猴子巖工程分流圍堰設計及施工

吳曉銘

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川成都610041)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內的大渡河干流上，壩址控制流域面積54 036 km2，占全流域面積的69.8%，多年平均流量774 m3/s。水庫正常蓄水位高程1 842 m，相應庫容6.62億m3，總庫容7.06億m3，死水位高程1 802 m，調節庫容3.87億m3，具有季調節性能。

猴子巖水電站樞紐建筑物由攔河大壩、右岸地下引水發電建筑物、兩岸泄洪及放空建筑物等組成。攔河大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 848.5 m，壩頂長283 m，最大壩高223.5 m。引水發電系統布置在右岸，采用“單機單管”引水及“兩機一室一洞”尾水布置型式，發電廠房為地下式，電站總裝機容量1 700 MW(4×425 MW)，單獨運行時，多年平均發電量70.15億kW·h;與上游雙江口電站聯合運行時，多年平均發電量73.64億kW·h。右岸布置有1條溢洪洞(總長1 154.2 m)和1條泄洪放空洞(總長1 288.517 m)，左岸布置有1條深孔泄洪洞(總長748.634 m)和1條非常泄洪洞(1#導流洞改建，總長954.445 m)。

猴子巖工程初期采用圍堰擋水、隧洞導流的導流方式。上、下游圍堰均為土石圍堰，防滲采用混凝土防滲墻上接土工膜斜墻。上游圍堰頂高程為1 745 m。堰頂長218.2 m，堰頂寬12 m，最大底寬約255 m，最大堰高約55 m。堰體迎水面坡比為1∶2，背水面坡比為1∶1.8。下游圍堰頂高程為1 710 m。堰頂長112.2 m，堰頂寬10 m，最大底寬約106 m，最大堰高約25 m。堰體迎水面坡比為1∶2，背水面坡比為1∶1.8。2條導流隧洞布置在左岸，斷面尺寸均為13 m×15 m(城門洞型，寬×高)，進口底板高程均為1 698 m。1#導流洞長1 557.771 m(其中與左岸非常泄洪洞結合段長624.771 m)，2#導流洞長1 984.238 m。

猴子巖水電站施工總工期96個月，其中準備工期28個月，第一臺機組發電工期56個月，完建期12個月。

2 分流圍堰設計

2.1 設置分流圍堰的目的和意義

根據猴子巖水電站工程建設總進度安排及主體工程施工進度計劃，猴子巖工程樞紐區環境邊坡治理、大壩壩肩及有關建筑物進口開挖于2011年5月開始。由于猴子巖工程樞紐區環境邊坡治理、大壩壩肩及有關建筑物進口開挖施工點多、面廣，相對分散，開挖區因壩址區地形陡峻，無法布置開挖出渣通道，故開挖石渣只能從山上向下推渣，雖然可以采取一定的防護措施保證施工安全，但無法完全滿足環保水保的有關要求。而采取修筑上、下游施工圍堰，河水從導流隧洞導流，下落的石渣進入干枯河床是滿足各方面要求的合理可行方案，由于猴子巖工程導流隧洞只能在2011年3月底具備過水條件，而上游圍堰高達55 m，上、下游混凝土防滲墻深達80 m，要在一個枯水期完建，工期本身就偏緊，因此，汛前截流后完建上下游圍堰將存在很大的問題。經分析研究決定，2011年汛前采取填筑分流圍堰方案，即汛前僅完成上、下游圍堰部分堰體并進行適當保護，建成臨時分流圍堰，這樣實施既可以保證樞紐區環境邊坡治理、大壩壩肩及有關建筑物進口開挖施工滿足環保水保要求，又為上下游圍堰防滲墻施工爭取了一定工期，從而可以有效緩解2011年汛后工期緊張的狀況，確保2012年圍堰度汛安全。

2.2 分流圍堰設計

(1)分流圍堰布置。

由于2011年3月底猴子巖水電站導流隧洞才具備過水條件，經綜合考慮分流圍堰的施工難度、分流圍堰汛后加高加寬及防滲墻施工有關要求，在分流圍堰布置上，考慮與上下游圍堰結合布置，即將分流圍堰軸線布置在上下游圍堰范圍內。具體布置為:將上游分流圍堰軸線布置在上游圍堰軸線與上游圍堰防滲墻軸線之間，以有利于汛后防滲墻施工;將下游分流圍堰軸線布置在下游圍堰軸線上游，以減少分流圍堰增加的填筑工程量。

(2)上游分流圍堰設計。

考慮到分流圍堰工程僅需攔擋2011年汛期洪水且分流圍堰施工時段短，故分流圍堰形式宜采用有保護的過水土石圍堰形式。綜合考慮導流洞過水能力、攔擋洪水標準和圍堰過流保護工程量及施工工期等因素，分流圍堰保護標準按壩址5年一遇洪水流量3 920 m3/s設計。經對近幾年實測水文資料進行分析，實測壩址日最大流量大于2 500 m3/s的天數占統計天數的5.5%，因此選擇擋水流量為2 500 m3/s。按此計算，上游分流圍堰堰頂高程加適當超高后為1 715 m。

上游分流圍堰具體設計為:堰頂寬20 m，最大堰高約20 m，堰頂采用1 m厚鋼筋石籠保護，上游采用大塊石護坡，下游坡坡比采用1∶3.5，下游坡采用雙層鋼筋石籠護坡，鋼筋石籠之間采用鋼筋焊接，鋼筋石籠與堰體塊石填筑間鋪設土工布，堰腳采用拋大塊石防護，采用3～5塊石塊用鋼絲繩連成串，以增加其抗沖能力。圍堰兩岸采用1 m厚鋼筋石籠保護。

(3)下游分流圍堰設計。

下游分流圍堰的主要作用為攔擋開挖渣料和2011年汛期洪水超過2 500 m3/s堰面過流時分擔部分水流落差。圍堰形式為鋼筋石籠保護下的過水土石圍堰;下游圍堰頂高程為1 702 m，堰頂寬20 m，最大堰高約20 m。為滿足防沖保護要求，堰頂采用1 m厚鋼筋石籠保護，上游采用大塊石護坡，下游坡坡比采用1∶3.5，下游坡采用雙層鋼筋石籠護坡，鋼筋石籠之間采用鋼筋焊接，鋼筋石籠與堰體塊石填筑間鋪設土工布，堰腳采用拋大塊石防護，采用3～5塊石塊用鋼絲繩連成串，以增加其抗沖能力。圍堰兩岸采用1 m厚鋼筋石籠保護。

3 截流方式及戧堤設計

3.1 截流標準、方式選擇

根據猴子巖水電站壩址地形地質特點、導流建筑物布置、現場施工道路布置條件及截流備料等因素，分流圍堰截流采用上游圍堰單戧堤單向立堵截流方式。上游分流圍堰截流戧堤按2車道設計，寬15～20 m，截流設計流量按4月份2年一遇洪水流量505 m3/s考慮，截流合龍時相應上游水位高程約為1 705 m，考慮適當超高確定戧堤高程為1 706 m，戧堤迎水面采用1∶1.5，背水坡為1∶2～1∶1.5。

3.2 龍口位置選擇

由于猴子巖水電站壩址右岸施工道路較為完善，而導流隧洞布置于左岸，導流隧洞通水后左岸交通相對不便。另外，大部分截流備料場均設在右岸，大石、塊石料場雖然在左岸，但其下游100 m處有1號臨時橋與右岸相連，同時考慮截流戧堤河段河床實測水下地形呈右低左高等因素，最終決定采取從右至左、單戧堤單向進占截流，將截流龍口設于靠近左岸河床中。

3.3 截流進占分區與截流料物

根據猴子巖水電站壩址河段河床及水流特點，結合其他工程截流施工經驗，將龍口從右至左分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區，相應拋投材料粒徑與龍口寬度見表1。截流過程中，當戧堤端頭出現流線型沖刷時采用上挑角法拋投大料，在龍口中水流呈現非淹沒流態時采用上、下游拋角法拋投的方法。龍口Ⅱ區應優先拋投大塊石和石串，龍口Ⅲ區主要拋投石串、鋼筋鉛絲石塊籠、15 t混凝土四面體，龍口Ⅳ區范圍內拋投15 t混凝土四面體串;龍口Ⅴ區拋投鋼盤鉛絲塊石籠、石串，直至合龍。必要時，把鋼筋鉛絲塊石籠串連在一起拋投。截流困難時，把2～3個四面體連成串推入龍口。為穩定左裹頭，在左岸應準備適當的、大中小不等的石塊及四面體，以確保截流合龍進程。

截流備料時考慮部分沖失，一般石渣備料2.43萬m3，中石、大石料4.11萬m3，鋼筋石籠1 872 m3，15 t混凝土四面體91塊、大塊石串若干。

4 截流施工組織及實施

4.1 截流料場布置

猴子巖水電站分流圍堰工程共布置料場2個，其中石渣料場位于大壩上游右岸的大牛場，距上游分流圍堰約2 km，為直接回采取料;中石、大石料場位于大壩上游左岸色龍溝口岸坡，距上游分流圍堰約1 km，為爆破開采取料;部分料場收集的中石料也堆存于大牛場料場附近。上游分流圍堰下游右岸200 m處為臨時施工場地和混凝土四面體預制場。該工程混凝土為由發包人提供的商品混凝土。混凝土生產系統位于大壩下游左岸。

4.2 截流交通布置

猴子巖工程交通條件較便利，分流圍堰施工可利用現有右岸S211省道、1#、2#和8#場內公路以及1#臨時跨河橋、3#臨時跨河橋、猴子巖大橋等交通，為滿足截流施工需要，還布置了上游分流圍堰左岸截流預進占道路、上游分流圍堰右岸截流道路及下游分流圍堰右岸施工道路等3條臨時施工道路。由于上游分流圍堰右岸截流道路是工程截流的主要道路，為保證截流拋投運輸的通行能力，該道路采取循環布置，重車從上游駛入，在截流戧堤回車卸料后向下游駛出，在下游與S211省道交叉處轉回上游料場。臨時施工道路寬度不小于7 m，最大縱坡小于8%，最小轉彎半徑15 m。

4.3 截流施工機械配備

龍口各區拋投料共計14 513 m3，預計截流進行24 h，拋投強度為605 m3/h。考慮單向進占和部分沖失等，主要截流施工機械配備為挖裝機械10臺、大型起重機2臺、推土機3臺、20～25 t自卸車38臺、平板運輸車2臺、大型振動碾1臺。

4.4 截流施工組織

為了確保分流圍堰截流工程順利進行，在現場成立了截流組織機構，明確了工作內容、紀律要求，主要負責:(1)現場指揮戧堤進占、物料拋投、進度控制;(2)協調石料、鋼筋鉛絲籠、混凝土四面體、大塊石及石串的裝運;(3)現場照明、通訊、安全、材料供應、生活服務;(4)測量導流洞分流量、龍口流量、流速、落差等。

4.5 截流的實施

分流圍堰預進占。

2011年4月2日，截流工作的各項準備就緒，根據大渡河天氣預報和來水情況，4月2日17∶00決定拆除猴子巖水電站導流隧洞進出口圍堰，啟動分流圍堰截流工作，4月3日12∶00，導流隧洞進出口圍堰拆除完成，導流隧洞開始分流。2011年4月2日19∶00，分流圍堰開始預進占，4月4日10∶00預進占結束，形成截流戧堤，截流戧堤口門寬30.4 m，此時來水流量為326 m3/s。

2011年4月4日11∶00開始龍口合龍。由于截流龍口段河床坡降較陡，龍口持續高流速，戧堤常出現坍塌，龍口寬度出現反復，推進緩慢，至4月4日20∶00，截流戧堤口門寬11.7 m，龍口流速8.75 m/s，落差434 m，來水流量301 m3/s，為確保施工安全，指揮部在決定對戧堤端頭進行適當保護后，夜間停止施工。

5日8∶00，此時來水流量為373 m3/s，截流戧堤雖經一定保護，但經過一夜沖刷，仍發生了較大坍塌，龍口寬度增大至15.9 m，且左岸戧堤軸線及下游坍塌較嚴重。指揮部召集設計、監理、施工等單位的專家在察看現場、分析形勢、研究對策后做出決定:①堅定不移實施截流;②右岸戧堤適當向上游加寬;③根據現場情況，更改截流拋投方向，以右岸推進為主，向左上游方向拋投，左岸輔助推進。4月5日9∶00重新開始截流，以3～4個15 t混凝土四面體組成四面體串為先導，在龍口穩定后，再拋投大石、中石，最后拋投細粒料，至5日14∶56，猴子巖水電站分流圍堰合龍，截流安全順利成功。在整個截流過程中，來水流量變化范圍為233～373 m3/s，龍口最大流速達9.85 m/s，最大落差為9.72 m，主要截流水文水力學觀測要素見表1。

5 分流圍堰保護工程施工

為了確保猴子巖水電站分流圍堰工程安全度汛，分流圍堰堰面保護除采用大量的鋼筋石籠保護外，在上游圍堰頂部及下游坡面還采取了鋼筋混凝土護面等防護措施。因此，圍堰保護工程也具有工程量大、施工項目多、施工時段短等特點。

猴子巖水電站上下游分流圍堰的填筑及防護工程量主要有:98 790 m3土石方填筑、鋼筋石籠保護8 160 m3、混凝土護面8 240 m3、大塊石護腳5 020 m3等，2011年4月5日分流圍堰順利截流后，即開始進行上下游分流圍堰填筑和堰面保護工程的施工，經過嚴密組織、緊張施工，至2011年5月中旬，基本完成分流圍堰的填筑和防護施工，為確保工程2011年安全度汛奠定了堅實基礎。

表1 大渡河猴子巖水電站分流圍堰截流水文水力學觀測要素表

6 結語

猴子巖水電站分流圍堰工程的截流是在大渡河干流進行的一次狹窄河床上、陡坡降(0.45%)、大流量(373 m3/s)、大落差(6.74 m)、高流速(9.85 m/s)、窄戧堤(15 m)的截流工程實踐，回顧整個截流和圍堰保護施工過程，筆者有以下幾點體會:

(1)在猴子巖分流圍堰工程截流工作實施過程中，編制了科學合理的工程截流施工組織設計，采取單戧堤單向進占截流、以右岸道路為主、布置循環交通進料截流道路的方案，及時決策開采色龍溝塊石料場和預制100個15 t混凝土四面體等物料準備，為截流順利實施奠定了基礎。

(2)根據工程現場的實際情況，及時果斷決策是取得截流成功的關鍵。2011年4月2日，根據大渡河臨近汛期、來水量逐步加大的情況，及時決策啟動了截流各項工作;4月5日上午，根據截流龍口的實際條件，及時調整了拋投方向和適當向上游側加寬右岸戧堤，從而避開了左岸戧堤的薄弱部位，確保了截流順利成功。

(3)開展全面的水雨情預報和現場水文監測工作，及時為截流工作提供各種數據參數，使截流指揮部能全面掌握水雨情變化，得以運籌帷幄，為截流工作提供了堅實的技術保證。