淺談積石峽水電站導流及圍堰施工方案

蔡 楠，劉君暉

（1.黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810000；2.中國水利水電建設工程咨詢西北公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

積石峽水電站位于青海省循化縣境內積石峽出口處，是黃河上游干流 “龍青段梯級規劃”的第5級大型水電站。水庫為日調節水庫，正常蓄水位1 856.00 m，最大壩高 103 m，總庫容 2.94 億 m3，最大發電水頭73 m，總裝機容量1 020 MW。工程施工總工期為5年（60個月），2007年3月下旬截流，2010年7月下閘蓄水，2010年12月底全部完工。電站施工采用全年圍堰擋水、導流隧洞和泄洪排沙底孔導流、基坑全年施工的導流方式。

2 水文氣象條件

2.1 水文條件

壩址以上流域面積146 749 km2，其中龍羊峽電站控制流域面積131 420 km2，占89.6%；龍～積區間流域面積15 329 km2，占10.4%。龍羊峽水庫為多年調節水庫，與下游劉家峽水庫聯合調度，改變了龍～劉區間河道的天然水文特性。積石峽電站壩址汛期施工洪水主要由龍羊峽水庫調洪后的下泄流量和龍～積段區間流量兩部分組成，同時考慮了上游已建的李家峽和公伯峽水電站的影響。

龍羊峽水庫增加一級泄量控制，即在積石峽工程施工期間，龍羊峽電站汛限水位自2 594 m降至2 592 m，控制20年一遇下泄流量為2 000 m3/s，經龍～積區間調洪后，積石峽電站20年一遇入庫流量為2 530 m3/s。積石峽電站分期洪水成果見表1，積石峽電站廠、壩區原河床水位～流量關系見表2。

2.2 氣象條件

壩址以上流域氣候屬大陸性氣候，冬寒夏涼，日溫差較大，無霜期短，大部分地區干旱少雨，降水集中，蒸發量大，空氣干燥，雨季主要集中在5月～9月，多年平均年降雨量266.2 mm，多年平均年蒸發量2 131.4 mm，多年平均年日照小時數2 712.7 h，最大風速24 m/s，風向ESE，歷年平均風速3.3 m/s。3月～6月期間的氣溫比較適宜圍堰施工。

表1 分期施工洪水流量

表2 壩址及廠房尾水處的水位～流量關系

3 施工導流

3.1 導流規劃

根據施工導流規劃，2007年～2008年汛期圍堰擋水，度汛標準為20年一遇洪水，導流洞、底孔排沙洞聯合泄洪，導流洞、排沙洞全開時的水位～流量關系見表3。2009年汛期，壩體填筑超過堰頂高程，度汛標準為100年一遇洪水，導流洞、底孔排沙洞聯合泄洪。到2010年，整個工程土建全部完工，汛期電站進入初期運行階段，壩體度汛標準為200年一遇洪水。大壩施工期的導流規劃見表4。

3.2 導流、泄水建筑物

積石峽水電站工程樞紐建筑物由面板堆石壩、引水發電系統及泄水系統三部分組成。其中，電站進水口位于左岸，進口底板高程1 819.00 m。泄水建筑物由溢洪道、左岸中孔泄洪洞和底孔排沙泄洪洞組成。單孔溢洪道在引水系統左側，進口底板高程1 819.00 m，溢流堰堰頂高程1 836.00 m，寬15.0 m，泄槽末端設有挑流鼻坎；左岸中孔泄洪洞以龍抬頭形式與導流隧洞相結合，出口設消力池，進口底板高程1 804.00 m，出口底板高程1 778.00 m，消力池底板高程1 768.00 m；底孔排沙洞位于左岸，進口底板高程1 795.00 m，出口底板高程1 793.50m。進口前設排沙洞進口明渠及其延長段，延長段進口高程1 795.30 m。

表3 導流洞、排沙洞全開時的水位～流量關系

表4 大壩施工導流規劃

導流隧洞為城門洞形，過水斷面尺寸為10 m×15 m，洞長660.087 m，縱坡0.461 9%。其中導0+000.00～導0+217.15為導流隧洞段，導0+217.15以后為與左岸中孔泄洪洞結合段。導流洞按有壓洞設計，進口底板高程1 779.00 m，進口明渠襯砌長14 m，底寬16 m。由于導流隧洞進口岸坡較陡、巖石堅硬完整，因此進水塔采用岸塔式，頂部高程1 824.00 m，塔高 55 m。導 0+000.00～導 0+217.15段按臨時建筑物設計，洞身全部采用混凝土襯砌，進口漸變段（導0+000.00～導0+015.00）襯砌厚度1.5 m，導0+015.00～導0+051.00段邊墻和底板襯砌厚度1.5 m，頂拱襯砌厚度1.2 m，其余洞段襯砌厚度1.0 m。導0+217.15～導0+678.327段按永久建筑物設計，圍巖支護形式與導0+000.00～導0+217.15段相同，全部采用混凝土襯砌，底板、邊墻和頂拱襯砌厚度均為1.2 m。

由于中孔泄洪洞和導流洞結合布置，導流洞出口明渠消能設施與左岸中孔泄洪洞相同，出口段消力池長度為133.0 m。

4 導流擋水建筑物

4.1 圍堰地形地質條件

4.1.1 上游圍堰

上游圍堰軸線位于壩軸線上游185～300 m處，平水期河水位高程約為1 780.31 m，水面寬約40 m，水深6.0 m。左岸岸坡陡立，右岸為II級階地平臺，兩岸極不對稱。河床覆蓋層較薄，厚約1～5 m，由砂卵礫石夾塊石組成。圍堰左岸接頭處巖性為中細砂巖、礫巖，上覆第四系坡積物，厚約3～5 m。圍堰右岸接頭處為II級階地平臺，上部堆積層厚5～10 m，基座巖性為弱風化泥質粉砂巖、中細砂巖、礫巖。

上游圍堰總體地質條件較好，斷層不發育，巖體透水性較弱，河床覆蓋層薄，易于進行防滲處理，可滿足圍堰基礎要求。另在圍堰左岸有前期低線路修筑及JZ-3標開挖時下落的石渣，對圍堰閉氣不利，施工前應最大限度地對其進行清除處理。

4.1.2 下游圍堰

下游圍堰軸線位于壩軸線下游約420 m處，圍堰處平水期河面水位高程約為1 779.65 m，水面寬約60 m，水深10 m，河床呈寬緩的 “U”形，河床覆蓋層薄，厚度為0～2.5 m。

左、右岸圍堰接頭處巖性為K13-2礫巖，屬弱風化巖體，其上部均被較薄的第四系松散堆積物覆蓋。下游圍堰處巖體中斷裂不發育，基巖透水性較強，需做防滲處理，巖體較完整，可滿足基礎要求。另在圍堰左岸有前期低線路修筑及JZ-4標開挖時下落的石渣，在圍堰右岸有前期高邊坡塌方時下落的石渣，對高壓旋噴灌漿施工不利，施工前應對其進行最大限度的清除處理。

4.2 圍堰結構形式

4.2.1 上游圍堰結構

上游圍堰為土石圍堰，其軸線布置在導流隧洞進口下游約105 m處，距壩軸線約200～300 m，上游坡腳距導流洞進口約22 m，圍堰和截流戧堤結合布置，按4級建筑物設計，其擋水標準為20年一遇洪水，相應流量為2 530 m3/s，上游水位1 813.50 m，加上規定的安全超高和風浪爬高，堰頂高程定為1 815.00 m，最大堰高43.5 m（1 771.50～1 815.00 m），堰頂長170 m，考慮到連接兩岸交通的需要，堰頂寬度設為10 m。圍堰基礎防滲和堰體防滲采用混凝土截水墻上接土工膜防滲形式。

堰體由截流戧堤、粘土閉氣料、砂礫石過渡料、砂礫石、塊石護坡、石渣、混凝土截水墻（含刺墻）、堰體復合土工膜防滲結構等組成。上游側為頂寬13 m的截流戧堤，截流戧堤下游為主堰體，主堰體填料依次為石渣、土工膜防滲結構、石渣。堰體上游側坡比由1∶2.0漸變為1∶1.57，下游側坡比為1∶1.65。為確保壩基干地施工要求，防止圍堰發生滲流破壞，減少土工膜施工難度，待戧堤閉氣并清理完堰基覆蓋層后，采用設混凝土截水墻的方法進行處理。混凝土截水墻為墻高4.0 m、寬1.0 m的直墻，埋入基巖0.5 m。截水墻與堰體土工膜防滲體、瀝青閉氣灌漿組合形成全封閉防滲體系，其中土工膜埋入截水墻深度為30 cm，防滲面積16 071 m2。

龍口合龍后，為方便混凝土截水墻施工，在戧堤下游坡角處設草土子堰截水槽，堰高約2.0 m，槽寬3.0 m，開挖深度以露出基巖為準，長度與河床長度相同，子堰為草袋裝黃土碼砌，寬1 m。覆蓋層開挖工程量450 m3（覆蓋層長約60 m，平均厚度2.5 m），黃土草袋碼砌工程量120 m3。

由于上游圍堰坡腳距導流洞進口較近（約22 m），截流戧堤閉氣時對閉氣料的沖刷比較嚴重。為了改善該處的水力學條件，在導流洞進口的下游側及河對岸的上游側，設置鋼筋塊石籠擋水坎，設計擋水流量為360 m3/h（公伯峽電站1臺機滿發加公～積區間流量），擋水坎頂高程1 787.50 m，頂寬3 m，上、下游坡比均為1∶0.25，左岸擋水坎長15 m，右岸擋水坎長10 m。

混凝土截水墻布置在草土子堰的下游，采用C20W8F100二級配素混凝土，混凝土澆筑前先將覆蓋層全部剝除，基礎開挖至新鮮基巖后打設φ22 mm插筋，插筋長1.0 m，入巖0.6 m，間距0.5 m（單排）。混凝土截水墻澆至頂部時預埋土工膜，以便與堰體防滲土工膜銜接，土工膜預埋深度不得小于0.3 m。

堰體與兩岸坡銜接部位的防滲采用土工膜與混凝土齒槽相接方式，即在澆筑混凝土時預埋土工膜，以便與堰體防滲土工膜銜接，使截水墻、齒槽、土工膜構成一個封閉的防滲體系。混凝土齒槽斷面及基礎施工要求與齒墻相同。

混凝土截水墻及齒墻分段長度10 m，混凝土截水墻不分層一次澆筑到頂；混凝土分縫處設651型橡膠止水帶，止水帶采用止水卡加固，在施工過程中嚴禁損壞止水帶或出現斷線情況，以免形成漏水隱患。

堰體石渣填筑要求分層碾壓，壓實后的干密度不小于2.05 t/m3。

上游圍堰防滲體中的土工膜選用兩布一膜形式的PE復合土工膜，其主膜厚0.8 mm，幅面寬2.3 m和4.0 m，長40 m，單位質量1 450 g/m2，主膜兩側粘有無紡布。土工膜不允許有針眼、疵點和厚薄不均勻。土工合成材料的性能指標應達到規范要求。

上游圍堰左岸端頭河床基礎存在JZ-3標開挖和前期低線路施工過程中滑落的石渣，有可能存在架空現象，對圍堰閉氣不利。為保證施工中不出現較大滲水，施工時沿戧堤軸線方向布置1排灌漿孔，孔距1 m，入巖深度50 cm，進行水泥砂漿灌注，水泥灌漿采用 “跟管鉆進”法施工。當水泥砂漿灌注效果不明顯時改用瀝青灌漿，施工時將加熱成液態的高溫瀝青迅速灌入需止漏部位

4.2.2 下游圍堰結構

下游圍堰堰頂高程1 790.00 m，河床底高程1 775.50 m，堰基覆蓋層厚1.0～3.0 m，最大堰高18.0 m，采用戧堤式圍堰結構，堰體由砂礫石混合料、高壓旋噴接粘土心墻防滲結構、石渣、鋼筋塊石鉛絲籠護坡組成。主堰體頂寬10 m，堰頂軸線長105.00 m，迎水側設頂寬1.0 m的鋼筋塊石鉛絲籠護坡，堰體上游坡比 1∶1.5，下游坡比 1∶1.75。堰體 1 786.50 m高程以下設高噴板墻防滲體，嵌入基巖50 cm，上部設黃土心墻，心墻要求分層壓實，分層厚度30 cm（人工夯實）或50 cm（機械夯實），密實度≥0.92，心墻與高噴防滲板墻組成全封閉的垂直防滲體系。

高噴防滲板墻為旋擺結合，板墻厚度等于噴樁直徑，采用三管法施工，鉆孔間距1.1 m（單排），孔徑91 mm，孔斜不大于1°；噴漿水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，進漿密度1.6～1.8 g/cm3，回漿密度小于 1.2 g/cm3，進漿流量70 L/min，漿壓 0.55 MPa； 水壓 38 MPa，水流量 75 L/min； 風壓 0.7 MPa，風流量 0.4～1.8 L/min； 旋噴提升速度 6～12 cm/min（水上 8～12 cm/min，水下 6～8 cm/min），旋轉速度 3～5 rad/min； 擺噴提升速度 7～12 cm/min（水上 9～12 cm/min，水下 7～9 cm/min），擺噴角度為±30°。

4.2.3 截流戧堤

按照設計規劃，為方便混凝土截水墻及土工膜施工，截流戧堤布置在上游圍堰中心線的上游。其中心線距上游圍堰中心線約31.60 m，位于壩軸線上游約267 m處，左端與沿左岸河灘低線施工道路相接，右岸與清大公路連接，施工條件較為便利。

戧堤采用從左、右岸向河床單戧立堵進占的截流方式。通過上游公伯峽電站及蘇只電站的調控，截流龍口合龍及加高時，來流量分別為122 m3/s和360 m3/s，截流合龍后對應的堰前水位為1 783.22 m，戧堤加高時的堰前水位為1 787.50 m，考慮安全超高后戧堤頂部高程設為1 789.50 m（戧堤合龍后的初期加高高程）。根據拋投強度要求，為滿足2～3輛20 t自卸汽車同時進行拋投作業，戧堤頂寬設定為13 m。戧堤按梯形斷面設計，其上游及端頭設計坡比均為1∶1.3，下游設計坡比1∶1.35。

5 小結

積石峽水電站導流洞、中孔泄洪洞、排沙底孔工程于2005年11月11日開始開挖，2006年4月開挖完成，累計完成土石方明挖13.9萬m3，洞挖12.9萬m3。導流洞混凝土澆筑于2006年4月23日開始，2007年3月23日通過業主質量驗收小組驗收，經評定，合格率為100%，優良率為95.2%。

2007年3月31日10時35分開始截流，下午18時龍口合龍，河水從導流洞流過。積石峽水電站導流工程及上、下游圍堰施工為成功截流及主體工程施工奠定了基礎，也為水電工程建設積累了寶貴經驗。

［1］中國水電顧問集團西北勘測設計研究院.黃河積石峽水電站主河床截流設計報告［R］.2007.

［2］中國水利水電第四工程局有限公司.積石峽水電站主河床截流與圍堰工程施工組織設計報告［R］.2007.