烏江沙沱水電站二期截流設計與施工

謝豪 袁端

摘 要：沙沱水電站二期截流通過分析上游來水量合理選擇截流標準及截流流量，結合實際地形地質條件確定截流方式、戧堤布置及龍口位置，通過截流水力學計算合理對龍口進行分區和備料，截流施工方案、準備工作、技術措施和安全措施科學合理，確保了工程二期截流的順利實施，為相關工程提供了借鑒。

關鍵詞：沙沱水電站；二期截流；戧堤；設計；施工

1 工程概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7km處，距烏江口250.5km，是烏江干流規劃的第九個梯級，壩址以上控制流域面積為54508km2，下游有彭水水電站，上游為思林水電站，具有以發電為主，其次為航運、兼顧防洪等綜合開發任務。

電站為二等大（2）型工程，裝機容量1120MW（4×280MW），正常蓄水位365.00m，總庫容9.21億立方米，樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發電系統、壩身溢流表孔及右岸通航建筑物組成，壩頂高程371.00m，最大壩高101m，壩頂全長631m。

由于壩址處河床寬闊、枯期河床中有礁灘出露，碾壓混凝土壩型也便于實施壩身過流，通過分析比較，確定本工程采用分期導流方式，利用礁灘修筑縱向混凝土圍堰，前期由左岸河床泄流，中、后期洪水由壩體導流底孔及缺口聯合下泄。

2 自然條件

2.1 水文氣象

本流域內雨量豐沛，沙沱壩址以上流域多年平均降水量為1091mm，5～10月為汛期，大暴雨多發生在6～7月份，洪水過程線以復峰和雙峰居多。本流域屬亞熱帶季風氣候區，晝夜溫差大，常形成夜雨。多年平均氣溫17.5℃，實測極端最高氣溫42.0℃，實測極端最低氣溫-5.4℃。

表1 烏江沙沱水電站不同頻率分期洪水成果

2.2 地形地質

壩址河段地形較寬闊，河谷呈不對稱的“V”型谷，枯期河水面寬90～150m。河谷兩岸高程320～335m均發育Ⅰ級侵蝕階地，壩址區連續出露奧陶系桐梓組至志留系龍馬溪群地層，河水面至320m高程為灰巖河谷陡岸，Ⅰ級階地以外為湄潭組碎屑巖形成的侵蝕低山，第四系覆蓋層分布于兩岸Ⅰ級階地和河床深槽。

3 二期截流設計

3.1 截流時間及截流標準

由于受到2008年初凝凍天氣及2008年11月份汛末洪水影響，工程施工進度嚴重滯后，未能達到2008年11月左岸二期截流面貌要求，根據工程實際施工面貌，擬定二期截流時間為2009年4月。沙沱壩址上游思林水電站首臺機組將于2009年4月初發電，因此沙沱水電站二期截流時只需考慮思林水電站單臺機組發電流量加思林～沙沱壩址區間相應重現期流量作為截流設計流量。

二期橫向圍堰型式為碾壓混凝土圍堰，按重力式設計，堰體材料為C15三級配混凝土。上游圍堰堰頂高程308.00m，下游圍堰堰頂高程301.00m。

由于4月份已經進入汛前漲水期，截流后戧堤肩負碾壓混凝土圍堰施工的擋水任務，且若截流失敗將對工程施工總進度造成較大影響，故本工程采用4月10年一遇月平均流量作為二期截流設計流量，相應流量為670m3/s（思林水電站單臺機組發電流量468m3/s，加思林～沙沱壩址區間4月10年一遇月平均流量202m3/s）。

3.2 截流方式

立堵是傳統的截流方式，已積累了豐富的工程經驗，且截流不需架設浮橋或棧橋，截流準備工作較簡單，造價較低。截流戧堤布置在上游，合龍拋投的大塊體不需拆除，截流戧堤還可兼作混凝土圍堰施工時的擋水圍堰；若截流戧堤布置在下游，因電站運行要求戧堤須全部拆除，而水下拆除困難，且增加了基坑初期的排水量。故本工程二期采用上游單戧立堵法截流。

3.3 截流戧堤設計

龍口設在縱向混凝土圍堰左側，由左岸向右岸進占。戧堤設計斷面為梯形，戧堤頂寬15m，戧堤總長70m，預留龍口頂寬度35m，截流戧堤閉氣后擋水水位為296.65m，考慮戧堤在合龍后立即加寬加高，為減少截流拋投量，戧堤頂高程定為297.00m，上下游邊坡均為1：1.5，戧堤堤頭設計邊坡為1：1.25。

3.4 截流水力學計算

二期截流控制條件最大落差為4.81m，最大平均流速為5.82m/s，最大單寬流量為20.05m3/s.m，最大單寬功率為91.81t.m/s.m。龍口水力學指標成果見表2。

3.5 截流龍口分區及拋投材料

針對各進占拋投材料的特性，把截流戧堤分成預進占區、龍口Ⅰ區、龍口Ⅱ區和龍口Ⅲ區，各區的布置、控制水力指標及拋投材料如下：

預進占區：戧堤進占長度35m，龍口頂部寬度35m，龍口最大落差3.16m，平均流速3.06m/s，單寬流量13.21m3/s.m，單寬功率41.74t.m/s.m。拋投材料采用中石和普通石渣，裹頭采用大石進行保護，該區拋投量為1.11萬立方米。

龍口Ⅰ區：戧堤進占長度10m，龍口頂部寬度25m，龍口最大落差3.65m，平均流速3.72m/s，單寬流量15.46m3/s.m，單寬功率56.43t.m/s.m。拋投材料采用大石、中石和石渣，局部需用特大塊石，該區拋投量為0.36萬立方米。

龍口Ⅱ區：戧堤進占長度10m，龍口頂部寬度15m，龍口最大落差4.22m，最大平均流速4.59m/s，單寬流量18.22m3/s.m，單寬功率76.90t.m/s.m。拋投材料采用大石、特大石、局部用塊石鋼筋籠或鋼筋籠串，該區拋投量為0.29萬立方米。

龍口Ⅲ區：戧堤進占長度15m，龍口頂部寬度15～0m，龍口最大落差4.81m，平均流速5.82m/s，單寬流量20.05m3/s.m，單寬功率91.81t.m/s.m。拋投材料采用大石、特大石、塊石鋼筋籠和鋼筋籠串，該區拋投量為0.19萬立方米。

截流最困難區為龍口過水斷面從梯形過渡到三角形（龍口寬度為20～5m）時，此段拋投材料以特殊材料為主。特殊材料按照龍口最大平均流速5.82m/s來確定，選取容易制備和運輸的塊石鋼筋籠作為拋投體大料，鋼筋籠尺寸為2.0×1.0×1.0m，重量約3.2t；鋼筋籠串為2個一串和3個一串，主骨架鋼筋用12#鉛絲綁扎牢固。

4 二期截流施工

4.1 截流備料

截流拋投材料共計1.95萬立方米，主要利用工程開挖石渣料，全部堆放在左岸上游水淹壩棄渣場，備料時要求分區堆放，分為普通石渣場（堆料10940m3）、中石場（堆料5180m3）、大石場（堆料2500m3）、特大石場（堆料590m3）及鋼筋籠場，以方便運輸。戧堤進占拋投料使用情況見表3。

4.2 截流施工機械設備

自卸汽車（20～25t、30輛）用于運輸塊石料、特大石料；裝載機（3～6m3、4臺）及挖掘機（4m3，4臺）用于塊石料、石渣裝車；推土機（180～320HP、3臺）用于堤頭料場配合、公路修整；汽車起重機（20～40t、3輛）用于起吊鋼筋籠串、鋼筋籠、特大石；振動碾（15t、2臺）用于戧堤面碾壓。

4.3 預進占戧堤施工

在截流前工程驗收合格后，即開始預進占。在左岸上游水淹壩棄渣場由挖掘機挖裝至自卸汽車，然后轉運至上游截流戧堤，由推土機在戧堤頂推平進占。戧堤上、下游坡比控制在1：1.5，堤頭坡比均控制在1：1.25，堤頂高程控制在297.00m，預進占施工結束，堤頭用大石進行裹頭保護。

4.4 龍口合龍施工

龍口進占段采用上游挑角法拋投以減少流失，在戧堤上游角集中拋投大料（特大石、鋼筋籠）使戧堤上游角凸入龍口進口，將水流沿戧堤前沿挑出一部分，使戧堤堤頭中部和下游角形成流速較小的回流區，然后便可在堤頭中部和下游角拋投粒徑較小的石料而不致流失。拋投料由自卸汽車運到戧堤后在預進占段的回車平臺調頭，沿戧堤上游倒退至龍口，并根據料徑大小在現場指揮人員的指引下卸在進占端上、中、下不同部位，卸料后沿戧堤下游駛出，未入龍口的拋投料由堤頭推土機輔助推入。進占方向推進長度控制在2m左右，如此循環前進直到合龍。在龍口困難區段，發現有大料難以穩定時則采用鋼筋籠串進行拋投，并加大拋投強度，以快速通過困難區段。

截流施工時所使用的20～25t自卸汽車平均按12.5m3裝料，平均裝車時間6min，運距按平均1.7km計，往返以20km/h的速度行駛，卸料時間按2min，汽車一次工作循環時間為18.2min。戧堤頂寬15m，可以允許2～3輛車同時卸料，堤頭卸料汽車平均車次60次/h，龍口的平均拋投強度750m3/h，預計合龍時間約11h。上游龍口合龍后，隨即進行截流戧堤迎水面的粘土鋪蓋鋪筑，使基坑盡快閉氣。

4.5 截流預案

當截流期間遇到不利的水力條件時，可采取雙戧立堵截流或增加拋投強度進行處理。

4.6 截流準備工作

4.6.1 截流水情預報及水文觀測。截流前要求作壩址以上流域的中、長期氣象預報和壩址處中、短期的水文預報，預報出截流期間壩址的來流量，有無后期洪水發生。在導流底孔進出口、龍口上游河床、戧堤沿線、龍口下游河床設置標尺進行水位觀測。截流期間應通過壩址上、下游所設水文站測出截流時的實際來流量。龍口測速用簡易浮標法進行。

4.6.2 截流施工場地及交通管理。截流前應對所有截流施工場地進行整平，滿足機械設備施工要求，對河床危險地帶設置警戒線。對截流施工公路應進行清理，保障交通順暢。

4.6.3 截流料場管理。對截流材料應按截流設計分區堆放，規劃好進出堆料場的道路，以便截流時根據進占實際情況供料。

4.6.4 截流指揮調度。加強截流施工的組織指揮工作，應成立施工單位為主，業主、設計、監理等單位參加的統一的截流指揮機構，使所有命令得到切實執行。

4.6.5 其它準備措施。（1）切實作好導流底孔的分流工作，一期上、下游土石圍堰拆除滿足設計要求，使導流底孔達到設計要求的分流能力。（2）安排進行截流施工的實戰演習，檢查施工機械聯合作業的配套能力、施工人員的操作技術、組織指揮系統、后勤保障能力等項目，確保截流成功。

4.7 截流施工技術措施

（1）按龍口進占先后順序，分為預進占區——龍口I區——龍口II區——龍口III區。（2）預進占區作為截流施工平臺，應滿足40×20m2的施工場地，控制高程為297.00m。預進占區施工在截流前2～3d完成，主要項目有：形成截流施工平臺、場地平整、龍口邊坡進行大塊石保護、布置機械設備位置、在平臺邊緣地帶設置小紅旗警示，并有安全指揮員全天值班。預進占區填筑料為土石渣混合料，粒徑控制在0.2～0.5m，其中龍口大塊石護坡要求塊石粒徑大于0.7m。（3）龍口I區：堤頂寬度15m，能滿足2～3輛20t自卸汽車同時進行拋投。該區填筑料控制粒徑，中石0.4m

4.8 截流施工安全措施

（1）戧堤上指揮投料人員和推土機手要穿救生衣。（2）戧堤上備有三組φ24鋼絲繩并配10t鎖扣，一旦發生汽車熄火等故障，戧堤下沉等情況時，用推土機牽拉施救。（3）全部施工機械和人員要有專門編號標志，以利現場指揮。（4）從料場到戧堤道路全線都要有明顯的安全指示，警示標志。安全員站崗監督，戧堤上、下游邊用堆渣限制汽車行走的安全線。（5）準備測量救護船及足夠的救生器具，有水性好的救護人員和安全員。（6）保證截流時的人員施工安全，在上、下游面準備1～2條橡皮艇作為備用，并在截流戧堤設2～3個潛水員，地面上設立救護車及醫務人員。

5 結束語

沙沱水電站二期截流通過分析上游來水量合理選擇截流標準及截流流量，結合實際地形地質條件確定截流方式、戧堤布置及龍口位置，通過截流水力學計算合理對龍口進行分區和備料，截流施工方案、準備工作、技術措施和安全措施科學合理，確保了工程二期截流的順利實施，為相關工程提供了借鑒。

作者簡介：謝豪（1984-），男，廣西羅城縣人，工程師，主要從事水利水電工程施工組織設計工作。

袁端（1984-），女，湖北英山縣人，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。