阿崗水庫主壩截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

張勛奎

摘? 要：阿崗水庫位于九龍河上游的篆長河上，采用從河道左岸至右岸，上游單戧堤單向進(jìn)占立堵的截流方式，戧堤頂高程為

1830.50m，最大高度約12.50m，工程于2017年12月29日順利完成截流。

關(guān)鍵詞：阿崗水庫;截流戧堤龍口;規(guī)劃設(shè)計(jì)

中圖分類號：TV52? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0088-03

Abstract： The Agang Reservoir is located on the Zhuanchang River in the upper reaches of the Jiulong River. It is closed by a single dike in the upper reaches from the left bank to the right bank. The top elevation of the dike is 1830.50m and the maximum height is about 12.50m. The closure was successfully completed on December 29， 2017.

Keywords： Agang reservoir; closure embankment section; planning and design

1 工程概況

阿崗水庫是一座以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧改善九龍河瀑布景觀用水條件、發(fā)電等綜合利用的水利工程。水庫位于九龍河上游的篆長河上，水庫總庫容12993×104m3，興利庫容9677×104m3，壩后電站裝機(jī)3×3500kW，阿崗水庫工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等。阿崗水庫工程由水庫樞紐工程和輸水干渠改擴(kuò)建工程組成。水庫樞紐建筑物由主壩、溢洪道、壩后電站、泄洪隧洞、輸水發(fā)電隧洞、副壩、挖玉沖改河隧洞組成。主壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程1870.50m，最大壩高61.00m，壩頂寬度8m，壩頂長174.00m。

2 施工導(dǎo)流規(guī)劃

2.1 導(dǎo)流方式

主壩施工導(dǎo)流采用一次攔斷河床、全年圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞泄流的導(dǎo)流方式。壩體填筑高程超過圍堰堰頂高程時，采用壩體擋水、導(dǎo)流隧洞泄流的導(dǎo)流方式。

2.2 導(dǎo)流建筑物級別

阿崗水庫工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物主壩、副壩、溢洪道、泄洪隧洞及輸水發(fā)電隧洞進(jìn)口為2級建筑物，輸水發(fā)電隧洞洞身、廠房為3級建筑物，挖玉沖改河隧洞為3級建筑物，主、副廠房及尾水渠為3級建筑物。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）的相關(guān)規(guī)定，主壩的施工導(dǎo)流建筑物級別為4級。

2.3 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

4級導(dǎo)流建筑物，上游圍堰擋水洪水重現(xiàn)期采用全年10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=10%），設(shè)計(jì)洪峰流量Q=359m3/s。壩體施工期度汛標(biāo)準(zhǔn)采用全年50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=2%），設(shè)計(jì)洪峰流量為547m3/s。下游圍堰保護(hù)大壩基坑施工，采用全年10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=10%），導(dǎo)流泄洪隧洞最大下泄流量223.31m3/s。

2.4 導(dǎo)流程序

2016年10月至2017年12月中旬，原河道過流，導(dǎo)流泄洪隧洞、輸水發(fā)電隧洞施工、主壩岸坡及溢洪道控制段開挖。2017年12月下旬，主河道截流。2017年12月至2018年10月底，主壩全年上、下游圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞泄流。2017年11月中旬至2018年4月進(jìn)行壩基開挖、灌漿蓋板混凝土澆筑、河床固結(jié)灌漿、帷幕灌漿。2018年5月至10月進(jìn)行主壩岸坡段固結(jié)灌漿及帷幕灌漿施工。2018年11月至2019年4月，主壩全年上、下游圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞泄流，進(jìn)行一期壩體（度汛壩體）填筑，進(jìn)行溢洪道施工，進(jìn)行電站廠房基礎(chǔ)開挖、廠區(qū)防洪墻施工，安裝尾水閘門。2019年5月至10月，主壩壩體擋水，導(dǎo)流隧洞泄流，完成溢洪道施工。廠區(qū)防洪墻及尾水閘門擋水，進(jìn)行壩后電站廠房施工。2019年11月至2020年2月，主壩壩體擋水、導(dǎo)流隧洞泄洪，進(jìn)行二期壩體填筑，大壩封頂，電站施工完畢。2020年3月，導(dǎo)流隧洞進(jìn)口下閘封堵。

2.5 導(dǎo)流建筑物

導(dǎo)流泄洪隧洞布置在左岸，采用“龍?zhí)ь^”型式與泄洪隧洞結(jié)合，導(dǎo)流泄洪隧洞洞身段總長555.02m，其中導(dǎo)流專用段長78.44m，洞身斷面為圓拱直墻形，斷面尺寸為4.5m×5.5m（寬×高），洞身縱坡為i=0.01。

主壩上游圍堰利用建筑物開挖石渣料填筑，粘土心墻防滲，左右岸堰基范圍內(nèi)采用帷幕灌漿防滲，上游圍堰最高擋水位為1846.38m，堰頂高程1847.70m，最大堰高32.7m。

主壩下游圍堰利用開挖石渣料填筑圍堰、粘土斜墻防滲，堰基采用截滲齒槽，堰頂高程1825.50m，最大堰高8.5m。

主壩壩體填筑高度超過上游圍堰后，采用壩體擋水度汛。度汛壩體填筑整體上升，采用粘土心墻防滲，攔洪水位1854.20m，度汛體頂高程1855.70m。

3 截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 截流時段、標(biāo)準(zhǔn)及流量

根據(jù)水文資料分析，篆長河11月至次年4月為枯水期，5月為初汛期，6月至9月為主汛期，10月為汛后期，3、4月份河水最枯。根據(jù)工程進(jìn)度，導(dǎo)流泄洪隧洞12月中旬才能具備過水條件，主壩截流時段安排在12月下旬。截流流量選用12月的10年一遇月平均流量Q=11.61m3/s。

3.2 截流方案

主壩壩址處河道狹窄，考慮立堵截流準(zhǔn)備工作簡單，造價較低，且目前國內(nèi)大部分的工程都是采用立堵截流，立堵截流積累了很多經(jīng)驗(yàn)，故采用單戧堤立堵截流。

本工程導(dǎo)流隧洞布置在主壩左岸，石料場、土料場也均位于左岸，主要交通道路布置在左岸，且左岸地形平緩便于備料。從地質(zhì)條件分析，右岸基巖裸露，抗沖能力較強(qiáng)，適合布置龍口截流時將龍口布置在右岸，采用從左岸至右岸，上游單戧堤單向進(jìn)占立堵截流方案。

3.3 截流戧堤布置

上游圍堰為采用粘土心墻防滲形式的圍堰，圍堰堰體外無多余位置布置截流戧堤，同時為了節(jié)省圍堰工程量，截流戧堤與圍堰結(jié)合布置，即將截流戧堤布置在圍堰內(nèi)，截流戧堤迎水面設(shè)粘土斜墻防滲。

根據(jù)截流拋投強(qiáng)度要求，為滿足截流車輛通行，確定戧堤頂寬為10m，其中石渣料寬度7.5m，粘土料頂寬2.5m。上游邊坡為1：2.5，下游邊坡為1：1.8，龍口進(jìn)占方向垂直水流方向，進(jìn)占邊坡為1：1.5。戧堤最高攔洪水位1828.77m，戧堤頂高程確定為1830.50m，最大高度約12.50m。戧堤結(jié)構(gòu)見圖1，龍口進(jìn)占縱剖面見圖2。

3.4 截流水力計(jì)算

截流設(shè)計(jì)流量（河道來流量）在截流過程中分為四部分：Q=Qg+Qd+Qr+Qs。[1]

式中：Q為截流設(shè)計(jì)流量;Qg為龍口泄流量;Qd為分流建筑物泄流量;Qr為上游河槽調(diào)蓄流量;Qs為戧堤滲透流量。計(jì)算時，將Qr與Qs作為安全裕度，不予計(jì)入。

龍口泄流量計(jì)算公式：Qg=бnmB（2g）0.5H1.5

式中：бn-淹沒系數(shù)，龍口呈梯形斷面時，hn/H≥0.7時為淹沒流，бn查巴甫洛夫斯基淹沒系數(shù)表;龍口呈三角形斷面時，hn/H≥0.8時為淹沒流，бn查別列津斯基淹沒系數(shù)表;B-龍口平均過水寬度，m;H-龍口上游水深，m;hn-龍口下游水深，m;m-流量系數(shù)，取m=0.32。

導(dǎo)流隧洞分流量根據(jù)導(dǎo)流洞過水能力特性，從導(dǎo)流洞進(jìn)口水位及過流量關(guān)系曲線中查得，導(dǎo)流隧洞泄流曲線見表1。

計(jì)算原則與方法：導(dǎo)流隧洞分流量Qd、龍口泄流量Qg和上游水位采用圖解法求出，然后根據(jù)龍口泄流量Qg求出截流過程中各水力指標(biāo);龍口水深h在淹沒流時取下游水深hn，在非淹沒流時取臨界水深hk，其計(jì)算公式為：單寬流量：q=Qg/B。

臨界水深hk：當(dāng)龍口為梯形過水?dāng)嗝鏁r，由（Qg）2/g=（Wk）3/Bk試算得hk，式中Bk、Wk分別為臨界水深時相應(yīng)的過水?dāng)嗝鎸挾燃懊娣e;當(dāng)龍口呈三角形過水?dāng)嗝鏁r，由hk=[2（Qg）2/g/s2]1/5，式中s為戧堤軸線方向的邊坡坡度，取1.5;平均流速：v=q/h;戧堤落差：z=H-hn;單寬功率：N=γqZ;上述公式中g(shù)為重力加速度，取9.81m/s2。截流計(jì)算的龍口水力學(xué)指標(biāo)見表2。

3.5 截流水力指標(biāo)分析

通過截流水力計(jì)算可知龍口最大平均流速為2.98m/s，最大落差為0.63m，最大單寬功率為3.4m3/s·m，龍口進(jìn)占難度一般。經(jīng)綜合分析研究，以P=10%對應(yīng)的Q=11.61m3/s流量作為截流設(shè)計(jì)流量，只要對截流材料及施工機(jī)械做好充分準(zhǔn)備，是較容易實(shí)現(xiàn)的。

3.6 龍口保護(hù)

通過截流水力計(jì)算可知截流龍口最大流速為2.98m/s，流速不大，龍口處選用塊徑較大的塊石進(jìn)行保護(hù)即可。

3.7 截流材料選擇

對截流拋投材料的最大粒徑選擇，一般可根據(jù)不同分區(qū)的起動流速、止動流速等辦法，并輔以工程類比確定。根據(jù)《水利工程施工》[2]，以起動流速分析是根據(jù)依茲巴斯公式，使石塊發(fā)生移動所需要的最小流速;以止動流速分析是使石塊不致發(fā)生滾動的最大流速。采用起動流速法和止動流速法計(jì)算的不同龍口分區(qū)拋投料粒徑見表3。

根據(jù)上述計(jì)算可知，截流拋填料粒徑選擇范圍為0.2m～0.5m，選用開挖石渣料作為主要截流材料即可滿足龍口水力要求，拋石塊徑配備部分塊徑為40cm～50cm的塊石。為保證順利合龍，可預(yù)備一定數(shù)量的粒徑0.5～1m的大塊石作為合龍?jiān)庥隼щy時的應(yīng)急拋投料。

3.8 截流施工

截流施工程序：左岸戧堤進(jìn)占→合龍→閉氣。由于河道較窄，不安排預(yù)進(jìn)占，合龍閉氣拋投料應(yīng)均勻拋投于迎水面。

截流施工機(jī)械配置：2m3挖掘機(jī)2臺，15t自卸汽車12輛，59kW推土機(jī)1臺，20t振動平碾1臺。

截流戧堤施工所需的石渣填筑用料采用導(dǎo)流泄洪隧洞洞挖料及大壩左右岸開挖渣料。在導(dǎo)流泄洪隧洞及大壩開挖時，將可以利用的棄渣料堆放于上游左岸岸邊，以滿足圍堰及截流戧堤備料要求;截流所需的大塊徑石料可從開挖料中撿集。截流施工前，將撿集的石料運(yùn)輸?shù)綉甑谈浇亓鲿r用挖機(jī)挖裝自卸汽車運(yùn)輸?shù)烬埧谧蟀段恢弥苯舆M(jìn)行拋填。

3.9 截流進(jìn)度計(jì)劃

截流安排在2017年12月下旬，在導(dǎo)流隧洞具備完全過流能力，相關(guān)準(zhǔn)備工作就緒后進(jìn)行截流。截流完成后，應(yīng)盡快填筑上游圍堰，以有效保護(hù)大壩施工。

4 結(jié)束語

2017年12月29日阿崗水庫主壩成功截流，截流后阿崗水庫施工進(jìn)展順利。在對水文氣象、地形地質(zhì)及施工材料等條件綜合分析后，合理選擇截流時段、截流方式、截流材料，使得截流工作在安全、簡單、快速經(jīng)濟(jì)的情況下進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏仲平.水利水電工程施工手冊（第5卷）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]袁光裕，胡志根.水利工程施工[M].北京：中國水利水電出版社，2005.