大頂子山航電樞紐工程二期截流設計

蔡光哲，黃相軍 ，張雨豪 ，黃遠澤

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況及截流特點

1.1 工程概況

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運、發(fā)電和改善哈爾濱市水環(huán)境為主，同時具有交通、水產養(yǎng)殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。樞紐建筑物自右岸開始依次有船閘、10孔泄洪閘、河床式水電站、28孔泄洪閘、混凝土過渡壩段及土壩等，壩線全長3249.78 m。千噸級船閘，閘室有效尺寸為180 m×28 m×3.5 m，河床式水電站裝6臺貫流式機組，總裝機容量為66 MW；廠房兩側共38孔泄洪閘凈寬760 m，土壩壩型為粉細砂沖填壩，最大壩高14.69 m。

施工導流方式采用分兩期導流方式，一期導流右岸圍船閘、10孔泄洪閘和廠房段，左岸圍混凝土過渡壩段及土壩段，期間施工期洪水由北汊束窄河床過流，一期導流設計標準為10年一遇，設計流量9600 m3/s。二期導流主要圍北汊28孔泄洪閘，期間施工期洪水由南汊已建成的10孔泄洪閘泄流。二期導流設計標準為10年一遇，設計流量9600 m3/s。

1.2 截流特點

1）該工程位于松花江干流中、下游段，河床寬，流量大，淤積嚴重，水流條件復雜。壩址處截流時段旬平均流量達2970 m3/s，河床灘地覆蓋層平均厚達10 m，截流難度相對較大。

2）二期將要截流的江心洲左側河床承擔著施工期通航任務，二期截流設計中必須妥善處理好截流期間通航問題，應盡可能減小對松花江通航的干擾。

3）該工程多年平均封江日期為11月24日；而大汛期一直延續(xù)到10月15日。因此，工程截流、閉氣施工工期短，任務相當艱巨。

4）壩址處附近除細砂料儲量較豐富，滿足工程設計要求外，其它建筑材料如砂礫石，塊石等均匱乏，需外購。

2 截流設計

2.1 截流標準確定

根據施工總進度安排，二期截流完成后在汛后期內必須完成上、下游土石圍堰的填筑及混凝土防滲墻的施工。要想確保二期基坑按時閉氣，任務相當艱巨，應盡量爭取提前截流，以爭取較長的圍堰施工工期。根據工程現場施工面貌和施工計劃，一期基坑9月末才能滿足基坑過水條件，再考慮到10孔泄洪閘段上、下游圍堰的拆除工期，二期截流最早時間為10月中旬。綜上所述，二期截流時段選定在10月中旬，洪峰流量為2970 m3/s。

2.2 截流方式的選擇

根據截流水力學計算、河道地質條件及河道兩岸運輸條件，并參考二期截流水工模型試驗成果和一期截流工程經驗，采用單戧堤立堵截流方式，左、右岸兩側進占，堰體隨后跟進的截流方式。

2.3 龍口位置及寬度的確定

2.3.1 龍口位置選擇

龍口位置的選擇主要考慮以下幾個方面因素：

1）從施工期通航方面考慮，一期導流期間施工期臨時航道設在左叉河道內，二期截流將截斷左叉河道，而此時船閘尚未具備通航條件，因此，為最大限度地減少斷航時間，截流龍口中心宜選定在臨時航道的中心線附近。

2）從河道的地形、地質條件考慮，因河道兩岸灘地地面高程相對較高，灘地部分預進占戧堤結構可采用粉細砂填筑，有利于節(jié)省工程投資，且河道深槽段基巖裸露，河床抗沖刷能力較強。因此截流龍口中心宜選在河道深槽內。

3）從截流預進占料源的分布條件分析，預進占部分粉細砂可直接利用兩岸一期圍堰的拆除料，兩岸料源均比較充足，因此為盡量縮短預進占工期，盡早形成龍口，截流龍口中心宜選在河道中心線附近。綜上所述，龍口的位置選擇在河道深槽內臨時航道中心線附近，即設計龍口中心線布置在S0+310處。

2.3.2 龍口寬度確定

龍口寬度的選擇主要根據龍口通航條件及預進占時使用的戧堤填筑材料的抗沖能力確定。該工程預進占戧堤填筑材料主要分粉細砂和編織袋土，其中，粉細砂填筑用在可干地施工預進占戧堤段，編織袋土用在需水下拋填的預進占戧堤段，編織袋土每袋重150 kg。預進占戧堤段施工安排在10月上旬，設計流量采用10月上旬5年重現期洪水，其流量為3450 m3/s。根據戧堤預進占水力學計算，當龍口寬度選定120 m時龍口最大流速為1.86 m/s，龍口落差0.15 m，能滿足機動木船和小馬力船隊逆流自航的通航要求，且此時，龍口中心流速略小于預進占時，采用的戧堤填筑料—編織袋土的止動流速2.59～3.20 m/s（參考水工模型試驗成果），因此，龍口寬度最終選定為120 m。

2.4 龍口段截流進占分區(qū)

根據分流建筑物（右岸10孔泄洪閘）的泄洪能力，計算龍口截流時段的水力特征，見表1。

表1 二期截流水力計算成果表

2.5 截流戧堤設計

根據截流水力學計算，戧堤合龍后上游水位為112.93 m，考慮1.0 m超高，截流戧堤頂高程取為113.93 m。戧堤頂寬10.0 m，堤頂長度789.02 m，結構主要根據戧堤軸線處地形條件和截流水力學計算成果分三部分設計，即第一部分為可在干地施工的預進占部分戧堤，主要采用粉細砂填筑，兩側邊坡采用1∶3.0，戧堤上游側采用塊石護坡，下設編織袋土墊層及無紡布反濾層，護坡延伸至堰腳前10 m作為護腳水平鋪蓋。第二部分戧堤為不能在干地施工的預進占部分戧堤，主要采用編織袋土填筑，兩側邊坡為1∶1.5，戧堤上游側采用碎石土護坡，邊坡為1∶1.5。第三部分戧堤為龍口段戧堤，主要采用塊石拋填，塊石體兩側邊坡為1∶1.5。

2.6 龍口段截流進占分區(qū)

龍口段截流進占分區(qū)，根據龍口截流水力參數的變化情況，共劃分為3個區(qū)段，各區(qū)段長度及所用材料規(guī)格、數量詳見表2。

表2 龍口段分區(qū)施工技術指標表

上表中分區(qū)編號為截流戧堤分區(qū)合龍順序，投拋塊石當量粒徑為化引為球體的當量直徑。

3 截流工程施工

3.1 截流準備

3.1.1 截流材料規(guī)劃

根據水力學計算成果，龍口處最大流速4.84 m/s，采用0.90 m大塊徑的塊石即可滿足抗沖要求，不需其它特殊拋投料。因此，該工程截流材料主要采用粉細砂、編織袋土及塊石。粉細砂料可直接利用左、右岸一期圍堰拆除料，可邊拆邊進占；編織袋土因考慮到裝袋效率較低，截流戧堤進占前應事先裝袋、暫存。左岸塊石料一部分取自連接壩段圍堰迎水側護坡及護腳拆除料，其余部分需外購；右岸石料一部分取自一期右岸上、下游圍堰迎水側護坡及護腳拆除料，其余部分也需外購。圍堰拆除料可邊拆除邊進占，外購部分要求提前購買、暫存。暫存料場的石料，應根據不同分區(qū)拋投塊石粒徑要求，分區(qū)存放，以備在截流時使用。

3.1.2 截流交通

該工程左岸交通，通過土壩壩頂公路及連接壩段上游圍堰堰頂，可以直接到達左岸上游圍堰戧堤頂，連接壩段圍堰拆除料的運輸可直接利用未拆除段圍堰堰頂公路。右岸交通通過已建成的右岸壩頂交通橋到廠房頂下游側，在廠房下游側修建臨時施工道路和一期縱向土石圍堰相接，通過縱向圍堰堰頂公路，可到達右岸上游圍堰戧堤頭，右岸上、下游圍堰拆除料的運輸可直接利用一期右岸縱向土石圍堰堰頂公路。塊石備料交通可直接利用一期上、下游土石圍堰堰頂公路，運到指定暫存場備料。塊石備料應在龍口截流之前完成。

3.2 截流計劃安排

工程截流施工歷時宜短不宜長，應速戰(zhàn)速決。該工程截流戧堤龍口段塊石拋投量約為39500 m3，若以500 m3/h拋投強度進占，需79 h即可合龍，該工程綜合考慮施工組織等各種因素，龍口段日平均拋投強度按8000 m3/d考慮，相應平均拋投強度為334 m3/h，龍口需5 d即可合龍。根據以上進度分析，提出截流工期控制計劃如下：即從戧堤進占到龍口形成，計劃工期10 d，龍口合龍計劃工期5 d，龍口合龍到圍堰堰體填筑、圍堰閉氣、基坑排水計劃工期35 d。從戧堤進占到基坑具備施工條件總工期為50 d。

4 結 語

1）實踐證明，該工程龍口位置的選擇及龍口寬度的確定，是合理有效的。在二期截流實施過程中最大限度的減少了工程施工對松花江通航的干擾。

2）在截流戧堤材料的選擇上除了龍口段采用塊石料外，其余部分均采用了一期圍堰的拆除料粉細砂作為主要填筑料，大幅減少了二期截流工程投資。

3）根據施工現場實際情況，將預進占工期安排在大汛期末是很有必要的，為截流以后土石圍堰的填筑，特別是圍堰混凝土防滲墻的施工爭取到了寶貴的施工工期，同時也為二期基坑能夠按時開工，打下了良好的基礎。