綽斯甲水電站首部樞紐截流設計及施工研究

王根書

（中國安能集團第三工程局有限公司，四川 成都 611100）

綽斯甲水電站首部樞紐工程采用枯期隧洞導流方案，首部樞紐主體工程利用枯期建設。首部堆積體上游段護坡施工采用束窄河床導流方案，為避免抽水量過大，采用兩期導流。兩期導流施工項目包括土石方填筑、混凝土澆筑。但是在施工建設之前，對其地質勘察及分析顯得尤為重要[1]。本文以綽斯甲水電站首部樞紐為對象，分析施工過程中遇到的難點和對策，對綽斯甲水電站首部樞紐截流進行設計和計算，為后續相關水電站建設積累了寶貴經驗。

1 綽斯甲水電站施工的難點及對策

1.1 綽斯甲水電站施工的難點

（1）雖然截流流量較小，但是單寬流量、龍口流速較大。

（2）河床砂卵礫石強透水層較厚，對首部防滲體系施工質量要求較高。

（3）汛期圍堰作為過流通道使用，河水流量較大，過流時水力情況復雜，易對圍堰過水部分產生嚴重損害。

（4）導流洞進口位于國道占壓段，需分兩期施工，分別位于枯水期、汛期施工，導流程序復雜、圍堰設置難度大。

1.2 綽斯甲水電站施工應對對策

（1）做好截流設計，做足截流準備。設計采取以右岸進占為主、左岸為輔的單戧雙向進占、單向截流方式，增大拋填強度。通過計算，截流戧堤采用堤頂高程2776 m，寬15 m，保證堤頭卸車強度和拋料質量。

（2）針對高壓旋噴防滲墻施工，進場后立即進行地質復勘，及時調整施工工藝方案。在實際施工時，選取部分高壓旋噴防滲墻段作為生產性施工試驗段，及時對施工參數、工藝做進一步調整，保證施工質量。

（3）在圍堰過水設施施工過程中，嚴格把控混凝土面板、鋼筋石籠及灌注混凝土施工質量。為防止護腳大塊石失穩，用鋼筋將3～5塊大塊石串成串，增加護腳大塊石的穩定性。

（4）將導流洞進口引渠段與鋼筋石籠護坦段分兩期導流施工。利用2021 年枯水期進行一期土石圍堰導流，完成基坑內鋼筋石籠護坦施工和二期混凝土導流圍堰施工，二期混凝土圍堰導流標準為Q10%=1170 m3/s。引渠段在混凝土圍堰保護下完成施工。

2 截流設計

截流設計標準：圍堰采用土石圍堰，導流標準采用10年一遇，根據歷史水文資料，截流設計流量Q=106 m3/s。

2.1 截流方式

本工程導流洞為城門洞型，洞涇5.0 m，進口高程2770.0 m，考慮提供的現場水文地質情況、料源和現場道路情況及現場踏勘情況，截流料場距離戧堤約3.8 km，且左岸道路有G317線可利用，比右岸交通更為便利。結合類似工程截流實施方案[2-5]，因此選用以左岸進占的單戧單向立堵截流方式，先左右岸同時預進占，然后做好右岸裹頭防護，最后再從左岸向右岸截流。

2.2 截流戧堤的布置和斷面選擇

2.2.1 戧堤頂高程的確定

根據相關資料，截流設計流量按10 年重現期，11 月截流Q10%=106 m3/s，截流戧堤相應上游水位2775.83 m高程，考慮堤頂安全超高，為有效降低截流期間戧堤拋填強度和拋投料拋投質量，堤頂高程擬定為2776 m，戧堤最大高度9 m。

2.2.2 截流戧堤頂部寬度及結構

考慮截流強度，設計戧堤頂寬15 m，滿足2～3臺自卸車同時卸料，上、下游坡比均為1∶1.5。截流戧堤布置在圍堰軸線下游約19.8 m處，由堤頂向外側排水，排水橫坡為2%。在截流施工前根據需要考慮進行圍堰跟填。工程將根據截流的水力學模型試驗成果，對理論計算參數和戧堤布置進一步進行驗證和修正。

2.3 龍口位置及寬度

由于戧堤處河谷深槽居中，左岸較平緩，交通緊鄰國道317 線，右岸有滑坡體，為避免將截流過程中對滑坡體產生擾動，故龍口布置于河道中心偏左。根據截流水力學計算成果、戧堤堤頭使用材料的抗沖能力、合龍拋投強度及道路交通布置，經綜合比較研究，確定本工程預留龍口寬20 m，左岸預進占5 m，右岸預進占20.5 m。

2.4 截流的水力學計算

2.4.1 導流洞水力學計算

（1）長短洞判別

當流量一定時，若正常水深等于臨界水深，即該底坡為臨界底坡。根據招標文件截流戧堤相應上游水位2775.83 m高程，小于導流洞頂2776 高程可知，此時隧洞為明流，可近似按矩形明渠計算。

則正常水深h0=（Q2/b2C02i）1/3，臨界水深hk=（Q2/gb2）1/3，兩式子聯立可得：i=g/C02，

其中：i為底坡坡率； g為重力加速度，取9.81；C0為謝才系數； C0=1/nR1/6，n為導流洞糙率取0.014，R為水力半徑取1.38，故 C0=75.37；為動能修正系數，取1.0。

可得i=0.173%＜0.466%，故導流洞為陡坡，則其泄流能力按短洞計算。

（2）導流洞流量水位計算

導流洞分流量計算公式：Q=σmBk（2g）1/2H03/2（《水利水電施工導流設計規范》）

其中：Q為導流洞泄流量；σ為淹沒系數，查《水利水電施工導流設計規范》，取1.0；m為流量系數，取3.5。

通過計算，可得導流洞流量-水位關系見圖1。

圖1 導流洞流量-水位關系圖

2.4.2 龍口寬度水力特性計算

（1）計算假定

1）根據綽斯甲水電站閘址流量-水位關系曲線圖，截流期間對應某一來流量下游水位保持不變；

2）計算龍口過流能力時不計上游河槽中的調蓄流量和戧堤滲透流量，不計回彈落差；

3）合龍過程中，不考慮龍口范圍河床覆蓋層沖刷對過水斷面的影響，同時也不計龍口波狀水面的影響；

4）對于一般立堵截流情況，合龍過程中大部分區段水流特性接近寬頂堰，因此將龍口視作梯形或三角形寬頂堰，淹沒標準采用原武漢水利電力大學和長江水利委員會聯合推薦的淹沒標準。

（2）龍口水位流量計算

其計算公式采用：Q=σnmBCP（2g）1/2hu3/2（《水電水利工程截流施工技術規范》）。

式中：Q為龍口泄流量；σn為淹沒系數，查巴甫洛夫淹沒系數表或別津斯基淹沒系數表確定；m為考慮收縮影響在內的淹沒系數，一般取0.30（三角形）～0.32（梯形）；BCP為龍口平均水面寬度；hu為龍口上游水深。

通過試算法計算，可得龍口流量-水位關系見圖2。

圖2 龍口流量-水位關系圖

（3）截流拋投粒徑計算：

式中：d為拋投粒徑大??；Vmax為龍口平均流速；k為綜合穩定系數，查《水電水利工程截流施工技術規范》；ρm為拋投體密度；ρ為水的密度；g為重力加速度。

（4）龍口分區

針對各段水流流速和拋投材料的特性，將龍口段分為Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區，各區的布置見圖3。

圖3 截流龍口分區示意圖

3 結語

河床截流在整個水電站建設過程中是一個非常重要的環節。綽斯甲水電站截流施工難度大，只有通過科學合理的設計，順利截流，才能為后續水利水電工程施工環節奠定堅實基礎。這為類似工程截流設計施工積累了寶貴的經驗。