沐若水電站截流設計與施工

彭 沖 彭 涌

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 概 述

沐若水電站工程地處馬來西亞婆羅洲島的沙撈越州，壩址位于拉讓（Rajang）河流域源頭沐若河上，距民都魯市約200km。

施工導流采用土石圍堰全年擋水、左岸導流洞分流方式。擋水建筑物為全年擋水土石圍堰，設計洪水標準P＝3.33%，流量Q3.33%＝3000m3/s。原設計在左岸布置2條導流隧洞，洞徑10.5m，2條隧洞泄流的導流方式。實際施工中1#導流隧洞發生塌方，設計根據現場情況，將2#導流隧洞上游段與1#導流隧洞出口段結合，對已經施工部分擴挖，形成單洞導流方案。單洞方案為城門洞型，斷面尺寸為10.0m× 15.9m，過流面積約137m2。考慮導流洞運行需要，需盡量降低施工期導流洞水頭和減小洞內流速，施工導流方案擬調整變更為采用過水圍堰+左岸導流洞（單洞）分流方式。截流邊界條件與原設計截流條件略有改變，截流時，上游水位有所抬高，給截流工作增加了難度。

2 基本條件

2.1 水文條件

沐若河洪水主要由降雨匯流形成，徑流對降雨的快速響應是沐若河洪水的主要特點，降雨期間沐若河洪水流量增加很快，隨著雨后徑流的減少沐若河洪水流量也迅速消減。從水文資料月平均流量計算成果來看，7～8月流量較小為172m3/s，其他月份變化不大，變幅在（217～326）m3/s之間，沐若河枯水期很短，持續1～2個月，洪枯月平均流量最大相差147m3/s。

（1）設計洪水。沐若水電站壩址處施工期各種頻率設計洪水見表1。

表1 壩址各種頻率設計洪水洪峰流量

（2）壩址水位流量關系。各導流建筑物所處位置水位流量關系變化較大，導流隧洞進、出口、上游土石圍堰及下游土石圍堰4個斷面相應位置水位流量關系見表2，本階段采用導流洞出口水位流量關系推算。

2.2 地址條件

上、下游圍堰距壩軸線分別約為173m和227 m，壩址區河道均覆蓋第四系沖、洪積物，岸邊可見巨大的砂巖塊石，部分直徑大于（10～20）m。

表2 沐若水電站水位流量關系 水位：m 流量：m3/s

壩區巖石可分為三種類型：

（1）砂巖、雜砂巖：為細粒到中粒砂巖，其強度、顏色、抗風化、裂隙間距、孔隙率和物質組成等方面變化大。

（2）粉砂巖、泥巖、頁巖：巖相與巖性變化較大，裂隙發育，鉆孔取芯常可裂為薄片狀。

（3）砂巖與泥巖或頁巖互層：砂巖與泥巖或頁巖呈有規律的互層狀產出。

3 截流設計

3.1 截流設計時段及標準

根據水文資料，6～8月為旱季，月平均流量為（160～210）m3/s，截流時段選擇為2010年4月底，截流龍口合龍的時間初步選定為2010年4月26～28日,實際合龍時間為2010年5月1日。

按照 《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303-2004）規定，截流標準采用截流時段重現期5～ 10年的月或旬平均流量，考慮到本工程截流的重要性及水文資料、導流洞施工進度等不確定性，選取4月10%月平均流量435m3/s作為截流設計流量。

3.2 截流設計條件

3.2.1 導流洞泄流能力

截流階段Q=500m3/s以下導流隧洞泄流能力按明渠流由下游水位推算，按導流洞進口預留巖埂的拆除高程420m、423m、426m進行計算修正，計算結果見表3及圖1，Q=500m3/s以上計算成果見圖2。

表3 預留巖埂拆除后導流隧洞泄流能力表

圖1 Q=500m3/s以下導流洞泄流能力修正曲線（計算值）

圖2 Q=500m3/s以上導流洞泄流能力曲線（計算值）

3.2.2 截流邊界條件

沐若水電站采用左岸單洞導流方案。根據設計提供的導流洞水位流量關系曲線資料以及導流洞進出口水位流量資料，按導流洞進口巖埂拆除殘留3 m（EL.423m）對導流洞過流曲線進行修正，計算截流合龍時上游水位約428.37m。由于河床比降較大，合龍時截流落差約2.87m。進口巖埂拆除高程對截流水力學影響很大，因此要求盡量將巖埂拆除至423m高程以下，以降低截流難度。

3.3 截流戧堤布置及戧堤高程的確定

大壩軸線距導流洞進口約400m，該范圍內河谷較為狹窄。經比較，選擇截流戧堤布置在距大壩軸線上游約300m處。

合龍時，在435m3/s流量下，上游最高雍水水位為428.37m，考慮到戧堤安全超高，龍口段戧堤頂部高程取430m即滿足擋水需求。另考慮到沐若河水陡漲陡落的特性和截流道路布置情況，最終確定預進占臨時戧堤高程為435m，戧堤頂面寬15m，端頭坡比按1∶1.25控制，上游面坡比為1∶1.3，下游面坡比為1∶1.5。

截流后進行圍堰填筑，根據水情需要可快速加高戧堤至高程439m。

在左右岸上游預先作好防沖裹頭，依托江邊大石，用大塊石（粒徑>0.7m）或鋼筋石籠（2m×1.2m× 1.25m）護坡。

3.4 截流方式與龍口位置

根據現場地形條件，利用左岸壩肩開挖料，料源充足，運輸距離近，左岸沿江道路能保證機械設備順利進場，而右岸渣料較少，擬采用從單向進占單戧立堵截流方式，右岸設裹頭，龍口設在左岸，且龍口區不需要進行平拋墊底，但應視預進占時間設置防沖裹頭。

3.5 截流水力計算

截流設計按導流洞進口巖埂拆除至423m高程、戧堤進占洪水標準500m3/s進行計算,龍口水力學特性見表4及圖3。

表4 （巖埂3m）預留龍口55m寬度時龍口合龍水力學特性表

圖3 巖埂高程423m截流水力學特性曲線圖

3.6 龍口寬度的確定

考慮邊坡的穩定,結合截流水利學計算及施工道路布置情況，龍口寬度確定為55m。在左右岸做裹頭，對左岸岸坡堰體預先填筑部分，作為道路、回車平臺用。

下游圍堰戧堤進占在上游截流后進行，由于河床落差較大，下游戧堤為靜水填筑。

3.7 龍口分區特性

3.7.1 龍口拋投料粒徑

拋投料粒徑的尺寸取決于龍口的流速,根據截流合龍過程中的水力條件變化,不同寬度龍口拋投料塊體粒徑按該區段可能出現的最不利水力條件計算求得。上游龍口不同寬度的拋投料粒徑見表5。

表5 不同龍口寬度時拋投物粒徑大小

3.7.2 龍口施工區段劃分

根據合龍過程中不同龍口寬度的水力學指標,將上游截流龍口分為4個區段：

兩岸裹頭及預進占：拋投料粒徑以中小石為主，拋投適量大石，并用部分大塊石作為護岸；

第一區段：龍口寬度從55m束窄至40m，龍口平均流速為（2.39～2.70）m/s，龍口最大落差為0.895 m，拋投料粒徑以小石、中石為主，大石為輔；

第二區段：龍口寬度從40m束窄至30m，龍口平均流速為（2.70～3.01）m/s，龍口最大落差為1.78 m，拋投料粒徑以中石、大石為主，小石為輔；

第三區段：龍口寬度從30m束窄至20m，龍口平均流速為（3.01～1.76）m/s，龍口最大落差為2.38 m，拋投料粒徑以中石、大石為主，小石為輔；

第四區段：當龍口寬度束窄至小于20m時，龍口最大流速為1.76m/s，拋投料粒徑以小石、中石為主，大石為輔。

3.8 截流材料

根據沐若水電站的施工條件及當地材料狀況，選用石渣料及大塊石作為截流拋投材料。

截流戧堤材料數量按龍口分區水力學計算成果及龍口拋投技術確定。

上游龍口拋投料工程量的計算：龍口段考慮1.2的流失系數,備料按1.3計，截流各階段拋投料粒徑及工程量見表6。

表中裹頭進占拋投量為3277.02m3，另須進行部分堰體填筑（約5000m3）作為道路、回車平臺用。

下游圍堰戧堤在上游截流后進占，直至龍口合龍。拋投最大粒徑為0.3m以下的石碴混合料，由于河床落差較大，下游戧堤為靜水填筑，不計流失系數。

表6 龍口段戧堤材料特性及工程量表 m3

3.9 截流施工

3.9.1 施工程序

非龍口段先開始進占施工，上游戧堤非龍口段按設計寬度填筑，并做好堤頭保護措施，形成寬55 m龍口，接著完成龍口段合龍，實現截流。

上游的戧堤施工程序為：前期準備→岸坡段防滲施工→裹頭施工→截流戧堤進占→龍口合龍→戧堤閉氣→戧堤加高。

3.9.2 施工方法

（1）設備選型。挖裝主要選用CAT320（斗容1 m3）、CAT330（斗容1.6m3）反鏟挖掘機，VOLVO360 (斗容2m3）反鏟挖掘機，CLG856（斗容3.0m3）裝載機。挖裝大塊石選用2m3反鏟挖掘機，挖裝石渣選用2m3、1.6m3反鏟挖掘機以及3.0m3的裝載機；鋼筋石籠吊裝采用LW250-2（25t）吊車，運輸車輛均采用20t的自卸汽車。

（2）截流預進占。非龍口段填筑料采用自卸汽車運輸，端進法拋填，使大部分拋投料直接拋入江中，推土機配合施工；深水區進占時，為確保安全，部分采用堤頭集料，推土機趕料拋投。

預進占拋投材料，一般用石渣料全斷面拋投施工，進占過程中，如發現堤頭拋投料有流失現象，則在堤頭進占前沿的上游先拋投一部分塊石形成挑角，在其保護下，再將石渣拋填在戧堤軸線的下游側。

必要時采用防沖裹頭保護。根據實測的水文、水情預報，當流量較大時（流速達4m/s），采用拋投塊石（或鋼筋石籠）進行裹頭保護。在進占的同時，戧堤頂部碎石尾隨鋪筑，并派專人養護路面，確保龍口合龍過程中大型車輛暢通無阻。

（3）龍口段施工。上游戧堤堤頭車輛行駛線路，在戧堤堤頭分成兩路縱隊。堤頭線路布置共分為3個區：拋投區（長20～25m），編隊區（長25～30m）和回車區。為減少倒車距離，加快拋填速度，利用跟進填筑的堰體部分進行回車。為滿足強度要求，在上游戧堤堤頭布置2個卸料點。在上游戧堤一路靠上游側拋填塊石，另一路在中間及靠下游側拋填石渣。主要采用自卸汽車直接拋投,堤頭有塌滑趨勢時采用堤頭集料、推土機趕料進占。所有運輸車輛須掛牌，對運輸的材料分別配以不同顏色標志，堤頭指揮人員以相應顏色的旗幟分區段按要求指揮編隊和卸料。

堤頭拋投方式主要采用全斷面推進和凸出上挑角兩種進占方式。

第Ⅰ區段：龍口寬度從55m束窄至40m,龍口平均流速在2.70m/s以下，龍口最大落差為0.895 m，拋投料粒徑以小石、中石為主，采用塊石及石渣全斷面進占，靠近束窄口門堤頭處位置采用塊石拋投在迎水側抗沖，石渣料跟進。為滿足拋投強度，視堤頭的穩定情況，主要采用自卸汽車直接拋填，部分采用堤頭集料，推土機趕料方式拋投，在塌滑頻繁區，全部采用堤頭集料方式填筑。

第Ⅱ區段：龍口寬度從40m束窄至30m，龍口最大流速為3.01m/s，龍口最大落差為1.78m，拋投料粒徑以中石、大石為主，小石為輔。為減少沖刷流失，采用凸出上挑角施工，用塊石從戧堤軸線上游側進占，再將石渣拋填在戧堤軸線下游側。在施工中以堤頭集料，推土機趕料方式拋投為主。

第Ⅲ區段：龍口寬度從30m束窄至20m，龍口最大流速為3.01m/s，龍口最大落差為2.81m，拋投料粒徑以中石、大石為主，小石、中石為輔。為減少沖刷流失，采用凸出上挑角施工，用塊石從戧堤軸線上游側進占，再將石渣拋填在戧堤軸線下游側。在施工中以堤頭集料，推土機趕料方式拋投為主。

第Ⅳ區段：當龍口寬度束窄至小于20m時，龍口最大流速為1.76m/s，拋投料以小石、中石為主。此區段水深逐漸變淺，有利于戧堤的穩定，為減少沖刷流失，采用凸出上挑角施工，用塊石從戧堤軸線上游側進占，再將石渣拋填在戧堤軸線下游側。在施工中以汽車直接拋投為主。

4 結 語

2010年5月1日，沐若工程河道實現安全順利截流，論證了在強降雨匯流形成洪水，河水暴漲暴落、河床比降大、落差高、水流急等條件下，截流方式及布置、非龍口段拋投材料、龍口寬度、龍口段拋投材料、拋投技術等技術參數與施工方式的科學合理性。

通過以上截流工程實施，得到熱帶季風氣候條件下，河道截流設計與施工技術參數，為今后相似工程施工方案優化提供了實踐依據。

[1]DL/T5114-2000.水電水利工程施工導流導則[S].

[2]SL252-2000.水電水利工程等級劃分及洪水標準[S].

[3]水利電力部水利水電建設總局.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，1991.