雅礱江錦屏一級水電站大江截流施工技術(shù)

張 華

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

1.1 圍堰概況

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣和鹽源縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江下游從卡拉至河口河段水電規(guī)劃梯級開發(fā)的龍頭水庫，距河口358 km，距西昌市直線距離約75 km。電站上游圍堰為土石圍堰(Ⅲ級建筑物)，位于大壩上游約250 m處，圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。

圍堰堰頂高程為1 691.5 m，最 大堰高64.5 m，圍堰頂寬10 m，最大底寬312 m，長約186 m;迎水面坡度為 1∶2.5，背水面坡度為 1∶1.75;防滲土工膜坡比為1∶2.5，最大防滲高度44 m。

1.2 工程水文氣象條件

雅礱江流域地處青藏高原東側(cè)邊緣地帶，屬川西高原氣候區(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，壩址區(qū)干濕季分明。每年11月～次年4月為旱季，5～10月為雨季，降雨集中，降雨量約占全年雨量的90%～95%。

電站地處山區(qū)，徑流的主要來源為降雨，次為地下水。徑流每年12月～次年5月主要由地下水補給，6～11月主要由降雨補給。

上游圍堰截流時間為2006年11月下旬，此時為流域的旱季，江水面寬約80 m，水深6～8 m。

1.3 截流施工特點

(1)截流戧堤落差大、流速高。

堰址天然河道寬80～120 m，河床坡降大，水深6～8 m，覆蓋層厚25～30 m，十年一遇流量為814 m3/s，模型試驗戧堤未閉氣時的截流落差為5.23 m，戧堤頭部最大平均流速為8.44 m/s，龍中最大垂線平均流速為5.92 m/s。

(2)截流難度大。

河床兩岸山勢陡峭，施工道路布置困難，現(xiàn)場只有右岸一條交通洞通往戧堤，截流只能采取單戧立堵單向進(jìn)占，致使拋投強度受到限制，截流難度高，安全隱患大。

1.4 模型試驗成果

雙洞導(dǎo)流，兩個導(dǎo)流洞進(jìn)口均存在2 m高殘埂，11月下旬Q=814 m3/s。截流合龍時，戧堤未閉氣，截流落差為5.23 m，戧堤頭部最大垂線平均流速為8.44 m/s，龍中最大垂線平均 流 速 為5.92 m/s，以大、中、小石為主，特大石為輔可順利實現(xiàn)龍口合龍。龍口40→0 m共用拋投料24 840 m3，其中小、中、大、特 大 石 分 別 為10 091 m3、7 016 m3、3 979 m3和 1 022 m3，龍口段合龍拋投流失量為2 321 m3，占龍口段合龍拋投總量的11%。

2 截流方式、截流戧堤布置及龍口位置

2.1 截流方式

采用單戧立堵、從右向左單向進(jìn)占的截流方式。

2.2 截流戧堤布置

根據(jù)已形成的截流平臺高程，將右岸戧堤頂高程定為1 648.5 m。隨著戧堤的前進(jìn)，堤頭流速、上下游落差等參數(shù)加大，堤頭垮塌的可能性也將增大，施工過程中適當(dāng)降低了戧堤頂高，根據(jù)截流模型試驗成果，11月下旬10年一遇流量Q為814 m3/s，合龍時相應(yīng)上游水位高程為1 645.54 m(按2 m埂高)，安全超高按1.5 m控制，左岸戧堤頂高程定為1 647 m。戧堤頂面長100 m，堤頂坡度為1.5%，梯形斷面，上下游坡由進(jìn)占拋投料自然形成，戧堤頂寬25 m。截流戧堤斷面形式見圖1。

圖1 截流戧堤斷面形式示意圖

2.3 截流分區(qū)規(guī)劃

戧堤長100 m。根據(jù)截流試驗成果，非龍口段進(jìn)占長度以52～57 m，龍口預(yù)留寬度以45～40 m為宜。據(jù)此確定截流分預(yù)進(jìn)占區(qū)和龍口區(qū)兩部分進(jìn)行。其中預(yù)進(jìn)占區(qū)寬60 m，龍口區(qū)寬40 m(龍口Ⅰ區(qū)30 m、截流龍口10 m)。截流戧堤進(jìn)占及分區(qū)情況見圖2。

3 截流備料

圖2 截流戧堤進(jìn)占及分區(qū)示意圖

截流主要備石渣料、石料、石串、鋼筋石籠等，且在圍堰截流前已經(jīng)完成。

參照已建工程的截流資料，預(yù)進(jìn)占段區(qū)備料系數(shù)取1.2，龍口區(qū)備料系數(shù)取1.5，截流戧堤所需拋投物料數(shù)量見表1;大石、特大石、鋼筋石籠和混凝土四面體等材料備料系數(shù)取1.5(表1)。

表1 截流所需拋投物料數(shù)量分解表

石渣料和過渡料采用錦屏一級工程前期道路洞室開挖料和正在進(jìn)行開挖的右壩肩開挖料，洞室開挖料主要備存在肖廠溝高低位備料場。為獲得足夠的大中石料源，在右岸壩肩1 885 m高程以上開挖過程中，調(diào)整了爆破參數(shù)，提高了大、中石獲得率以滿足截流需要。

大、中石采用反鏟從開挖料中選取備料。中石備料量為7 219 m3，大石備料量為4 748 m3，加工大石串500 m3，鋼筋石籠500 m3，并在上游主要施工道路兩側(cè)備料。鋼筋石籠長寬高為1.2 m×1 m×1 m，主筋φ22、副筋φ16;大石串采用每3～4塊聯(lián)為一體，φ28鋼索串聯(lián)。

圍堰填筑前，填筑石料總量不足，主要截流材料中石的缺口較大。截流時，肖廠溝高位備料場能提供石料35萬m3，低位備料場能提供石料15萬m3，普斯羅溝河床能提供石料6萬 m3，正在開挖的右壩肩高程1 885 m平臺以上備存了石料20萬m3，剩下20萬m3的石料計劃從右壩肩高程1 885 m以下部位提供，因此要求右壩肩高程1 885 m平臺上備存的石料要先用完，高程1 885 m平臺以下約20萬m3的石料開挖要與圍堰填筑同步進(jìn)行，然后再啟用肖廠溝高低位備料場等部位的石料。

施工時，實際使用了右壩肩高程1 885 m平臺以下開挖石料約25萬m3，料場備用的石料基本用完，大石、特大石、大石串和鋼筋石籠全部用完，較好的實現(xiàn)了土石方平衡，降低了施工成本。

4 施工方法

4.1 設(shè)備選型與設(shè)備布置

肖廠溝高低位備料場為截流主備料場，挖裝強度高，布置4 m3和6 m3正鏟各1臺、2 m3反鏟3臺、1 m3反鏟1臺、SD22型推土機2臺、35 t汽車吊1臺。低位料場石渣料采用4 m3正鏟和6 m3正鏟挖裝，推土機平料，20 t大型載重自卸汽車運輸;石料采用2 m3反鏟選料，石串料由35 t吊車吊取;高位料場由2臺2 m3反鏟、1臺1 m3反鏟取料，SD22推土機平料，20 t自卸汽車運輸。

堤頭部位布置TY320推土機2臺、SD22推土機1臺、裝載機1臺、16 t汽車吊1臺。TY320推土機負(fù)責(zé)渣料推運，SD22推土機負(fù)責(zé)戧堤上下游側(cè)跟進(jìn)填筑平料，16 t吊車負(fù)責(zé)鋼筋石籠吊裝。

普斯羅溝河床部位布置2 m3反鏟2臺，用于取河床料，20 t自卸汽車運輸。

4.2 預(yù)進(jìn)占段施工

大江截流預(yù)進(jìn)占采用自卸汽車運輸，推土機配合施工，大部分拋投料直接拋入江中，深水區(qū)進(jìn)占采用堤頭集料，推土機趕料。

進(jìn)占采用石渣料端進(jìn)法，全斷面拋投施工。進(jìn)占過程中，發(fā)現(xiàn)堤頭拋投料有流失現(xiàn)象，遂在堤頭進(jìn)占前沿的上游腳拋投大、中石壓腳后收效甚微，在投入備好的部分大石串后，在大石串的保護(hù)下石渣拋填在戧堤軸線的下游側(cè)，流失現(xiàn)象明顯減少。

進(jìn)占過程中，戧堤頂部采用級配較好的石渣料鋪筑并平整壓實，派專人養(yǎng)護(hù)路面，確保龍口合龍過程中大型車輛暢通無阻。

戧堤預(yù)進(jìn)占的同時，在戧堤后面，上游側(cè)碎石土填筑跟進(jìn)，石渣料護(hù)面，下游側(cè)石渣料填筑跟進(jìn)。

4.3 龍口段施工

利用預(yù)進(jìn)占時形成的施工平臺作為編隊候車場地，堤頭分為拋投區(qū)、編隊區(qū)和回車區(qū)三個區(qū)，確保截流施工緊張有序。

單戧堤堤頭布置4個卸料點，戧堤上、下游側(cè)各2個。根據(jù)不同部位填料的要求，靠上游側(cè)主要拋特大石(鋼筋石籠或石串)、大石，主要布置裝特大石(鋼筋石籠或石串)、大石的車輛;中間及靠下游側(cè)拋填中小石、石渣，布置裝中小石和石渣的車輛。

堤頭拋投采用凸出上挑角方式進(jìn)占，將大石料自堤頭前上游角拋入水中，挑出一部分，使堤頭下側(cè)形成回流緩流區(qū)，再拋投中小石及石渣料進(jìn)占。在截流龍口區(qū)，大石不能滿足拋投穩(wěn)定要求，遂采用大石串、鋼筋石籠或混凝土四面體代替大石。

5 截流施工的主要技術(shù)要點

(1)戧堤非龍口段進(jìn)占拋投材料一般用石渣料全斷面拋投施工，進(jìn)占過程中，如發(fā)現(xiàn)堤頭拋投材料有流失現(xiàn)象，可采用凸出上游挑角施工。

(2)在進(jìn)占過程中，拋投料出水面后，及時采用石渣加高，戧堤頂用級配較好的石渣料進(jìn)行鋪筑施工，加高高程按高出水面1 m控制，并安排專人養(yǎng)護(hù)路面，確保截流施工道路滿足大型車輛陰雨天暢通無阻的要求。

(3)龍口合龍采用上游戧堤單向進(jìn)占，控制戧堤頂面高出水面1 m左右。拋投進(jìn)占過程中，視堤頭邊坡穩(wěn)定情況，自卸汽車將塊石及石渣盡量直接拋入水中，同時，對卸在堤頭前沿上的塊石及大石串用推土機推入水中。

(4)加強對戧堤上的施工機械及工作人員統(tǒng)一指揮。為防止堤頭坍塌危及汽車及施工人員的安全，在堤頭前沿設(shè)置明顯標(biāo)志，并配備專職安全員巡視堤頭邊坡變化，觀察堤頭前沿有無裂縫出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。

(5)龍口合龍拋投強度大，拋投材料多，因此，我們對拋投同一種材料的汽車作了相同的標(biāo)記并分隊編號，以便于指揮。

6 防止堤頭塌滑與安全進(jìn)占的措施

6.1 堤頭塌滑的特性

根據(jù)類似工程截流經(jīng)驗，從塌滑的現(xiàn)象看，堤頭塌滑具有以下三個特性:

(1)突發(fā)性。有的塌滑出現(xiàn)前有征兆，有的則在塌滑前無任何征兆。無論是否出現(xiàn)征兆，其塌滑時間都很短促，僅僅只有10余秒至幾分鐘。

(2)無方向性。塌滑面既在堤頭兩側(cè)出現(xiàn)，也在堤頭進(jìn)占方向出現(xiàn)，而且各側(cè)出現(xiàn)的機率大致相等，沒有固定在某一側(cè)。

(3)頻率高。塌滑發(fā)生時間一般間隔3～4 d，但有時一天發(fā)生2次，無規(guī)律可遁。

6.2 戧堤穩(wěn)定情況的判斷

(1)從堤頭縱向邊坡的坡比變化判斷拋投料的穩(wěn)定性。

堤頭縱向坡度在正常無流失的情況下約為1∶1.5左右，當(dāng)縱向坡比逐漸變陡達(dá)到1∶1或更陡時，將會發(fā)生坍塌。

(2)從流態(tài)變化判斷拋投料的穩(wěn)定性。

采用上挑角進(jìn)占，若拋投料能在水中站穩(wěn)，這時必然形成急流并挑出去，在挑角下游形成回流區(qū)，而且有小跌水現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)拋投料粒徑較大而水深較淺時，跌水現(xiàn)象更加明顯;若填料拋投下去后，見到跌水順?biāo)饔缮隙乱苿樱瑒t說明拋投的塊體正被急流沖走。

(3)從進(jìn)占速度判斷拋投料的穩(wěn)定性。

按戧堤的實際斷面計算每進(jìn)占1 m約需拋投多少石料。如拋下這些石料不見堤頭向前延伸，則說明拋投的塊體正被急流沖走。

(4)從堤頭附近的情況判斷堤頭的穩(wěn)定性。

當(dāng)?shù)填^附近范圍內(nèi)出現(xiàn)裂縫，縫寬逐漸增大時，表明堤頭有失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn);如果堤頭部位高程在逐漸下降，說明堤頭發(fā)生“沉陷”。當(dāng)出現(xiàn)這些現(xiàn)象時應(yīng)引起高度重視，及時改變拋投方式。

6.3 針對堤頭垮塌應(yīng)采取的措施

(1)在條件允許的情況下，盡量采取全斷面整體推進(jìn)，在采取上挑角進(jìn)占時，一方面要盡量減少挑出的長度;另一方面要注意跟進(jìn)補拋。

(2)采用自卸汽車直接拋填時，控制大型自卸汽車距堤頭不少于2 m，采用堤頭集料，推土機趕料回填時，自卸汽車距堤頭前沿邊線8 m卸料。戧堤側(cè)邊2.5 m為安全警戒距離，此范圍內(nèi)不允許停放任何機械設(shè)備，堤頭指揮人員也不允許在此范圍內(nèi)滯留。

(3)在堤頭、堤側(cè)以及各危險部位分別設(shè)置安全警示牌，堤頭指揮人員穿救生衣，現(xiàn)場準(zhǔn)備救生圈，加強專職人員進(jìn)行安全巡視工作。

(4)當(dāng)?shù)填^流速過大不能滿足最困難的拋投進(jìn)占要求時，應(yīng)采用多塊石串和鋼筋籠串拋投的應(yīng)急方式。

7 結(jié)語

經(jīng)過充分的前期準(zhǔn)備工作，錦屏一級水電站大江截流順利實現(xiàn)。截流施工過程進(jìn)行的緊張而有序，2 000多m3的截流石料在2 h內(nèi)完成，得到了當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主的一致肯定。錦屏一級水電站成功截流的經(jīng)驗，值得今后同類工程借鑒。