長河壩水電站峽谷河床雙戧截流施工實踐

田 洪，付昌鳳，張 婷

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川 康定 626001)

1 概述

1.1 工程概況

長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站，壩址位于甘孜藏族自治州康定縣境內，壩型為礫石土心墻堆石壩，電站總裝機容量2600 MW，正常蓄水位高程1690 m，相應庫容10.44億m3，壩頂高程1697 m，最大壩高240 m。大渡河為不通航河道，樞紐無漂木任務。

電站施工導流采用土石斷流圍堰，兩條初期導流洞均布置在右岸，導流方式采用斷流圍堰隧洞導流方式。導流洞過水斷面均為12 m×14.5 m，進口高程均為1482 m，出口高程均為1475 m。上、下游土石圍堰均按50年一遇洪水標準(流量5790 m3/s)設計，上 游 圍 堰 堰 頂 高 程1530.5 m，最大堰高57 m，堰頂全長168 m，堰基河床覆蓋層最大厚度約75 m，枯期河床水面寬80～106 m。

1.2 截流特點

(1)大渡河天然河床坡降大，水流湍急，10月下旬截流流量為838 m3/s，模型試驗戧堤最大落差達 6.5 m，最大流速 7.76 m/s，屬大落差、高流速截流，截流難度大。

(2)截流施工場地狹窄，施工布置困難是該工程的難點之一。

(3)根據工程實際情況，截流主要料源均布置在右岸，由于左岸不具備進占條件，因此，右岸單向進占對道路條件要求較高。

(4)截流施工強度需從堤頭拋投強度、道路運輸強度及備料場裝料強度三個方面全面得到保證，才能滿足截流成功。因受客觀條件限制，場地條件和道路條件成為制約高強度施工的關鍵因素。

2 截流模型試驗

2008年施工局委托四川大學進行動床水力模型試驗，對截流進占各區段水力條件進行論證并提出各段的水力學指標和拋投方式、拋投料尺寸、重量和數量，為截流工程備料設計提供依據。由模型試驗選擇合理的戧堤位置、進占方式、進占分區及拋投物料。觀測進占各區段的水流條件和各種水力特性指標，為截流設計提供設計參數和施工依據。

2.1 模型試驗成果

在動床水力模型試驗期間，通過不同流量、不同工況(導流洞有無殘埂、是否需要護底等)組合情況下進行了多種截流方案的比選、優化，得出以下主要結論:

(1)當截流時段選擇在11月下旬、來流流量(Q≤652 m3/s)較小時，可采用從右向左的單戧立堵方案，戧堤軸線位于上游圍堰軸線上游68.3 m;而當來流流量Q＞652 m3/s后，則應采用雙戧立堵截流方式。

(2)當截流時段選擇在10月下旬或11月上旬、流量Q=1180 m3/s或Q=838 m3/s時，采用雙戧從右向左單向立堵進占能夠成功截流。截流戧堤與上游圍堰結合，上戧堤軸線位于上游圍堰軸線上游68.3 m，下戧堤軸線位于上游圍堰下游56.7 m。預進占方式為:上戧堤右岸預進占長度為15 m，左岸不布置裹頭，上戧堤龍口寬55 m，上游戧堤頂高程為1492 m，頂寬20 m，上下 游 坡度 為1∶1.5;下戧左戧堤預進占長度為15 m，并用大塊石或塊石串做裹頭，厚度不小于8 m，下戧右戧堤預進占10 m，下游戧堤頂高程為1488 m，頂寬20 m，上下游坡度為1∶1.5。進占方式皆為從右向左單向進占，截流方式為雙戧單向立堵截流。模型試驗階段雙戧截流龍口水力學計算成果見表1和圖1。

2.2 模型試驗階段與實施階段條件對比

表1 模型試驗階段龍口水力學計算成果表 Q=838 m3/s

圖1 雙戧截流參數曲線圖(Q=838 m3/s)

長河壩工程原計劃于2008年截流，由于受客觀條件限制，2008年未實施截流。工程計劃于2010年10月下旬實施截流。2008年至2010年期間，河道兩岸其他相鄰工程施工時，部分石渣滾落至河床，河道已經縮窄，且經過兩個汛期，上游圍堰下戧堤及其下游河床受洪水掏刷有所下降。與2008年相比，同時段實測水面線在上游圍堰上戧堤及其上游河床壅高約2 m，下戧堤及其下游河床水面線下降約1.5 m。同時，從實測導流洞分流情況、不同龍口寬度水力學計算成果等方面與原模型試驗成果進行比較分析認為，2010年10月底實施截流仍可以原模型試驗成果作為截流設計、施工依據。但為降低截流難度、確保截流成功，在具體實施過程中應考慮適時調整方案。

3 截流方案的設計

3.1 截流時段和截流流量

根據長河壩水電站總體工程進度安排，計劃在2010年10月下旬至11月上旬實施截流，截流標準采用10年一遇，11月上旬平均流量為838 m3/s。

3.2 截流方案的選擇

根據2008年水力模型試驗成果，采用岸邊堆渣、雙戧單向(從右岸至左岸)進占立堵法實施截流。雙戧截流方案的選擇主要是根據現場的條件。因上戧堤左岸岸壁陡峭，水流流速較大，在左岸修筑進占道路難度極大，下戧堤左岸為2#支洞口平臺處，該場地為左岸唯一的應急備料場，亦不具備進占條件。

3.3 截流水力學計算成果

該工程采用岸邊堆渣、雙戧單向進占截流，根據岸邊實際堆渣情況后的導流隧洞泄流曲線、10%頻率流量838 m3/s及相關實測地形資料等進行截流水力學計算，主要截流水力學計算成果見表2。

表2 龍口水力學計算成果表 Q=838 m3/s

3.4 截流戧堤布置及龍口位置

截流設計流量為838 m3/s，上游戧堤頂高程為1492 m，頂寬20 m，上下游坡度為1∶1.5;下游戧堤頂高程1488 m，頂寬20 m，上下游坡度為1∶1.5。

截流戧堤選在上游圍堰上、下趾處，上戧堤軸線位于上游圍堰軸線上游68.3 m，下戧堤軸線位于上游圍堰下游56.7 m。雙戧堤進占分區情況見圖2。

圖2 雙戧堤進占分區示意圖

龍口位置由地形、地質及水力條件決定，龍口周圍應有廣闊的場地，距離料場較近，力求放在覆蓋層淺或基巖裸露的地段，盡量避開有順流向的陡坡和深坑。根據該工程的地形位置及現場條件，河道右岸有施工道路通過且經過上游圍堰處的公路路面高程為1491 m左右，與截流戧堤高程相當，具備較好的截流施工交通運輸條件，因此，確定截流由右岸向左岸進占，將截流龍口布置在河道左岸。同時，為了使上下龍口錯開以有利于分擔落差，在下戧堤左岸進占15 m長，并做10 m長的大石料裹頭。雙戧互動進占龍口寬度曲線見圖3。

3.5 截流拋投材料

該工程截流拋投料主要工程量見表3。

圖3 雙戧互動進占龍口寬度關系曲線圖

表3 截流拋投料主要工程量表

4 截流施工準備

4.1 截流材料備料

根據現場地形條件，確保截流時高強度的拋投，將截流特殊材料的儲備料場全部規劃在上、下游圍堰施工區域附近，共規劃了16個截流備料、施工場地，截流備料系數見表4。

4.2 截流設備及人員配置

根據該工程截流特點、龍口拋投強度，截流施工設備配置情況見表5。

按機械設備配置的結果進行人員配備，以兩班考慮，并配備施工作業過程中必須的普通工人，截流期間約投入的勞動力為230人次，詳見表6。

表4 截流備料系數表

4.3 截流道路的布置

根據截流實施方案，結合現場施工條件，分別在左、右岸各布置了一條截流施工主干道。

該工程截流為雙戧單向立堵截流，從右往左依次推進，右岸截流施工道路是本次截流的主要道路，且保證截流干道寬15～20 m，同時，在上下游戧堤之間形成一個較大的回車平臺，以便于進占車輛在上下游戧堤上的行車、倒車，方便指揮管理，提高拋投強度。左岸利用場內交通洞從2#支洞口穿出，該道路將作為左岸部分截流材料的備料道路。

5 截流施工

5.1 前期實施過程簡述

表5 截流施工機械設備配置表

表6 堰體填筑勞動力配備表

5.1.1 截流預進占

(1)上戧堆渣預進占。根據現場實際情況，為降低截流施工難度，在上戧堤軸線上、下各25 m范圍堆渣填筑10 m寬平臺。

(2)挑流丁壩進占。為增加導流洞分流效果，在上游1#導流洞進口填筑一石渣挑流丁壩。

(3)截流戧堤非龍口段進占。戧堤非龍口段進占施工于2010年9月20日～2010年10月20日進行。

上游戧堤:左岸不設裹頭，右岸采用小石料預進占10 m，預留龍口寬度40 m。

下游戧堤:左岸裹頭前5 m采用石渣料進占，后10 m在1486 m高程以下采用大石料進占以形成裹頭，1486 m高程以上用石渣料填鋪。右岸采用石渣料拋投預進占10 m，預留龍口寬度45 m。

5.1.2 截流戧堤龍口段進占

(1)上戧堤進占。上戧堤龍口段進占于2010年10月20日8時正式開始，經過24 h高強度拋投，21日8時，上戧堤龍口寬度約16 m，對應龍口流速5.9 m/s，戧堤上、下游水位落差2.57 m，上、下戧堤間水位落差1.12 m。隨后采取特長大塊石串先行，中石、小石料跟進的方式進占，至21日18時，上戧堤龍口寬度約10 m，對應龍口流速6.8 m/s(上戧堤龍口流態見圖4)，戧堤上、下游水位落差4.23 m，上、下戧堤間水位落差1.15 m。此后繼續拋投大量特大塊石串，歷時6 h仍無進占。

圖4 2010年10月21日下午6時上戧堤龍口流態圖

(2)下戧堤進占。至21日8時，下戧堤龍口寬度約27.6 m，戧堤上、下游水位落差0.22 m，上、下戧堤間水位落差1.12 m。隨后采取中下部大石鋪底，中上部中石、小石料跟進的方式進占。至21日11時，下戧堤龍口寬度約24.8 m，戧堤上、下游水位落差0.21 m。此后，因上戧堤流速湍急，水流直沖下戧堤龍口，歷時3 h下戧堤無法進占。此時，原設計的雙戧截流已無法實施，實際為上戧堤單戧單向立堵截流。

5.2 截流方案的調整

5.2.1 方案調整的原因

至21日22時，因上戧堤歷時近6 h僅進占1 m，上戧堤單戧單向立堵截流方案無法實施;另因上游戧堤上游側左岸山體內凹，可有效緩沖上游來水流速并起到壅水分擔落差的作用，故緊急調整截流方案:以上游丁壩為上戧堤、原上戧堤為下戧堤進行雙戧互動立堵進占。

5.2.2 方案調整后的實施情況

上游丁壩因落差、流速相對較小，上挑角以大石料為主，用中、小石渣料及時跟進，歷時9 h，至22日7時成功合龍;下戧堤(原設計上戧堤)因流速高、落差大，在上游丁壩進占到一定程度、有效增加導流洞分流比后，上挑角仍采用大塊石串緩慢推進，用大石、中石跟進，待上游丁壩基本合龍后，下戧堤隨后合龍。

6 成功截流取得的經驗

長河壩工程截流自2010年10月20日8時開始戧堤龍口段進占至10月22日7時成功合龍。通過本次截流，我們總結出了以下幾點經驗:

(1)高度重視。截流前，業主、設計、監理及施工單位參考截流水力模型試驗，多次召開專題會對截流設計方案、截流施工方案進行討論研究，并邀請專家對其進行審查。

(2)充分準備。2010年10月18日完成拋投料備料工作，設計拋投量約4.28萬m3，實際儲備約9.39萬m3，備料系數達2.19;2010年10月18日截流所需設備及備用設備全部就位，且保證工況良好;提前對參與截流施工的各級人員進行技術、安全交底，并對有特殊要求人員(堤頭作業人員、指揮員等)進行系統培訓。

(3)合理組織。截流前進行實戰演習，驗證截流關鍵程序“料場裝車→拋投料運輸→堤頭指揮卸料→推土機散料→空車有序返回”的合理性。

(4)因地制宜。

①根據截流水力條件調整方案。《雙戧立堵截流的水力控制條件研究》將其總結為:采用雙戧堤立堵截流的基本原則應是在截流全過程中，上、下戧堤各自的截流最大困難度都必須小于用單戧堤立堵的最大困難度;雙戧堤立堵截流的控制水力條件是在保證下戧堤截流的最大難度小于單戧堤截流的最大難度的前提下能夠壅水，以達到可以改善上戧堤合龍難度的目的。工程截流施工過程關系曲線見圖5～7。對三個關系曲線圖進行分析后得知，若采用原方案，10月21日11時下戧堤則無法繼續進占，此時已變為上戧堤單戧立堵截流;至10月21日18時上戧堤龍口寬10 m、流速6.8 m/s、落差4.23 m，歷時近6 h 無法進占，表明在深厚砂礫石覆蓋層河床采用超長特大塊石串強行單戧截流亦無法取得成功。截流方案調整后，上游丁壩及原設計上戧堤龍口水力條件明顯好轉，歷時9 h順利合龍。

②經濟取材。長河壩工程區石材(花崗巖)豐富。該工程截流實踐表明:超長特大塊石串(前一串與后一串首尾相連)抗沖能力強，為最經濟的拋投材料。

圖5 上戧堤龍口寬度與流速曲線圖

圖6 龍口寬度與水位落差曲線圖

圖7 水位落差與時間關系曲線圖

7 結語

長河壩工程截流屬峽谷河床地帶高流速、大落差雙戧截流。該工程截流的成功，對保證長河壩電站總體工期發揮了至關重要的作用。目前，工程正在進行圍堰防滲墻施工，在防滲墻造孔過程中遇到的地質條件與原設計基本符合，表明在前期截流過程中無大塊石沖刷至圍堰防滲墻軸線。長河壩水電站成功截流的施工經驗可供類似條件工程參考。