金沙江巴塘电站截流设计与施工_陈道林.pdf

四 川 水 利 设计与施工金沙江巴塘电站截流设计与施工陈道林（中国安能第三工程局成都分公司，成都，）【摘 要】巴塘水电站大江截流流量大、河槽深、抛填强度高、截流难度较大。通过水力学计算，精确论证龙口位置和宽度、戗堤断面型式，精心组织龙口进占。在实施过程中及时进行动态调整，最终在连续高强度的抛填下，历时 成功实现合龙，圆满完成了大江截流任务，文章针对龙口快速封堵施工经验进行了分析整理，总结出了一套较为完善的技术应用方案，供同类工程参考使用。【关键词】巴塘水电站 截流设计 龙口封堵 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）概述 工工程程概概况况巴塘水电站是金沙江上游第九级梯级电站，装机容量 万，年发电量 亿。电站上游围堰采用土石围堰，围堰设计挡水标准为 年一遇。截截流流河河床床地地质质条条件件上游围堰距坝轴线，沿围堰轴线，围堰左岸边坡坡度约 ，左岸边坡覆盖有崩坡积碎石土，垂直厚度 左右。基岩岩性黑云母石英片岩，强风化水平深度，弱风化水平深度 左右，卸荷带水平深度 左右。另外，浅表部岩体倾倒堆积，岩体结构呈碎裂 散体状。上游围堰截流处河床覆盖层最大厚度约 。综上所述，龙口水流极易对河床进行冲刷，增加龙口水深和水位落差，从而增加截流难度。截截流流时时间间选选择择根据金沙江水文特性，月份为枯水期，流量明显减少，综合考虑施工进度，巴塘水电站工程主河床截流时间选择在 年 月下旬。戗堤布置处河床断面，综合考虑水力条件及截流规模，截流前戗堤进行预进占填筑。截截流流设设计计标标准准及及截截流流流流量量截流标准采用 年 年重现期的旬平均流量，截流设计流量取金沙江 月份 年一遇的旬平均流量，。由于导流洞布置在左岸，考虑导流洞过水对截流交通的影响，而且截流备料场及堰体填筑料源均位于右岸，因此，拟采用由右岸向左岸单戗立堵进占的截流方式。截流方案设计在截流之前项目人员精心设计和论证了截流方案，考虑得尽量细致周全，做好施工组织和截流准备工作。截截流流戗戗堤堤位位置置及及截截流流方方式式选选择择 截截流流戗戗堤堤位位置置选选择择为减少临时工程量，加快围堰填筑进度，尽早开始大坝基础工程，截流戗堤采用和围堰结合布置的形式。从地形条件和交通条件比较，上、下游围堰均具备截流的场地要求。但由于下游围堰地势低，距导流洞较远，分流量少，会增加截流难度。四 川 水 利因此，经技术经济比较，选择上游围堰截流，截流戗堤与上游围堰结合布置。参照类似工程经验，从防渗墙施工难度等方面考虑，戗堤布置在围堰上游，会影响后续防渗墙的施工，因此，将戗堤布置在上游围堰中心处。截截流流方方式式选选择择目前常用的水利水电工程截流方式主要有立堵及平堵两种。立堵法施工简单、经济、快速，但截流过程中水力学条件较差，水流难以控制；平堵法龙口流速分布较均匀，但前期需提前架设栈桥，增加工期和投资预算。巴塘水电站采用立堵法，采用上游围堰单戗立堵的截流方式，在截流之前对左右岸进行预进占，龙口设在河床靠左位置，以右岸向左岸的进占为主。截截流流戗戗堤堤断断面面 截截流流戗戗堤堤断断面面选选择择本工程 月份 年一遇的月平均流量为，龙口合龙以后仅靠导流洞泄流，经水力学计算堰前水位高程为，考虑水位雍高等因素，进占戗堤顶高程取，龙口部位戗堤顶高程取 ，截流完成后立即对龙口段戗堤加高培厚至。龙口段戗堤宽根据抛投作业时的强度计算，以满足 辆自卸车并排作业，戗堤顶宽设计为。戗堤断面按上窄下宽的梯形设计，端头处设计坡比为 ，上、下游设计坡比不小于 。龙龙口口的的位位置置及及宽宽度度本工程采用上游围堰上戗堤单戗立堵截流方式，戗堤位于上游围堰轴线位置，龙口设在河床中部偏左位置，由右岸向左岸推进合龙为主。最后形成龙口宽度约 。龙龙口口水水力力特特征征本工程截流设计流量计算公式采用水电水利工程截流施工技术规范（）附录 计算公式。截流设计流量在截流过程中可分为三个部分：式中，为截流设计流量；为龙口处泄流量；为分流建筑物分流量；为截流戗堤渗流量。本工程截流水力学计算中不考虑戗堤渗流量，作为设计安全余量。戗戗堤堤龙龙口口水水力力学学计计算算（）单戗堤立堵截流水力学计算基本假定：不考虑上游水位短时变化的影响因素；视龙口为梯形或倒三角形过水断面的宽顶堰。（）计算方法采用试算法，简述如下：根据截流流量，查河道水位流量关系曲线可得到下游水位；在某一龙口宽度，假定上游水位，分别计算分流建筑物泄流量及龙口泄流量，如果两者之和与截流设计流量相等，则假定的上游水位正确，否则重新假定上游水位进行计算，直到相等为止。参考水电水利工程截流施工技术规范，龙口处泄流量按下式进行计算：式中：淹没系数，按规范查表选取；考虑收缩影响在内的流量系数，梯形断面取 ，三角形断面取 ；龙口平均水面宽度，；龙口上游水深，。分流建筑物泄流量按下式进行计算：式中：流量系数，取 ；矩形隧洞过水断面宽度，；以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头，。不不同同龙龙口口宽宽度度的的水水力力特特性性本工程单戗立堵截流龙口需从一端分若干区段进占，为此需求算不同龙口宽的水力特性，据此估算不同进占区段的抛投料规格与数量。根据已确定 的截流设计流量，分别计算不同龙口宽度的各项水力指标：龙口平均单宽流量（为龙口平均过水宽陈道林：金沙江巴塘电站截流设计与施工 度）；绝对落差（、分别为上、下游水位）；单宽功率；龙口平均流速 （当淹没出流时，自由出流时）。截截流流水水力力学学计计算算成成果果龙口宽度水力特性指标计算见表，特性曲线见图。表 截流水力学计算成果分流建筑物导流洞（，进口高程 ）截流流量 龙口宽度（）戗堤上游水位（）龙口最大水深（）龙口平均流速（）龙口单宽流量（）龙口单宽功率（）龙口分流量（）导流洞分流量（）绝对落差（）注：截流设计流量采用 月下旬 年一遇旬流量 ；龙口宽度在约 时开始进入三角形过水断面。图 龙口宽度水力特性曲线经水力学计算，当截流设计流量全部通过导流洞时，上游壅高水位为 ，戗堤预进占段顶高程为 ，戗堤顶宽 ，龙口段顶高程 ，顶宽 ，可满足 辆自卸汽车并排抛投的要求。截流戗堤设计断面为梯形，其上、下游边坡为 ，为保护戗堤堤头稳定，拟先在堤头抛投钢筋石笼及大块石串，形成裹头保护，为减少抛投材料流失量，进占主要采取大块石抛投的方法。截截流流材材料料选选择择及及数数量量 进进占占抛抛投投物物料料粒粒径径估估算算截流戗堤龙口段进占抛投体粒径和抛投体重量采用水电水利工程截流施工技术规范（）附录 公式计算。抛投体粒径：（）抛投体重量：式中，为折算成圆球体的直径；为最大流速，计算时取龙口平均流速，；为水容重，取 ；为抛投体容重，块石取 ；为综合稳定系数，。表 不同龙口流速抛投体粒径及重量龙口宽度（）龙口流速（）块石粒径（）块石重量（）截截流流材材料料的的选选择择截流材料取自回采场及截流备料点。截流备 四 川 水 利料点主要供应土石方填筑料。截流特殊材料如钢筋笼、块石串等主要堆放于备料场和右岸坡地。截流戗堤龙口段进占抛投体粒径和抛投体重量采用下述经验公式估算。抛投体粒径：（）抛投体重量：式中：折算成圆球体的直径；最大流速，计算时取龙口平均流速，；水容重，取 ；抛投体容重，块石取 ；综合稳定系数，。经计算，龙口最大平均流速时需要抛投块石粒径 米、以上材料。截流过程中落差较大，流速也相对较大，截流备料量按 倍需要量计算。各类备料数量如下：一 般 石 渣 万；石 渣（）：万；块石（）：万；块石串；钢筋笼：个。截截流流进进占占分分区区及及抛抛投投量量根据合龙过程中的水力学特性，在截流设计时将龙口段分为 个区，以便于施工时采用不同的抛投材料及使用适当的抛投技术。截流进占分区示意见图。图 截流戗堤进占分区示意 截截流流技技术术要要点点 截截流流时时精精心心组组织织截流前，严格按照施工组织设计（包括截流组织机构、人员机械、安全措施等）组织。（）钢筋笼于截流前半个月准备就绪，石渣、块石用 装载机和 挖掘机装车，自卸汽车运输。（）合龙进占主要采用由右岸向左岸进占的方式。在进占过程中，先在水流较急的戗堤上游侧抛投大块石料或石串形成挑角，然后在下游侧抛投小块石料。（）截流过程中根据抛投料的流失情况，及时动态调整抛投材料粒径大小。其其他他要要求求（）在截流合龙前，密切观察龙口抛投料的流失情况，当出现裹头塌陷等情况后，立即向龙口抛填大石串或钢筋笼。（）每个进占区段的大块径料，应尽可能选择小流量时抛填。（）截流期间在上游设置临时观察点，注意气象预报及上游观察点的水情预报，每段戗堤进占完成后，应根据冲刷情况对堤头进行防护。（）在整个截流进占期，应在截流道路靠河床的部位设立安全警戒线。主要施工方法 导导流流洞洞进进、出出口口围围堰堰拆拆除除本工程导流洞进、出口为土石围堰，导流洞过水前已及时拆除导流洞进、出口围堰。土石围堰水上部分的拆除可采用反铲直接装车的方式，水下部分应采用铲拆除至导流洞进口底板高程，不留渣坎。龙龙口口进进占占方方法法本工程采用单戗堤立堵截流方式，堤上车辆运行线路为双向三车道。截流戗堤龙口段进占采用全断面推进和上游挑角突出两种方式：（）全断面推进：在水力条件较好，流速较小时使用，填筑料为一般石渣料，采用 个卸料点同时卸料的方式进占。（）上游挑角法：在堤头上游侧与堤轴线呈角方向，先抛大石、钢笼等材料形成防冲角，在防冲击角下游侧形成回流区，石渣混合物跟随并占据。戗堤进占采用集中推运和直接抛投 种方法。（）集中推运：在堤头冲刷严重时，自卸汽车不能靠近或渣料需集中抛入水中，自卸汽车集中卸料在堤头上，由大功率推土机将渣料推入水中；（）直接抛投：自卸车运料直接从堤头卸料陈道林：金沙江巴塘电站截流设计与施工 入水中，少量渣料由推土机配合。主主要要资资源源配配置置 表 机械配置序号设备名称规格数量备注液压挖掘机装载机左右岸截流备料场各 台，堤头一台自卸汽车推土机左右岸堤头各 台，备用一台汽车吊吊装四面体、钢筋石笼振动碾同期围堰施工及戗堤增高培厚手持式流速仪现场测量流速 龙龙口口快快速速封封堵堵措措施施封堵之前已进行了进占，并对堤头进行了裹头保护，只留龙口封堵最困难的。（）当龙口进占到 时，最大流速 ，龙口落差最大 。为保护左岸戗堤堤头的稳定，在堤头抛投钢筋石笼及大块石，保护裹头，为减少抛投材料的流失，进占中主要是采用大块石串和钢筋石笼串抛投。（）合龙进占主要由右岸向左岸进占。在进占过程中，先在戗堤上游侧抛投四面体或大石头形成挑角，然后在下游侧抛投石渣料。（）为满足抛填强度要求，在堤头布置 个自卸车卸料点，按卸料点将车辆分三路纵队，卸料纵队之间设置回车道，根据进占过程中需要的不同抛投料，采取不同的编队方式，上游侧用自卸车抛填块石，下游侧抛填石渣料。不同材料车张贴不同标志，方便堤头指挥人员指挥编队和卸料；堤头共布置三个区：排队等候区、卸料抛投区和回车区，确保截流施工快速有序。据统计，小时抛投强度达到。截流过程中根据抛投料的流失量，及时调整抛投材料，当截流流速最大时，采取 辆车将特大石块和钢筋石笼等特殊材料集中于堤头上，待堆积到一定程度后由推土机一次推入龙口，这种方法能使抛投材料相互搭接，增加材料和岸坡的摩擦力，更容易向前进占。（）龙口封堵方式为减少冲刷流失，在戗堤上游用大石串或者特大石进占，再将中石渣及石渣抛填在回水区。在施工中，大石串以推土机集中推入为主，石渣以汽车直接卸料为主。（）安全员巡视龙口上下游边坡坍塌情况，观察是否有裂缝和垮塌，对水流冲刷严重部位及时用大石头回填护脚。现场根据需要对四面体和钢筋石笼进行串联，实践证明，在龙口封堵最困难阶段，将四面体进行串联且锥形面朝上游顺着河流进行抛投进占也是比较有效的方法。此种方法的好处就是水阻最小且有足够的重量。采用这种抛投方式，四面体串或者钢筋石笼串很容易在龙口处“站得住”。结语实践证明，这一套快速封堵的方法是行之有效的。预进占之后龙口剩余宽度，在众多不利条件下仅用了 就顺利实现大江截流，巴塘水电站成功截流的经验，值得今后同类工程借鉴。参 考 文 献廖有林，杜晓凡，陈志刚巴塘水电站河床截流设计四川水力发电，（）：，电力行业水电规划设计标准化技术委员会水电工程施工组织设计规范：北京：中