蘇洼龍水電站大江截流施工技術(shù)

馬 作 霖， 李 家 富

(中國葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 工程概況

蘇洼龍水電站位于金沙江上游河段四川巴塘縣和西藏芒康縣的界河上，為金沙江上游水電規(guī)劃13個(gè)梯級(jí)電站的第10級(jí)，其上游為巴塘梯級(jí)，下游為昌波梯級(jí)。電站共設(shè)置4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 200 MW，為一等大(1)型工程，多年平均發(fā)電量54.26億kWh(聯(lián)合)，年利用小時(shí)數(shù)4 522 h(聯(lián)合)。

本工程施工導(dǎo)流采用斷流圍堰一次攔斷河流，隧洞導(dǎo)流，土石圍堰擋水，基坑全年施工的導(dǎo)流方式；枯期由導(dǎo)流隧洞泄流，汛期由導(dǎo)流隧洞、泄洪放空洞聯(lián)合泄流。

2 截流設(shè)計(jì)

2.1 截流時(shí)間及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

截流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇11月中旬旬平均流量693 m3/s，截流時(shí)間為11月中旬，相應(yīng)上游最高水位為2 389.81 m，在考慮截流過程中上游水位雍高及安全超高等因素影響，截流戧堤頂部高程確定為2 392.00 m。

2.2 戧堤位置及結(jié)構(gòu)

根據(jù)圍堰防滲體與圍堰整體結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置關(guān)系，為防止截流合龍時(shí)戧堤進(jìn)占拋投料流失進(jìn)入防滲體，因此將截流戧堤布置在上游圍堰軸線上游側(cè)67.5 m處。

現(xiàn)場實(shí)測地形戧堤軸線長約200.6 m，為滿足截流時(shí)戧堤堤頂交通及穩(wěn)定要求，戧堤頂寬定為25.0 m，戧堤斷面為梯形，上、下游邊坡坡度均取為1∶1.5，戧堤軸線方向進(jìn)占邊坡坡度為1∶1.3。

2.3 截流方式及龍口設(shè)計(jì)

考慮截流戧堤處河谷右岸覆蓋層深厚、左岸巖石出露，將截流龍口布置于河床靠左岸，左戧堤預(yù)進(jìn)占13 m，右岸戧堤預(yù)進(jìn)占104.1 m。同時(shí)，根據(jù)合龍過程中不同寬度對(duì)應(yīng)龍口的流速、落差及單寬功率等水力學(xué)指標(biāo)，對(duì)截流過程龍口段進(jìn)占共劃分為三個(gè)區(qū)，以便于施工時(shí)控制拋投材料及采用適當(dāng)?shù)膾佂都夹g(shù)。

龍口Ⅲ區(qū)合龍時(shí)采用雙向戧堤進(jìn)占立堵法，其余龍口段采用從右岸向左岸進(jìn)占的單戧堤立堵截流方式。具體截流進(jìn)占及龍口位置和分區(qū)示意圖見圖1。

圖1 截流進(jìn)占及龍口位置和分區(qū)示意圖(面向下游，單位：m)

3 截流施工布置

3.1 截流料源及備料

左岸預(yù)進(jìn)占段直接進(jìn)占拋投，龍口Ⅲ區(qū)左岸拋投材料提前備存于左岸的截流備料場。

右岸預(yù)進(jìn)占段和龍口Ⅰ區(qū)④⑤小區(qū)直接進(jìn)占拋填，龍口Ⅱ區(qū)⑥～⑩小區(qū)和Ⅲ區(qū)右岸拋投材料提前備存于右岸戧堤下游附近沿線的河灘部位。

龍口段左右岸截流備料計(jì)劃詳見表1。

3.2 截流設(shè)備選擇與布置(見表2)

表1 截流前龍口合龍段戧堤⑥～ 區(qū)左右岸備料計(jì)劃表

表1 截流前龍口合龍段戧堤⑥～ 區(qū)左右岸備料計(jì)劃表

序號(hào)施工項(xiàng)目粒徑或規(guī)格左 岸右 岸備料工程量 /m3備料工程量 /m31石渣料0.4 m以下5357 6912中石0.4^0.7 m1878 2713大石0.7^1.0 m1505 4824特大石1.0^1.2 m/2 568567人工拋投體C15混凝土四面體單個(gè)15t150630大塊石串2^3個(gè)串聯(lián)/867鉛絲石籠2×1×1 m/340合計(jì)1 02225 849

表2 截流龍口段主要施工設(shè)備布置表

3.3 其他布置

截流現(xiàn)場在左右岸堤頭和備料場上方各布置一臺(tái)氙燈進(jìn)行大面積照明，另配置1臺(tái)100 kVA的柴油發(fā)電機(jī)作為現(xiàn)場備用電源。

在右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口上游平臺(tái)布置一臺(tái)全站儀，用于戧堤軸線控制并實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄水位。

4 截流施工

4.1 施工程序

圖2 截流施工程序圖

4.2 非龍口段施工

4.2.1 左岸戧堤及裹頭

左岸戧堤主要采用大石堆填，并摻入適量中石及石渣料，預(yù)拋投大塊石串、鉛絲石籠或C15混凝土四面體進(jìn)行壓坡角保護(hù)，范圍5 m，厚度2 m，進(jìn)占物料總量約0.43萬m3(含預(yù)拋填護(hù)底)，堤頂高程為2 392.0 m。

4.2.2 右岸預(yù)進(jìn)占及裹頭

右岸預(yù)進(jìn)占約104.1 m，堤頂高程 2 392.0 m。堤頭拋投料以石渣料為主，堤頭下游側(cè)坡腳采用大石進(jìn)行裹頭保護(hù)。進(jìn)占物料總量約2.72萬m3，其中石渣料約占91%，中石、大石和特大石約占9%。

4.2.3 預(yù)進(jìn)占拋填施工方法

(1)非龍口段填筑料采用20～25 t自卸汽車運(yùn)輸(其中C15混凝土四面體采用25 t平板汽車運(yùn)輸)，全斷面填筑，端進(jìn)法拋填，推土機(jī)配合施工。深水區(qū)域堤頭集料，推土機(jī)推料拋投。

(2)拋投材料如發(fā)現(xiàn)有流失現(xiàn)象，則在堤頭進(jìn)占前沿的上游角先拋投一部分大、中石，在其保護(hù)下，再拋填戧堤石渣料；必要時(shí)采用防沖裹頭保護(hù)。同時(shí)根據(jù)水文、水情預(yù)報(bào)，當(dāng)來水流量較大時(shí)，提前采用拋投大石或中石進(jìn)行裹頭保護(hù)。戧堤斷面為梯形，上、下游邊坡坡度均取為1∶1.5，戧堤軸線方向進(jìn)占邊坡坡度為1∶1.3。

(3)在進(jìn)占的同時(shí)，戧堤頂部、上游防滲墻施工平臺(tái)尾隨鋪筑(防滲墻施工平臺(tái)部位拋填細(xì)石渣料)，并派專用設(shè)備和人員養(yǎng)護(hù)路面、平整場地，確保龍口合龍過程中大型車輛暢通無阻。

(4)左岸預(yù)進(jìn)占段，塊石堆填至8 m長度時(shí)，立即開始進(jìn)行進(jìn)占方向5 m、上下游方向45 m范圍內(nèi)的裹頭保護(hù)施工，堤頭上下游高速水流部位主要采用拋投大塊石、特大石串或C15混凝土四面體進(jìn)行裹頭防護(hù)，大塊石、C15混凝土四面體及特大石串采用推土機(jī)或25 t汽車吊配合拋投至預(yù)定部位；龍口Ⅲ區(qū)底部護(hù)底部位主要拋投鉛絲石籠、部分C15混凝土四面體及大石串，鉛絲石籠為采購的成品，現(xiàn)場拼裝后，采用25 t汽車吊配合拋投至預(yù)定部位，大石串提前完成單個(gè)塊石穿繩孔，現(xiàn)場采用2～3個(gè)塊石通過鋼絲繩串聯(lián)后，25 t汽車吊配合拋投至預(yù)定部位，護(hù)底厚度為2 m。護(hù)底拋填施工順序先上游后下游。

4.3 龍口段施工

4.3.1 龍口1區(qū)

龍口從右岸向左岸單向進(jìn)占，進(jìn)占長度 30.0 m，龍口寬度由83.5 m 縮短至 53.5 m，龍口流速2.02 m/s～4.10 m/s。進(jìn)占物料設(shè)計(jì)量約1.37萬m3，其中石渣料約占61%，中石約占26%，大石占10%。在接近53.5 m龍口寬度時(shí)拋投部分特大石和大石串進(jìn)行裹頭和護(hù)坡(占比為3%)。

4.3.2 龍口2區(qū)

進(jìn)占長度為37.8 m，龍口的寬度由53.5 m縮短至15.7 m，其龍口流速為4.10 m/s-5.13 m/s-3.16 m/s，合龍進(jìn)占進(jìn)入最困難段。進(jìn)占物料設(shè)計(jì)量約1.42萬m3，其中石渣料約占32%，中石約占26%，大石約占23%，特大石約占11%，大塊石串和C15混凝土四面體約占8%。

在龍口寬度接近43 m時(shí)，流速最大，水流對(duì)兩岸裹頭沖刷強(qiáng)烈，此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用上挑角約30°～45°方法進(jìn)占，在上游堤頭拋投一定數(shù)量的C15混凝土四面體串，再配合其他粒徑石料進(jìn)占，以保證戧堤兩岸端頭的穩(wěn)定。

4.3.3 龍口 3 區(qū)

進(jìn)占長度15.7 m，龍口寬度從15.7 m至0 m，龍口流速由3.16 m/s～0.00 m/s。此區(qū)域龍口狹窄，水位落差大，尤其戧堤下游和底部容易掏刷，需要提前對(duì)龍口底部和左岸進(jìn)行防護(hù)；該區(qū)域主要拋投大石、中石和石渣料。進(jìn)占物料設(shè)計(jì)量約0.14萬m3，其中石渣料約占64%，中石約占20%，大石約占16%。

4.3.4 龍口段合龍主要拋投材料及施工方法

現(xiàn)場戧堤左右岸安排專人指揮，戧堤上按每隊(duì)3～5輛車進(jìn)行編隊(duì)，同時(shí)端拋。龍口Ⅱ、III區(qū)采用上挑角進(jìn)占，塊石混合料跟進(jìn)，并根據(jù)截流龍口各區(qū)劃分必要時(shí)拋投C15混凝土四面體、大塊石串進(jìn)占。截流現(xiàn)場右岸采用3臺(tái)TY320或TY220型推土機(jī)在堤頭推料；另外在戧堤左岸布置1臺(tái)3.0 m3裝載機(jī)負(fù)責(zé)左岸堤頭推料和道路維護(hù)，右岸布置2臺(tái)3.0 m3裝載機(jī)進(jìn)行道路維護(hù)兼輔助挖裝。

4.3.5 堤頭設(shè)備布置及車輛行駛調(diào)度

根據(jù)截流現(xiàn)場實(shí)際情況，截流施工時(shí)，戧堤拋投運(yùn)輸車輛在各堤頭分成2～3路縱隊(duì)，右岸上游、左岸下游側(cè)留一條空車退場道，堤頭留有推土機(jī)停放部位。

為滿足拋投強(qiáng)度要求，在戧堤全段面推進(jìn)拋投時(shí)堤頭布置2～3個(gè)卸料點(diǎn)，戧堤軸線及上、下游側(cè)各1個(gè)。另根據(jù)不同部位拋投料的要求，采用不同的編隊(duì)方式。靠上游一路車隊(duì)側(cè)拋填大石，另一路車隊(duì)在中間和靠堤頭下游側(cè)拋投石渣料。現(xiàn)場指揮人員調(diào)整進(jìn)占拋投料前，提前通知備料運(yùn)輸指揮員，指揮員并按要求運(yùn)輸拋投料備料，堤頭進(jìn)占拋投時(shí)均依據(jù)現(xiàn)場指揮人員的要求拋投相應(yīng)粒徑的石料。

不同拋投料車隊(duì)分別配以不同顏色的旗幟標(biāo)志，堤頭指揮人員以相應(yīng)顏色的旗幟分區(qū)段按要求指揮編隊(duì)和卸料。

4.4 截流施工主要技術(shù)要點(diǎn)

(1)在進(jìn)占過程中，如發(fā)現(xiàn)堤頭拋投材料有流失現(xiàn)象，則在堤頭進(jìn)占前沿的上游挑角先拋投一部分大塊石或塊石串，在其保護(hù)下，使堤頭水流在下游側(cè)形成回流緩流區(qū)，再將中小石拋填在戧堤軸線的下游側(cè)。

(2)在進(jìn)占過程中，拋投料出水面后，及時(shí)加高，戧堤頂用碎石進(jìn)行鋪筑施工，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)龍口合龍時(shí)，Ⅰ、Ⅱ區(qū)采用單戧單向立堵進(jìn)占，龍口Ⅲ區(qū)采用單戧雙向立堵進(jìn)占，控制戧堤頂面高出水面1m左右。拋投進(jìn)占過程中，視堤頭邊坡穩(wěn)定情況，自卸汽車將塊石串、特大石盡量直接拋入水中，同時(shí)，對(duì)卸在堤頭前沿上的塊石串、特大石、C15混凝土四面體串，用大馬力推土機(jī)推入水中。

(4)截流前，所有投入的各種大型機(jī)械設(shè)備必須提前檢修、保養(yǎng)，以保證設(shè)備的性能完好。

(5)在堤頭前沿設(shè)置一排石渣埂，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(shí)處理。

(6)鑒于龍口合龍拋投強(qiáng)度較大，拋投材料多，對(duì)拋投同一種材料的汽車須作上相同標(biāo)記，并分隊(duì)編號(hào)，以便于指揮。

(7)水文觀測設(shè)備齊全，觀測手段落實(shí)，觀測條件可靠，尤其是龍口段截流進(jìn)占過程中水文測驗(yàn)資料須及時(shí)整理分析，以便于根據(jù)龍口水力學(xué)指標(biāo)調(diào)整拋投材料。

(8)在進(jìn)占困難區(qū)段(Ⅱ區(qū)后兩個(gè)階段和Ⅲ區(qū))，采用沿30°～45°上挑角拋投方法進(jìn)占，采用C15混凝土四面體串在右堤頭上坡角處推進(jìn)，當(dāng)拋投料形成上挑角，在其下游堤頭流速減小時(shí)，及時(shí)填補(bǔ)進(jìn)占的方法，可以減小損失量。

(9)要高度關(guān)注截流困難期(Ⅱ區(qū))和合龍區(qū)(Ⅲ區(qū))，合理采用C15混凝土四面體串用于上挑角進(jìn)占，其他區(qū)域也要注意拋投料的混合使用，不能同一種拋投料大面積均勻使用，容易造成戧堤邊坡坍塌。

(10)在截流困難期(Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū))，采用上挑角進(jìn)占后，戧堤下游坡角非常容易掏刷，應(yīng)使該區(qū)拋投料中含有相應(yīng)上挑角拋投粒徑的塊石重量不少于1/3，并與較小的石塊逐級(jí)配備混合拋投，避免大面積塌方現(xiàn)象，確保進(jìn)占穩(wěn)定進(jìn)行。

(11)左戧堤裹頭及坡角容易掏刷，且隨著進(jìn)占推進(jìn)，覆蓋層的掏刷容易引起整體塌方現(xiàn)象。因此，左戧堤裹頭及坡角需要重點(diǎn)防護(hù)，采用預(yù)拋大塊石或大石串壓坡角，范圍沿戧堤軸向不少于5 m，沿流向不小于45 m，拋投厚度2～3 m，重點(diǎn)在戧堤上下游坡角集中堆填大石串。

(12)為減小上游圍堰截流戧堤水位落差及流速，在上游圍堰截流戧堤龍口合龍前，河道流量小于1 000 m3/s后，在下游圍堰沿防滲墻軸線下游側(cè)左岸提前預(yù)進(jìn)占約60 m、右岸預(yù)進(jìn)占約40 m，預(yù)進(jìn)占戧堤頂部高程為2 387 m，戧堤頂部寬度10 m，上下游方向坡比為1∶1.5，進(jìn)占方向坡比為1∶1.3。

5 結(jié) 語

根據(jù)蘇洼龍水電站大江截流施工經(jīng)驗(yàn)，在合龍困難階段水流流速大，對(duì)拋投料沖刷強(qiáng)烈，現(xiàn)場拋投大塊石串極易水流被沖走，因此，截流困難階段不應(yīng)使用大塊石串拋投，而應(yīng)采用四面體串(3個(gè)一串)進(jìn)行上挑角拋投進(jìn)占，四面體穩(wěn)定不被沖走時(shí)，下游側(cè)進(jìn)占及時(shí)跟進(jìn)。 截流期間使用鉛絲石籠或者鋼筋石籠進(jìn)行拋投時(shí)需要現(xiàn)場填裝塊石，并且鋼筋石籠在拋投過程中極易解體，現(xiàn)場實(shí)施效果不佳，類似截流工程施工時(shí)不考慮鉛絲石籠或者鋼筋石籠拋投。