大藤峽水利樞紐工程大江截流設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李戰(zhàn)鋒 周德文

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 概 述

1.1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽峽谷出口處。壩址控制流域面積19.86萬km2，占流域總面積的56.2%。是一座具有防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合功能的流域關(guān)鍵性工程。水庫(kù)正常蓄水位61.00m，汛限水位47.60m，死水位47.60m，總庫(kù)容34.79億m3，總裝機(jī)容量1600MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程。

1.2 水文特征

壩址與武宣水文站集水面積相差只有1%，因此直接采用武宣站徑流成果作壩址成果。武宣站多年平均流量為4240m3/s；主要集中在汛期5—10月，汛期水量占全年的80%以上，其中6—8月最大，約占年水量的57%?？菟?—3月水量?jī)H占年水量的7.3%，其中1月最枯。

1.3 導(dǎo)流布置

工程采用二期導(dǎo)流方式進(jìn)行施工，一期導(dǎo)流先圍左岸，江水由束窄后的右岸河床過流。在一期圍堰和縱向圍堰的保護(hù)下，施工河床20孔泄流低孔、1孔泄流高孔、左岸廠房、左岸擋水壩等建筑物。二期導(dǎo)流圍右岸，在全年擋水的二期土石圍堰和碾壓混凝土縱向圍堰的保護(hù)下，施工河床4孔泄流低孔、1孔泄流高孔、右岸廠房、右岸擋水壩等建筑物。二期圍堰同時(shí)具有擋水發(fā)電的任務(wù)。二期大江截流期間斷航，采取費(fèi)用補(bǔ)償方式解決航運(yùn)問題。二期導(dǎo)流布置見圖1。

圖1 二期導(dǎo)流平面布置圖

1.4 二期分流方案

二期截流期間，江水由一期建成的20孔泄流低孔、1孔泄流高孔過流。底孔單孔寬度9m，底部高程22.00m；高孔底高程36.00m，孔寬14m。其泄流水位與流量關(guān)系見表1。

表1 泄流計(jì)算成果

2 截流主要難點(diǎn)與特點(diǎn)

a.截流流量大，工程截流設(shè)計(jì)流量2430m3/s，是近幾年來水利工程截流流量較大的工程之一。

b.高落差分流，上游圍堰處的河床地面高程2.00～28.00m，左岸分流建筑物底孔底板高程為22m，最大高差達(dá)20m，左右岸河床高差大。由此造成預(yù)進(jìn)占過程龍口處分流量大，必然引起局部流速大，增加截流難度。

c.施工環(huán)境復(fù)雜，由于左岸一期圍堰拆除后，無道路可抵達(dá)縱向圍堰，只能采取從右往左單向進(jìn)占。所有材料均從右岸道路運(yùn)輸，對(duì)右岸運(yùn)輸條件要求高。同時(shí)圍堰戧堤及水下部分的填筑、圍堰閉氣施工均需通過岸邊臨時(shí)路，岸邊臨時(shí)路作為右岸進(jìn)出圍堰的唯一道路，施工干擾大，交通條件復(fù)雜。預(yù)進(jìn)占時(shí)需保證河道通航，進(jìn)占速度受通航要求限制，外圍條件復(fù)雜。

3 截流設(shè)計(jì)

3.1 截流標(biāo)準(zhǔn)

合同文件和工程總體規(guī)劃安排大江截流計(jì)劃在2019年11月完成。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2017)和水文資料，截流合龍流量采用用5年重現(xiàn)期11月下旬洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量2430m3/s。非龍口段預(yù)進(jìn)占安排在10月初進(jìn)行，10月進(jìn)占以10月上旬10年一遇旬平均流量5410m3/s作為控制流量，11月進(jìn)占以11月上旬10年一遇旬平均流量4200m3/s作為控制流量。

3.2 龍口位置

截流龍口最終合龍點(diǎn)位置對(duì)截流過程中截流難度、龍口進(jìn)占效率以及截流拋投材料等影響較大。龍口有2個(gè)可選位置，分別是主河槽和左岸灘地。

經(jīng)模型試驗(yàn)對(duì)比，無論是龍口位于灘地還是深槽，龍口都能順利實(shí)現(xiàn)合龍。龍口位于灘地同深槽方案比較，深槽布置雖然落差和流速小，但龍口水深和流量大，在龍口寬80m到龍口寬20m時(shí)，流量相對(duì)灘地大1123～88m3/s，深槽的大塊石用料量相對(duì)龍口位于灘地大2.6萬m3，且需在左戧堤做20m石籠裹頭，施工難度大，施工條件也復(fù)雜。從比較來看，龍口位于灘地較為合理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇龍口位于左岸灘地布置。

3.3 龍口寬度

由于本工程龍口截流區(qū)段斷航，因此龍口寬度的確定不考慮截流對(duì)航運(yùn)的影響。預(yù)留龍口的合理寬度以預(yù)進(jìn)占材料不流失為原則，另外應(yīng)盡量減少龍口拋投工程量，降低截流施工拋投強(qiáng)度，縮短合龍歷時(shí)。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，以11月上旬10年一遇旬平均流量4200m3/s作為控制流量，過流寬度100m時(shí)流速為2.91m/s，石渣料能夠穩(wěn)定。同時(shí)結(jié)合模型試驗(yàn)成果，確定龍口寬度100m。

3.4 戧堤設(shè)計(jì)

戧堤在進(jìn)占過程中嚴(yán)禁漫頂，截流戧堤頂高程應(yīng)滿足擋截流進(jìn)占時(shí)段的黔江水位要求，同時(shí)戧堤頂作為混凝土防滲墻的施工平臺(tái)，還應(yīng)滿足防滲墻施工期間擋黔江水位要求，兩者取大值。確定截流戧堤頂高程擋水標(biāo)準(zhǔn)采用擋10年重現(xiàn)期12月至次年2月月最大洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量4920m3/s。根據(jù)左岸20孔低孔泄水閘泄流曲線成果，上游擋水水位為29.17m，考慮安全超高0.7m，確定截流戧堤頂高程29.87m。

戧堤前沿按照能夠同時(shí)布置3處卸車點(diǎn)設(shè)置，確定戧堤頂寬為20m，可滿足3輛20～30t自卸汽車同時(shí)拋投、卸料要求。

堤頂長(zhǎng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)核約285.4m，戧堤按梯形斷面設(shè)計(jì)，上游邊坡為1∶1.5；下游邊坡為1∶2.0，堤端邊坡為1∶1.5。

3.5 龍口水力學(xué)計(jì)算

龍口段主要截流水力學(xué)計(jì)算成果見表2，截流計(jì)算成果表明：按照設(shè)計(jì)流量2430m3/s進(jìn)行截流，戧堤龍口合龍后，上游水位約為26.53m，截流戧堤頂高程以29.87～28.10m，堤頭進(jìn)占邊坡1∶1.5；龍口最大平均流速(戧堤軸線上)約為3.92m/s，相應(yīng)于龍口寬20m；龍口最大單寬流量為13.12m3/(s·m)，相應(yīng)于龍口寬20m；龍口最大單寬功率為8.94tf·m/(s·m)，相應(yīng)于龍口寬20m；截流最終總落差為0.8m。

表2 截流水力學(xué)指標(biāo)表

3.6 進(jìn)占施工設(shè)計(jì)

a.非龍口段。非龍口段預(yù)進(jìn)占安排在10月初進(jìn)行，進(jìn)占設(shè)計(jì)流量為10月上旬10年一遇旬平均流量5410m3/s。非龍口段進(jìn)占寬度285.4～100m，龍口泄流量約1508～3665m3/s，落差0.11～0.36m，口門平均流速1.58～2.91m/s，采用石渣填筑全斷面進(jìn)占，拋投中石和鋼筋籠進(jìn)行防沖保護(hù)。根據(jù)試驗(yàn)成果，拋投材料流失系數(shù)取0.1。預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度185.4m，口門寬度縮窄至100m時(shí)，共計(jì)拋投材料16.68萬m3，其中石渣料15萬m3(粒徑30cm以下)，中石1.6萬m3(粒徑30～70cm)，鋼筋籠200個(gè)(1.5m×1.5m×1.5m)。

b.龍口段分2個(gè)區(qū)，基本情況如下。

龍口Ⅰ區(qū)：龍口寬100～60m，龍口泄流量約536～903m3/s，落差0.26～0.41m，口門平均流速2.87～3.23m/s，用中石、鋼筋籠凸出上游挑角，石渣尾隨跟進(jìn)。根據(jù)試驗(yàn)成果，拋投材料流失系數(shù)取0.3。進(jìn)占長(zhǎng)度40m，口門寬度縮窄至60m時(shí)，共計(jì)拋投材料1.96萬m3，其中石渣料0.69萬m3(粒徑30cm以下)，中石1.1萬m3(粒徑30～70cm)，鋼筋籠400個(gè)(1.5m×1.5m×1.5m)，四面體50個(gè)(20t)。

龍口Ⅱ區(qū)：龍口寬60～0m，龍口泄流量約0～536m3/s，落差0.41～0.8m，口門平均流速3.23～3.92m/s，用連續(xù)鋼筋籠串、四面體凸出上游挑角，下游采用連續(xù)鋼筋籠串和中石直線推進(jìn)壓腳，石渣中間跟進(jìn)。根據(jù)試驗(yàn)成果，拋投材料流失系數(shù)取0.3。進(jìn)占長(zhǎng)度60m，共計(jì)拋投材料1.48萬m3，其中石渣料0.52萬m3(粒徑30cm以下)，中石0.73萬m3(粒徑30～70cm)，鋼筋籠540個(gè)(1.5m×1.5m×1.5m)，四面體61個(gè)(20t)。

龍口進(jìn)占分區(qū)見圖2。

圖2 龍口進(jìn)占分區(qū)圖

4 截流施工

4.1 截流備料

根據(jù)截流設(shè)計(jì)，截流戧堤總計(jì)需要拋填石渣料(粒徑30cm以下)16.24萬m3，中石(粒徑30～70cm)3.4萬m3，鋼筋籠(1.5m×1.5m×1.5m)1140個(gè)，混凝土四面體(20t)111個(gè)。

備料按照最不利工況進(jìn)行，預(yù)進(jìn)占段考慮1.65倍備料系數(shù)，龍口段考慮2.4倍備料系數(shù)。石渣料優(yōu)先從一期圍堰拆除料1號(hào)、3號(hào)臨時(shí)堆渣場(chǎng)回采，不足部分從左岸渣場(chǎng)石渣料暫存場(chǎng)補(bǔ)充，鋼筋石籠在左岸棄渣場(chǎng)制備，混凝土四面體在右岸魚道暫存場(chǎng)側(cè)面設(shè)置臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制。

4.2 截流道路

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，只能在右岸布置道路進(jìn)行單向進(jìn)占。右岸可供截流施工利用的主要道路為岸邊臨時(shí)路，該道路起點(diǎn)為右岸施工臨建Ⅱ區(qū)(壩下交通橋上游側(cè))，終點(diǎn)至上游圍堰截流戧堤，道路寬度12m。截流施工過程中擬布置雙向三車道，同時(shí)在道路靠山側(cè)合適開闊位置間隔布置臨時(shí)停車坪，供運(yùn)輸車輛突發(fā)情況的應(yīng)急擺放。

岸邊施工臨時(shí)路靠截流戧堤端頭約60m范圍內(nèi)拓寬至22m形成“喇叭口”，預(yù)進(jìn)占戧堤作為運(yùn)輸車輛(重車)等候區(qū)域，重車編成三隊(duì)按次序依次等候卸料，在戧堤上行駛的截流運(yùn)輸車輛靠圍堰軸線下游側(cè)行駛、掉頭、卸料，空車從上游側(cè)返回，盡量減少與防滲墻施工干擾。

4.3 拋填強(qiáng)度及設(shè)備

龍口合龍段總拋投量34561m3，計(jì)劃48h合龍，平均拋投強(qiáng)度為720m3/h，最大拋投強(qiáng)度為900m3/h。采用32t(15m3)及25t(12m3)自卸汽車運(yùn)輸，要求運(yùn)輸強(qiáng)度為67車/h，則要求的最大拋投強(qiáng)度為1.1車/min。

截流道路寬12m；利用預(yù)進(jìn)占已形成的寬大平臺(tái)供截流重車編隊(duì)，可滿足32t(或25t)自卸汽車3車道同時(shí)卸料要求，并且預(yù)留一個(gè)空車道。截流戧堤頂寬20m，可設(shè)置3個(gè)卸車點(diǎn)，采用32t(15m3)及25t(12m3)自卸汽車，一個(gè)卸車點(diǎn)的循環(huán)車輛數(shù)為24輛/h，則單向進(jìn)占強(qiáng)度可達(dá)972m3/h，大于要求的900m3/h最大拋投強(qiáng)度。

配置32t及25t自卸汽車73輛(含11輛備用)，推土機(jī)6臺(tái)(含1臺(tái)備用)、挖裝設(shè)備13臺(tái)(含5臺(tái)備用)、汽車吊7輛(含1輛備用)投入截流施工。

4.4 截流施工組織

大江截流施工十分復(fù)雜，異常艱巨，非常重要。施工單位成立專門截流指揮部，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)截流的各項(xiàng)工作。截流工程指揮部下設(shè)專家顧問團(tuán)、機(jī)電保證組、堤頭指揮組、物資保證組、技術(shù)工作組、安全保衛(wèi)組、后勤保障組、傳媒組，全面負(fù)責(zé)截流的施工組織、實(shí)施與管理工作。

施工單位編制了截流施工手冊(cè)，對(duì)截流各個(gè)小組的工作內(nèi)容、工作程序、應(yīng)急響應(yīng)、分項(xiàng)及合成演練等進(jìn)行了詳細(xì)策劃。通過演練，及時(shí)調(diào)整了截流指令傳達(dá)程序和車輛調(diào)度順序，使截流組織更合理。

5 實(shí)際施工情況

2019年10月9日開始預(yù)進(jìn)占，10月10日大藤峽水利樞紐工程通過水利部主持的截流驗(yàn)收。為滿足通航要求，進(jìn)占40m后于10月15日停止了填筑。10月21日斷航，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)進(jìn)占，10月25日8時(shí)形成100m龍口，10月26日13點(diǎn)58分成功實(shí)現(xiàn)大江截流，較合同工期提前1個(gè)月。

截流過程中合龍用時(shí)30h，實(shí)際最大流量為1720m3/s，龍口最大流速為5.37m/s，發(fā)生在龍口寬度39m時(shí)，最大落差1.86m。單位時(shí)間內(nèi)最大進(jìn)占長(zhǎng)度12.55m/h。戧堤實(shí)際拋投總量約25.08萬m3，其中拋投特殊材料量混凝土預(yù)制塊(0.6m×0.6m×1.5m)2240塊，大石(粒徑大于0.7m)1.56萬m3，鋼筋石籠(1.5m×1.5m×1.5m)1713個(gè)，四面體(8t)10個(gè)。最大小時(shí)拋投強(qiáng)度為1462m3/h。截流施工投入各種挖掘機(jī)械18臺(tái)，推土機(jī)5臺(tái)，自卸汽車93臺(tái)，汽車吊9臺(tái)。

截流過程業(yè)主委托第三方進(jìn)行了實(shí)際水文預(yù)報(bào)，結(jié)合進(jìn)占情況，計(jì)算實(shí)測(cè)水力學(xué)指標(biāo)，見表3。

表3 實(shí)測(cè)水力學(xué)指標(biāo)表

實(shí)際截流水力學(xué)指標(biāo)與計(jì)算相差較大，但與模型試驗(yàn)工況下相近，主要原因是分流建筑物上游子堰開挖長(zhǎng)度與計(jì)算不一致，分流能力降低，如龍口寬60m時(shí)，計(jì)算泄水閘分流比為77.9%，實(shí)際分流比為67.1%，致使龍口流量增加而水力指標(biāo)變化。截流過程中，業(yè)主單位進(jìn)行了精準(zhǔn)的水文預(yù)報(bào)，施工單位根據(jù)預(yù)報(bào)參數(shù)實(shí)時(shí)地調(diào)整了拋填材料。

6 結(jié) 語(yǔ)

大藤峽水利樞紐是珠江流域關(guān)鍵控制性工程，社會(huì)關(guān)注度高，大江截流成功后得到了主流媒體的廣泛報(bào)道。大江截流具有截流流量大、主河槽深切、截流拋填工程量大，工期緊、拋填強(qiáng)度高等特點(diǎn)。通過精心的截流設(shè)計(jì)和規(guī)劃，精細(xì)的施工組織和管理，精準(zhǔn)的水文預(yù)報(bào)，實(shí)時(shí)增加了堤頭卸車點(diǎn)和拋填設(shè)備，最終在連續(xù)高強(qiáng)度的拋填下，歷時(shí)30h成功實(shí)現(xiàn)合龍，較合同工期提前一個(gè)月實(shí)現(xiàn)大江截流，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。本工程的截流技術(shù)參數(shù)、施工組織方式、技術(shù)方案可為類似工程提供借鑒。