋼筋石籠護腳后，大塊石和鋼筋石籠同時拋投跟進。此方法一直進占至龍口寬剩余5 m時，采用大塊石快速拋投完成合龍。

在50 m龍口截流過程中，拋投材料總用量為38 952 m3（不含戧堤加寬、加高至設計寬度及高程的填筑量 20 018 m3）， 其中小石 （0.2～0.4 m）10 711 m3， 約占 27.5%； 中石 （0.4～0.8 m） 15 413 m3，約占39.5%；大塊石 （0.8 m以上）12 828 m3，約占32.9%；特殊材料用量為：鋼筋石籠779個，四面體155個。

龍口截流共歷時45 h，截流過程中實測龍口最大流速7.15 m/s，最大落差4.72 m，龍口平均單寬流量 50.06 m3/s·m， 龍口平均單寬功率 180.92t·m/s·m，龍口最大單位時間拋投強度1 785 m3/h，日最大拋投強度37 595 m3。

5 結語

金安橋水電站工程截流從指標來看屬大落差、高流速的截流，現場條件復雜，截流難度相當大。根據截流模型試驗成果，確定了合理的截流方案。在短短2個月內完成了截流指揮系統、施工布置、截流備料、機械設備組織等各項準備工作，所有參戰人員在截流期間精心組織、頑強拼搏、連續作戰，截流過程有條不紊，大江截流圓滿成功，成為第1座在金沙江干流首先實現大江截流的水電工程。

［1］ 水利水電工程施工組織設計手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，1994.

［2］ DL/T5114—2000 水電水利工程施工導流設計導則［S］.

［3］ 武漢大學，中國水電顧問集團昆明勘測設計院.金安橋施工截流模型 （動床）試驗研究報告 ［R］.昆明：中國水電顧問集團昆明勘測設計院，2005.

［4］ 武漢大學，中國水電顧問集團昆明勘測設計院，中國水利水電第四工程局.金安橋施工截流模型 （動床）補充試驗研究報告［R］.昆明：中國水電顧問集團昆明勘測設計院，2005.