某河直孔水电站二期导截流施工

西藏拉萨河直孔水电站二期导截流施工吴建军任跃勤（中国水利水电第七工程局.四川温江）摘要:在西藏直孔水电站建设过程中，水电七局、基础局联营体与设计、监理、业主，根据工程实际采用新技术、新工艺，保证二期导截流按时完成，为2006年首台机发电奠定了基础。关键词:二期导截流；截流计算与备料；截流施工1工程概况西藏拉萨河直孔水电站枢纽建筑物由混凝土坝、堆石坝、引水系统及岸边厂房系统组成。工程主河床为混凝土坝，最大坝高44.60m，左岸为碎石土心墙堆石坝，最大坝高44.60m，正常蓄水位为3888.00m，总库容为2.24亿m3，调节库容1.07亿m3，具年调节性能，电站采用混合式开发，设计水头30.00m，装机容量4×25MW，多年平均发电量4.07亿kw·h。2二期导截流设计2.1导流设计二期导流时段划分两个时段，第一导流时段2005年10月～2006年2月，采用二期围堰挡水，河水全部由一期导流底孔、永久冲砂底孔泄流；第二导流时段2006年3月～主汛期，采用左岸堆石坝坝体挡水，河水全部由一期导流底孔、永久底孔泄流。根据导流时段划分，导流标准为枯期导流和汛期导流。枯期导流标准、流量Qp=5%=192.00m3/s，上游横向围堰堰前水位3854.50m，下游横向围堰堰后水位3851.64m；汛期导流标准、流量Qp=2%=2530.00m3/s，上游横向围堰堰前水位3869.35m，下游围堰堰后水位3856.60m。2.2截流设计二期截流标准、流量Qp=20%=260.00m3/s，截流时间2005年10月20日，上游横向围堰堰前水位3855.08m，下游横向围堰堰后水位3852.00m。 截流施工方法为单戗立堵法。2.3围堰设计二期围堰设计挡水时段2005年10月～2006年2月，二期围标准、流量Qp=10%=525.00m3/s（10月份平均流量），上游横向围堰堰前水位3856.50m，下游横向围堰堰后水位3852.82m。2.4围堰设计参数确定二期围堰平面布置建筑物：上游横向围堰、下游横向围堰和纵向围堰。上游横向围堰位于上游坝体外，围堰轴线分为两段，轴线OA段与0#导墙平行，AB段与坝轴线成10°夹角，左岸偏向上游，轴线OA段桩号0－085.71m，OA段长8.37m，围堰轴线长度为124.27m。下游横向围堰轴线与坝轴线平行布置，与⑩号混凝土导墙相接。下游横向围堰轴线桩号0+117.70m，围堰轴线长度148.92m。二期纵向围堰，利用一期纵向混凝土导墙作二期纵向围堰。（1）上游横向围堰上游横向围堰为枯水期低水围堰，戗堤与堰体相结合，戗堤轴线位于围堰轴线上游侧，轴线距离3.00m。堰顶高程3857.00m，最大堰高9.00m，堰顶宽9.50m，堰体上游面坡比1：2.00，下游面坡比1：1.50，施工过程上、下游坡比按填筑料自然稳定坡比控制。戗堤顶高程3855.50m，戗堤顶宽5.00m，戗堤上、下游面坡比均为1：1.00。戗堤用石碴料，堰体加宽、加高用砂卵砾石料填筑。（2）下游横向围堰下游横向围堰为枯水期低水围堰，戗堤与堰体相结合，戗堤轴线位于围堰轴线下游侧，轴线距离3.25m。堰顶高程3853.50m，最大堰高5.50m，堰顶宽10.00m，堰体上游面坡比1：2.00，下游面坡比1：1.50。戗堤顶高程3852.50m，戗堤顶宽8.00m，戗堤上、下游面坡比1：1.50。戗堤用石碴料，堰体加宽、加高用砂卵砾石料填筑。（3）纵向围堰二期纵向围堰，利用一期已施工的混凝土左导墙作为二期纵向围堰。2.5围堰防渗设计围堰基础流流计算围堰基础渗流计算，采用公式如下： Q=KB（M－T）[H/（2b+M+T）]1/2围堰施工时段2005年10月～11月，枯期导流流量Q=192.00m3/s，上游横向围堰堰前水位3854.50m，基础漂卵石层渗透系数的大值K=6.94×10-2cm/s，基础冰水积卵砾石层渗透系数的大值K=2.70×10-2cm/s，覆盖层深度30.00m，堰体防渗采用斜墙、铺盖防渗，防渗斜墙底宽1.00m，；堆石坝基础防渗墙从左至右已施工至桩号（坝）0+182.40m，围堰渗流计算，详见表2—1。围堰渗流计算表表2—1堰前水位（M）堰后水位（M）渗流量（M3/S）3854.503853.500.8423852.501.1913851.501.4593850.501.685围堰防渗设计（1）围堰堰体防渗设计上游横向围堰堰体迎水面，采用粘土斜墙、铺盖防渗。下游横向围堰堰体背水面，采用粘土斜墙、铺盖防渗，以减小基坑水流流速和坝体砂卵石抛填料漂移，保证水下抛填料施工质量。（2）围堰基础防渗设计根据围堰的渗流计算，围堰截流后的渗流量小，围堰堰基不做防渗处理，二期基坑为不排水基坑。3截流计算与备料根据二期导、截流施工总平面布置，现场的地形条件和水文气象条件，二期截流采用左、右岸提前预进占，上、下游围堰均采用单戗进占，龙口进占为单戗立堵法施工。3.1截流水力学计算依据（1）束窄河床水位壅高计算分期导流围堰束窄河床后，即先假设上游水位Ho天然水流发生改变，在围堰上游产生水位壅高，其值可采用如下近似公式计算，算出Z值，以Z＋tcp与所设Ho比较，逐步修改Ho值直至接近Z＋tcp值。计算公式如下： Z=vc2/2φ2g－vo2/2gvc=Q/WcWc=bctcp（2）龙口的水力计算龙口水力计算按照龙口为梯形或三角形过水断面的宽顶堰，用简化宽顶堰公式计算龙口泄流量。计算水位时，假设龙口上游水位与导流底孔及冲砂底孔水位相等，其总泄流量为截流设计流量260.00m3/s，根据一期围堰截流后造成的河床束窄引起的水力学指标变化后的的流量、水位变化曲线计算出在截流期间的上游水位即导流底孔及底孔泄水水位，以此求出导流底孔与底孔的分流量。龙口不同宽度的泄水曲线计算公式为：Q龙＝mb（2g）1/2h03/2（3）计算导流底孔和底孔的泄流曲线计算公式如下：Q导流底孔＝mb（2g）1/2h03/2Q底孔＝mb（2g）1/2h03/23.2龙口分区特性截流合龙过程中的水力条件随戗堤进占为变值，各区抛投料物的粒径按照可能出现的最不利水力条件计算，并参考其他工程实例调整。其计算公式如下：D＝γωV2/｛2g×K2（γm－γω）｝3.3戗堤、截流备料备料基本原则：“利于环保、保护生态、节约投资、方便施工”，二期截流备料充分利用施工区域内开挖爆破弃碴和临建拆除块料，机械采集、人工加工堆存备用，满足龙口抛填大块料需要。4截流施工4.1截流施工道路布置二期导截流工程施工，沿左岸上、下游各布置一条施工干道，路面宽10m，最大纵坡为10%，路面为砂卵砾石路面，右岸戗堤预进占利用一期上游横向围堰现有道路，在导截流系统启动前完成右岸上横围堰预进占、裹头的施工。4.2截流材料参数（1）围堰进占石碴料场 石碴料场位于右岸下游，料源为右岸CⅠ标大坝、厂房基础爆破开挖石碴料，储量和级配满足截流施工需要，运距2.50km。（2）龙口抛填大块体料根据水力学计算龙口最大抛填料粒径为依据，备料原则充分利用施工区内的弃碴和不破坏当地生态资源为基本原则，龙口抛填大块体料为防渗墙施工拆除钢筋混泥土导向槽（断面面积长×宽＝1.50×1.50m），采用人工手风钻解小、打眼穿钢丝绳连结成串作为龙口抛填料，备打眼钢筋混凝土块体料1203块，龙口直接自卸不打眼的混凝土块体料603块，共计混凝土方量2400m3，堆存在左岸下游道路侧，运距为0.50km。（3）防渗土料场防渗土料场为碎石土心墙堆石坝主体工程施工料场，位于右岸坝轴线上游，储量和含粘量满足填筑施工需要，运距3.50km。（4）围堰培高、加宽砂卵砾石料场砂卵砾石料场，位于左岸碎石土心墙堆石坝主体工程施工坝壳料场，储量和质量满足要求，运距0.50km。4.3截流施工二期导截流工程施工，导流条件：右岸溢流坝段内设置三个导流底孔（3－7×8m、底板高程3852.00m）和永久冲砂底孔（1－4×5m、底板高程3851.00m）联合导流，导流引渠底板高程3852.00m；截流条件：上围堰轴线河床底高程3848.00m。二期截流施工难点：（1）导流分流条件差，水位雍高至3852.00m以上才能分流；（2）龙口上下游水位差大，河床底漂卵砾石层基础淘刷严重，龙口护底难度、强度加大；解决以上问题的方法：（1）上围堰采用宽戗截流，以分散水流落差，改善龙口水流条件；（2）采取双戗截流，下游围堰跟进进占，以分担上游围堰落差和减小龙口流速；（3）加大龙口段块料抛投强度，减少龙口基础淘刷和水位落差。左、右岸预进占和龙口预留右岸预进占采用石碴料戗堤，分层填筑碾压，戗堤顶高程3857m，裹头用铅丝石笼串护底，混凝土块体串护面和钢筋石笼串压项，形成右岸预进占裹头，戗堤防渗采用粘土斜墙、心墙相结合防渗体，预进占轴线长度50m。 左岸预进占采用砂卵砾石戗堤进占，戗堤顶高程由3857m降至3855.50m，戗堤防渗采用粘土斜墙防渗，预进占轴线长度44.27m。龙口预留宽度30m。截流施工龙口截流施工，于2005年10月19日早晨8：00时开始，于当日晚上10：00时完成截流和导流，历时14h，投入的机械设备：混泥土大块体堆料场16t吊车3台、15t运输车辆15台，石碴料场3m3装截机3台、10t运输车辆30台，龙口工作面TY220推土机2台、1.2m3液压式反铲2台、YZ18J自行式振动碾1台。（1）龙口进占、截流龙口分为上龙口和下龙口戗堤进占，上龙口领先下龙口2m，上龙口抛填料为钢筋混凝土串块，抛投方向向上游倾斜，抛投机具为推土机和反铲；下龙口抛填料为铅丝石笼串、钢筋石笼串护脚，石碴料填充断面推进；龙口进占、合龙最大抛投强度719m3/h，平均抛投强度472.50m3/h，龙口进占、截流实测流速详见表4—1。上游围堰龙口进占、截流实测流速表表4—1流量（M3/S）水位（M）水面宽（M）流速围堰上游围堰下游信号数（次）/秒V2003853.163851.8323.016/303.142003853.703851.7019.417/303.332003853.753851.6918.518/313.422003853.803851.6817.318/303.531983853.903851.6816.518/303.531983853.953851.6815.219/323.611963854.003851.6812.820/323.801933854.053851.6712.020/313.931893854.083851.679.821/314.121893854.203851.668.7计算4.861893854.353851.667.0计算5.721893854.703851.656.0计算6.221893854.753851.655.1计算6.931893854.803851.640.8计算7.821893854.823851.640备注1、仪器型号LS25—3A旋浆型式（仪器编号010476），测量范围0～10m/s。2、计算公式V=0.2945×20×信号数/T（秒）+0.001。 3、本次测流为岸边水面流速。（2）围堰培厚、加高围堰截流断面培厚，采用级配砂卵砾石料沿围堰上游面抛填，用以堵塞戗堤中的透水通道、培厚围堰断面；围堰加高料采用石碴料加高和用以围堰下游断面加宽，推土机平整、自行式振动碾碾压密实。5围堰闭气围堰闭气采取堰体防渗、堰基不作防渗的原则，堰体防渗在围堰培厚、加高后进行，防渗采用粘土斜墙、铺盖防渗，施工采用10t自卸汽车向上游卸料、反铲抛料的施工方法，形成斜墙和铺盖防渗体。6基坑排水二期基坑依据围堰防渗设计，基坑为不排水基坑。二期基坑主体结构建筑物为碎石土心墙堆石坝，坝基防渗结构为混凝土防渗墙、帷幕灌浆，防渗墙墙顶高程3859m，坝体防渗结构为碎石土心墙，心墙防渗底高程3855m，高程3855m以下坝体填筑料为砂卵砾石料，截流闭气后基坑水位3851.00m，坝体填筑水下部份采用抛填，填至水面以上0.50m后采用分层填筑碾压。7结语西藏拉萨河直孔水电站二期导截流工程施工，实现了按期导截流，为高原水电站河道导、截流工程施工积累了宝贵经验，同时，也取得了很好的经济效益和社会效益：（1）二期导截流工程施工，充分利用进场现有设备和当地机械设备资源，在组织保证上工程局派专家现场亲临指导施工，确保了二期导截流施工工期，为后续工程施工和2006年首台机发电奠定了基础。（2）二期导截流工程施工，充分利用施工开挖弃碴和临建拆除料，降低工程成本，取得了较好经济效益。 （3）二期导截流工程施工备料，原投标方案采用在施工区附近石料场开采备料和预制混凝土块体作为截流龙口抛填料，经方案优化后，保证了施工区附近山体不被破坏，保证西藏自治区对直孔水电站环保要求，取得了较好社会效益。