高原區電站施工導流和水流控制設計

呂清華

【摘要】本文主要介紹在高原區新建陽曲水電站大壩，在其特殊的地理環境和氣候環境條件下大壩施工過程中施工導流和水流控制設計特點。

【關鍵詞】導流；截流；進占

一、壩區基本情況

1 水文氣象

陽曲電站地處高原氣候區，主要受高空西風環流和西南季風影響，干、濕季分明。電站所屬流域多年平均降水量在500-2470mm之間，分布趨勢由南向北遞增。流域內雨日多，連續降雨日數較長。流域內多年平均蒸發量處1166-2500mm之間，總的趨勢由南向北遞減。流域內多年平均氣溫-4.9℃-19.7℃。水電站壩址10月份、11月份旬平均流量成果見表1-1。

2 水文地質

壩址區地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，孔隙潛水分布于河床兩岸沖洪積層及兩岸山坡平緩處的崩坡積層中，其補給來源主要來自大氣降水。由于壩區地形較陡，降雨多迅速形成地表徑流，只有少量滲入地下形成基巖裂隙水。河床覆蓋層由全新統混合土卵石組成，表層見漂（塊）石，中細砂填充，局部架空狀，呈中密狀，漂石粒徑以數十厘米至數百厘米為主。河床覆蓋層為主要的孔隙性含水層，由淺至深部透水性變弱。根據鉆孔抽水試驗，滲透系數一般為15.4-59.6m/d，最大達666m/d，呈透水性。電站大壩施工根據其地質特性采用土石圍堰一次攔斷河床的隧洞導流方式，右岸布置2條導流洞，導流洞為城門洞型。

二、 施工導流規劃

1 初期導流

根據施工進度安排，初期導流階段由圍堰擋水，右岸2條導流隧洞泄流，圍堰擋水設計標準采用全年20年一遇洪水，相應設計洪水流量為6460m3/s，大壩洗滌澆筑高程超過上游圍堰高程，大壩具備臨時擋水度汛條件，開始擋水度汛，初期導流階段結束。

2 中期導流

中期導流階段在設計洪水情況下，由壩體擋水，大壩臨時擋水度汛標準采用100年一遇洪水，相應設計洪水流量為7940m3/s。大壩由兩條導流隧洞和四孔泄洪中孔聯合泄流，導流隧洞開始下閘封堵，水庫初期蓄水，至此中期導流階段結束。

3 后期導流

從導流隧洞封堵開始，至封堵完成，為后期導流階段。本階段由壩體擋水，壩體擋水標準采用枯水期200年一遇洪水，流量為4020m3/s。

三、截流方式及截流方案

1 截流方式選擇

根據水電站壩區的地形和施工條件，導流洞進口底板較高、河床較陡、截流指標較高、右岸山體陡峭以及布設道路不便等特點，本次設計截流采用雙戧單向立堵截流方式。

2 截流設計

2.1 截流標準及時段

根據《水電工程施工組織設計規范》（DL/T5397-2007）規定，截流標準可采用截流時段重現期5-10年的月或旬平均流量，考慮到水電站工程規模較大，截流工程的成敗直接影響到發電工期，故選擇截流標準為10年一遇旬平均流量。結合施工進度、截流難度綜合分析，選擇11月中旬截流，相應10年一遇旬平均流量為710m3/s。

2.2 大壩上、下游圍堰設計

大壩上、下游圍堰采用全年圍堰方案，擋水標準為全年20年一遇重現期洪水，流量為6460m3/s， 上游圍堰采用土石心墻圍堰方案，堰體防滲分上下兩部分，上堰體采用復合土工膜防滲，下堰體及基礎采用混凝土防滲墻形式。對于堰體混凝土防滲墻與基礎接觸部位滲透率較大（q>5Lu）的部位，采用防滲墻預留的灌漿孔進行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿防滲標準為： 灌漿界線為5Lu線，單排孔，灌漿孔距2m；透水率q≤5Lu。

大壩下游圍堰布置考慮與尾水出口枯期圍堰相結合，即尾水出口枯期圍堰作為下游圍堰的一部分。下游圍堰采用全年土石圍堰方案，堰體防滲分上下兩部分，上堰體采復合土工膜防滲，下堰體及基礎采用混凝土防滲墻型式。對于堰體混凝土防滲墻與基礎接觸部位透水率較大（q>10Lu）的部位，采用防滲墻預留的灌漿孔進行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿防滲標準為： 灌漿界線為10Lu線，采用單排孔，灌漿孔距2m；透水率q≤10Lu。

2.3 龍口位置及龍口寬度選擇

2.3.1 截流龍口寬度確定

根據相關實驗研究成果，結合河床特性，上戧堤右岸預進占戧堤總長15m，其中預進占前10m用石渣料全面拋投，后5m用鋼筋籠進行裹頭保護。左岸預進占戧堤全面拋投石渣料，直到龍口寬度為70m時，左岸戧堤堤頭石渣料開始拋填，預進占結束。下戧堤右岸預進占戧堤總長15m，其中預進占前10m用石渣料全面拋投，后5m用鋼筋籠進行裹頭保護。左岸預進占戧堤全面拋投石渣料，直到龍口寬度為42m時，左岸戧堤堤頭石渣料開始拋填，預進占結束。

2.3.2 截流戧堤設計

截流戧堤擋水標準采用11月中旬10年一遇旬平均流量為710m3/s。上戧堤設計上游水位1991.13m，戧堤頂高程取1993.50m，戧堤頂寬20.0m，長約120m，上、下游邊坡均為1：1.4，進占向堤頭邊坡為1：1.3。上戧堤設計上游水位1986.21m，戧堤頂高程取1989.50m，戧堤頂寬20.0m，長約115m，上、下游邊坡均為1：1.4，進占向堤頭邊坡為1：1.3。

2.3.3 龍口分區

根據試驗結果，將龍口進占從左至右分為四個區：Ⅰ區、上戧堤龍口寬75m-50m，下戧堤龍口寬45m-30m；Ⅱ區、上戧堤龍口寬50m-35m，下戧堤龍口寬30m-23m；Ⅲ區上戧堤龍口寬35m-20m，下戧堤龍口寬23m-15m；Ⅳ區、上戧堤龍口寬20m-0m，下戧堤龍口寬15m。

3、截流施工

3.1 戧堤右岸非龍口段進占

1）先上、下戧堤右岸裹頭施工完成。

然后戧堤非龍口段開始按圍堰全斷面預進占。左岸下戧堤形成截流龍口開始進占。分別進占至龍口初始設定寬度，完成河床截流合龍。

2）戧堤非龍口段進占拋投材料，一般用石渣料全斷面拋投施工，進占過程中，如發現堤頭拋投材料有流失現象，可在堤頭進占前沿的上游角（按戧堤軸線上游側控制）先拋一部分較大塊石，在其保護下，再將石渣拋填在戧堤軸線的下游側。

3）非龍口進展施工流量按逐月平均流量控制。根據水情預報在當月流量較小時段，并在堤頭前沿3-5m范圍內，用鋼筋石籠拋在上游角壓坡腳，使其形成防沖裹頭，以防止遇當月10%頻率最大瞬時流量時，堤頭沖刷坍塌。

3.2 戧堤龍口段合龍進占

1）龍口段合龍進占是截流成敗的關鍵，合龍的具體日期應根據水文情況和各項準備工作的進展情況相機確定。在龍口合龍進占開始前，要驗收檢查導流洞是否通暢，龍口合龍進占施工道路需滿足大型機械設備必須檢修合格，操作人員配備齊全、并經過訓練，龍口段合龍拋投材料規格及備用數量需滿足設計要求，并按要求備放在據截流戧堤較近的截流基地上，截留施工道路須滿足大型機械通行，暢通無阻地要求；水文觀測設施裝備齊全，觀測手段落實，具備觀測條件，通訊聯系通暢，指揮系統完善。

2）龍口合龍拋投材料應按設計分4個區進占。

Ⅰ區（口門寬75-50m）為用塊石及石渣全戧堤斷面進占，如發現堤頭拋投材料有流失現象，可在堤頭進占前沿的上游角（戧堤軸線上游側）先拋一部分鋼筋石籠或大塊石，在其保護下，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線的下游側。

Ⅱ區段（口門寬50-35m）為合龍的困難區段，可采用凸出上游挑角的進占方法。在上游角（與戧堤軸線成45°角）集中中石和大塊石，控制在戧堤軸線上游12-15m，使上游角凸出10m左右，將水流自堤頭前上游角挑出一部分，從而使堤頭下側形成回流緩流區，可用塊石及石渣進占。

Ⅲ區段（口門寬35-20m）合龍最困難的區段，可采用凸出上游角的進占方法。在上游角（與戧堤軸線成45°角）集中大塊石和鋼筋石籠，控制在戧堤軸線上游12-15m，使上游角突出10m左右，將水流自堤頭前上游角挑出一部分，可用塊石從戧堤軸線上游側進占，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線下游側。

Ⅳ區段（口門寬20-0m）可用塊石從戧堤軸線上游側進占，再將塊石及石渣拋在戧堤軸線下游側。

4、堰體填筑跟進施工

合龍之后應及時加高、培厚。對于下水部分，自卸汽車直接沿戧堤邊坡卸料；水上部分則要分層填筑碾壓。采用液壓反鏟裝車，25t自卸汽車運料，戧堤前沿配推土機平整，18t振動碾碾壓，局部邊角采用手持式打夯機夯實。加高、培厚完成后填筑反濾料，填筑方式與堰體相同，在填筑碎石反濾料的同時，緊隨進行閉氣材料的拋填，盡早閉氣。

參考文獻：

[1]水利水電工程施工導流探析[J]. 袁遠強. 科技風. 2012（12）

[2]分水江水利樞紐工程施工導流方案比較與研究[J]. 金曄軍，楊協水. 浙江水利水電專科學校學報. 2002（02）