石龍水電站大壩施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)

鄭希娟，遲浩宇

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021；2.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

石龍水電站位于吉林省撫松縣境內(nèi)，第二松花江上游的松江河上，雙溝水電站下游，為松江河梯級(jí)電站第三級(jí)電站。樞紐由混凝土重力壩、引水隧洞、地面廠房及開關(guān)站組成。水庫(kù)總庫(kù)容為0.4×108m3，共2臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量35MW，多年平均發(fā)電量為1.257×108kW·h。混凝土重力壩最大壩高43.00m，壩頂長(zhǎng)218.00m，引水隧洞布置在左岸，2條引水隧洞長(zhǎng)分別為187.00m和193.00m，洞徑為6.20m，地面式廠房尺寸為64.76m×30.20m×51.93m（長(zhǎng)×寬×高）。

2 自然條件

2.1 氣象水文

撫松縣地處寒溫帶氣候區(qū)，多年平均氣溫為4.3°C，極端最高氣溫為34.9°C，極端最低氣溫為-37.7°C。流域內(nèi)冬季多偏西風(fēng)和東南風(fēng)，最大風(fēng)速為18.0m/s，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)槲髂稀Ａ饔蚪涤甓嗉性?—9月，占全年的60%～70%。多年平均蒸發(fā)量為1126.5mm，4—9月的半年蒸發(fā)量約占全年蒸發(fā)量的80%。

工程施工期洪水按水文特性劃分，見表1。石龍水電站壩址處分期最大入庫(kù)流量見表1，壩址處月、旬平均流量見表2。

表1 石龍水電站壩址處分期最大入庫(kù)流量表m3/s

表2石龍水電站壩址處月旬平均流量表m3/s

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2.2 地形、地質(zhì)

壩址區(qū)平水期水面寬60.0～82.0m，水深1.1～1.9m。河谷呈“U”形。左岸山體比高為120.0m，坡度約為30°；右岸山體比高為100.0m，坡度為40°～60°，右岸壩軸線下游附近有玄武巖崩塌堆積體，厚4.0～8.0m，局部可達(dá)10.0m以上，塊徑一般為0.2～0.5m。

上游圍堰右岸坡地形較陡，覆蓋層厚1.0～2.5m，主要為粉土夾碎塊石，稍密。下游圍堰河床段覆蓋層主要為砂卵礫石，厚0.7～2.0m，岸邊覆蓋層主要為粉土夾碎塊石，厚2.0m左右。玄武巖崩塌堆積臺(tái)地上部為厚4.0～6.0m的塊石夾粉土，其下為厚10.0m左右的玄武巖，巖石較破碎。玄武巖下伏為厚6.5～8.0m的砂卵礫石、粉土夾碎塊石、粗砂的夾層，其中砂卵礫石、中粗砂為中密～密實(shí)，含泥量較高，透水性較弱。

基巖為熔巖凝灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化巖體厚約1.2m，巖質(zhì)軟弱，完整性較差，為中等透水巖體；中等風(fēng)化巖體，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖石較完整，屬弱透水巖體。

3 大壩施工導(dǎo)流

大壩施工采用分期導(dǎo)流：一期圍左岸，由右岸束窄河床過流，進(jìn)行大壩二期縱向混凝土圍堰和大壩左岸8～14號(hào)壩段主體工程的施工，其擋水時(shí)段為第一年汛后至第二年大汛前；二期圍右岸，由一期形成的底孔過流，進(jìn)行壩體其余部分的施工。

3.1 一期導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

石龍水電站工程為Ⅲ等工程，大壩為3級(jí)建筑物。根據(jù)SDJ338—89《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，大壩導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為5級(jí)。

根據(jù)石龍水電站施工進(jìn)度安排，大壩一期土石圍堰的作用：在其圍護(hù)下進(jìn)行大壩二期上、下縱向混凝土圍堰和大壩左岸8～14號(hào)壩段施工，其擋水時(shí)段為第一年汛后至第二年汛后。

大壩一期土石圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為汛前期P=20%洪水，流量Q=491m3/s，相應(yīng)的上、下游水位分別為455.40m和452.20m，設(shè)計(jì)堰頂高程分別為456.40m和453.20m；縱向圍堰擋水位為455.40～452.20m，設(shè)計(jì)堰頂高程為456.40～453.20m。

大壩一期加高圍堰采用草袋土圍堰，設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為大汛P=20%洪水，流量Q=927m3/s。上游草袋土圍堰擋水位為457.40m，設(shè)計(jì)堰頂高程為458.40m；下游草袋土圍堰擋水位為453.20m，設(shè)計(jì)堰頂高程為454.20m；縱向草袋土圍堰擋水位為457.40～453.20m，設(shè)計(jì)堰頂高程為458.40～454.20m。3.1.2圍堰布置

一期圍堰縱向段與壩軸線大致垂直布置，圍堰軸線最小轉(zhuǎn)彎半徑為25.00m，堰頂軸線長(zhǎng)290.74m。草袋土加高圍堰沿土石圍堰軸線布置在土石圍堰堰頂，草袋土圍堰迎水側(cè)堰腳距土石圍堰迎水側(cè)堰頂0.50m。

3.1.3 圍堰結(jié)構(gòu)型式

大壩施工導(dǎo)流一期上、下游土石圍堰型式為粘土斜墻堆石圍堰，堰頂寬5.00m，迎水側(cè)邊坡為1∶2.5，背水側(cè)邊坡1∶1.3。一期圍堰上游樁號(hào)K0+000.00～K0+083.34m段和下游樁號(hào)K0+259.34～K0+290.74m段迎水面采用塊石護(hù)坡，圍堰結(jié)構(gòu)由迎水面到背水面依次為塊石護(hù)坡、反濾料、粘土、反濾料、堆石，頂寬均為1.0m。一期圍堰縱向樁號(hào)K0+083.34～K0+259.34m段迎水面采用鉛絲石籠護(hù)坡，圍堰結(jié)構(gòu)由迎水面到背水面依次為鉛絲石籠、反濾料、粘土、反濾料、堆石，頂寬均為1.0m。

草袋土加高圍堰由草袋土砌筑而成，頂寬2.0m，兩側(cè)邊坡均為1∶0.5。

3.2 二期導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)石龍水電站施工進(jìn)度安排，大壩二期上下游土石圍堰的作用：在與大壩二期上、下游縱向混凝土圍堰共同圍護(hù)下，進(jìn)行大壩右岸1～7號(hào)壩段的施工，大壩二期上游土石圍堰的擋水時(shí)段為第二年汛后至第三年汛前，大壩二期下游土石圍堰的擋水時(shí)段為第二年汛后至第三年汛后。

大壩二期上游土石圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為汛前期P=20%洪水，流量Q=491m3/s，相應(yīng)的設(shè)計(jì)水位為456.90m，設(shè)計(jì)堰頂高程為457.90m。大汛期上游圍堰過水，由壩體擋水。大壩二期下游土石圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為大汛期P=20%洪水，流量Q=927m3/s，相應(yīng)的設(shè)計(jì)水位為454.00m，設(shè)計(jì)堰頂高程為455.00m。

3.2.2 圍堰布置

二期上游土石圍堰與上游縱向混凝土圍堰于壩上K0-027.81m處相交，與縱向混凝土圍堰堰頂軸線夾角為100°51′59″，二期上游土石圍堰長(zhǎng)75.02m；二期下游土石圍堰與下游縱向混凝土圍堰于壩下K0+068.08m處相交，與縱向混凝土圍堰堰頂軸線夾角為129°54′24″，二期下游土石圍堰長(zhǎng)111.78m。為了避免占?jí)合掠斡野栋镀律系默F(xiàn)有房屋，二期下游土石圍堰與岸坡接頭處采用折線折向上游側(cè)，轉(zhuǎn)折角度為120°35′1″。

考慮交通要求，大壩施工導(dǎo)流二期上、下游土石圍堰堰頂寬度均為5.00m。

3.2.3 圍堰剖面結(jié)構(gòu)

大壩二期施工導(dǎo)流上下游土石圍堰型式為粘土斜墻堆石圍堰，堰頂寬5.00m，迎水側(cè)邊坡為1∶2.5，背水側(cè)邊坡為1∶1.3。圍堰結(jié)構(gòu)由迎水面到背水面依次為塊石護(hù)坡、墊層、粘土、反濾料、堆石，各填筑料頂寬均為1.00m。其中堆石兩側(cè)邊坡為1∶1.3，堆石與粘土之間的反濾設(shè)計(jì)邊坡為1∶1.75，反濾層前拋投粘土斜墻邊坡為1∶2.5，在反濾料上面拋投塊石護(hù)坡。

二期下游土石圍堰岸坡段需開挖至不透水層，并回填粘土，與粘土斜墻連成一體防滲。二期下游土石圍堰樁號(hào)XK0+048.61～XK0+070.94m段圍堰基礎(chǔ)采用鉆孔灌漿防滲，灌漿平臺(tái)高程為452.65m，灌漿鉆孔間距為2.00m。灌漿部位控制透水率不大于5Lu。

4 截流設(shè)計(jì)

4.1 截流時(shí)間

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，2007年11月上旬，大壩導(dǎo)流底孔和縱向混凝土圍堰基本完工，具備截流條件。石龍水電站工程大壩二期上、下游圍堰截流時(shí)間的選擇，不但應(yīng)有利于截流，而且應(yīng)有利于圍堰的后期施工。根據(jù)上述原則，通過分析水文、氣象條件，考慮前期工程的實(shí)際進(jìn)度和大壩圍堰的填筑強(qiáng)度，截流時(shí)間在2007年11月中下旬。截流計(jì)劃：11月上旬，戧堤進(jìn)占；11月中旬，形成20.00m寬龍口，進(jìn)行裹頭處理；11月中下旬，龍口合龍。

4.2 截流流量

工程施工洪水受上游水庫(kù)調(diào)節(jié)，截流流量主要受上游的小山電站發(fā)電流量控制（共2臺(tái)機(jī)，滿發(fā)時(shí)流量210m3/s），且截流時(shí)段上游小山電站～石龍區(qū)間流量較小。根據(jù)上述施工洪水特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析，確定戧堤設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按汛后期5年重現(xiàn)期，流量Q=248m3/s；龍口合龍?jiān)O(shè)計(jì)流量考慮上游小山電站調(diào)節(jié)，按小山電站～石龍區(qū)間11月份5年重現(xiàn)期，流量Q=44.9m3/s。

4.3 截流方式

截流設(shè)計(jì)采用單戧堤進(jìn)占，立堵截流方式。根據(jù)大壩上游圍堰附近交通道路的布置、河床寬度及截流水力學(xué)計(jì)算成果，大壩上游圍堰戧堤進(jìn)行預(yù)進(jìn)占，待大壩導(dǎo)流底孔具備過流條件，大壩一期縱向圍堰和上下游圍堰拆除后，戧堤自右岸進(jìn)占合龍。

4.4 截流戧堤頂高程的確定

圍堰進(jìn)占戧堤頂高程是按汛后5年重現(xiàn)期流量（Q=248m3/s）的水位z=454.10m控制，加超高后確定上游進(jìn)占戧堤頂高程為455.10m。

4.5 截流材料

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算，龍口最大平均流速為3.24m/s。對(duì)開采出的石料中粒徑超過50cm的大塊石應(yīng)單獨(dú)存放，在截流困難時(shí)使用。

5 結(jié)語(yǔ)

石龍水電站根據(jù)第二松花江水文特性、壩型、工程布置以及壩址處的地形地質(zhì)條件，進(jìn)行大壩導(dǎo)流設(shè)計(jì)，采用時(shí)段擋水的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，選用了較為合適的導(dǎo)流流量，降低了施工期上游水位，既減少了導(dǎo)流工程投資，又減少了施工期淹沒范圍，為工程帶來了較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。導(dǎo)截流工程的成功實(shí)施，極大保障了電站正常投產(chǎn)運(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。