夾巖水利樞紐工程大江截流方案設(shè)計(jì)與施工

馬現(xiàn)軍 楊歲明 李威威

摘要：夾巖水利樞紐工程大江截流具有處在汛期末、擋水標(biāo)準(zhǔn)高、落差大等特點(diǎn)，制定合理的截流方案非常重要。在分析水文資料的基礎(chǔ)上，通過截流水力學(xué)計(jì)算，確定了截流戧堤高程及結(jié)構(gòu)、龍口分區(qū)及各分區(qū)材料，并制定了截流預(yù)進(jìn)占、龍口合龍、堰體加高等實(shí)施方案，成功實(shí)現(xiàn)了大江截流。簡(jiǎn)要介紹了截流設(shè)計(jì)方案及施工過程，并對(duì)成功截流進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：截流設(shè)計(jì);水力學(xué)計(jì)算;截流施工;戧堤填筑;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號(hào)：TV551.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.006

Abstract： The river closure of Jiayan Hydro-complex Project has the characteristics of closing at the end of flood season， high water retaining standard， and big level dropping. Formulating a reasonable closure plan is an important research issue. Based on the analysis of hydrological data， the elevation and structure of the closure dike， closure gap subdivision and closure materials for the subdivisions were determined through the river closure hydraulics calculation， and the implementation plan of river closure pre-advancement， closing closure gap， heightening the closure dike， etc was formulated. The river closure goal was successfully achieved. This paper briefly introduces the design and construction process of river closure， and summarizes the experience of successful river closure， which has reference significance for similar projects.

Key words：closure design; hydraulics calculation; closure construction; berm filling; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）位于貴州省畢節(jié)市及遵義市境內(nèi)，由水源樞紐工程、畢大供水工程和灌區(qū)骨干輸水工程三大部分組成，其中水源樞紐工程位于長(zhǎng)江流域?yàn)踅Я髁鶝_河七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河段，壩址處在六沖河中游潘家?guī)r處。

工程導(dǎo)流采用河床一次斷流、上下游土石圍堰擋水、導(dǎo)流洞泄流、主體工程全年施工的導(dǎo)流方式。

夾巖工程于2017年9月30日順利完成大江截流。由于截流時(shí)段仍處于洪水期末且截流落差較大，致使截流施工難度較高。在仔細(xì)分析水文氣象資料的基礎(chǔ)上，通過截流水力學(xué)計(jì)算，在龍口進(jìn)占時(shí)針對(duì)不同的水流流態(tài)及時(shí)調(diào)整拋投方式，并采取步步跟進(jìn)的措施，最終確保了成功截流。

2 截流設(shè)計(jì)

2.1 截流時(shí)段和標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃和SL 303-2017《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定[1]，截流標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇9月下旬旬平均流量，截流流量為121m3/s，截流時(shí)間確定為9月30日。

2.2 截流方式

根據(jù)夾巖工程壩址的地形和施工條件，具備立堵截流條件，且該工程截流落差相對(duì)較大，因此采用立堵方式截流。截流戧堤左岸地形相較右岸平坦，便于堆放截流材料和布置施工道路，因此龍口位置設(shè)在右岸，截流采用從左岸向右岸進(jìn)占的單戧立堵法，截流填筑料選擇左岸潘家?guī)r腳棄渣場(chǎng)開挖棄料。

截流施工時(shí)，參照中國(guó)水利水電第十二工程局類似工程經(jīng)驗(yàn)及水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院專家的咨詢建議，采用全斷面齊頭并進(jìn)和大塊石或特大塊石、鋼筋石籠裹頭保護(hù)的截流方案，確保截流一次成功。

2.3 截流戧堤布置及龍口位置選擇

因?qū)Я鞫催M(jìn)口緊臨峽谷出口處，為盡可能減少截流時(shí)受河道地形影響而增大水位壅高值，同時(shí)避免截流拋投的大塊體漂移影響防滲墻施工，將上游截流戧堤布設(shè)在上游圍堰下游側(cè)，距圍堰中心線60 m。

寬戧截流是介于雙戧和單戧截流之間的一種技術(shù)，可以彌補(bǔ)雙戧截流拋投強(qiáng)度要求大、組織復(fù)雜等缺點(diǎn)。在拋投強(qiáng)度不高、交通條件差的條件下適應(yīng)性很強(qiáng)[2]。由于夾巖工程截流落差大，為減少龍口流速和加快施工進(jìn)度，采用寬戧堤截流，戧堤頂寬15.0 m，河床截流后該戧堤結(jié)構(gòu)將成為上游土石圍堰堰體的一部分。

2.4 截流水力學(xué)計(jì)算

根據(jù)夾巖工程水文特性、截流流量、截流施工條件，針對(duì)截流過程中的不同階段，采用相應(yīng)的水力學(xué)計(jì)算公式，依據(jù)導(dǎo)流洞泄流曲線及龍口泄流曲線分析計(jì)算，截流龍口計(jì)算成果見表1。

2.5 截流戧堤高程及結(jié)構(gòu)確定

河床高程為1 210.0 m，經(jīng)計(jì)算相應(yīng)截流戧體前水位為1 222.75 m，確定截流堤頂高程為1 224.0 m。由于夾巖工程截流落差大，為減少龍口流速并加快施工進(jìn)度，采用寬戧堤截流，戧堤頂寬15 m，上下游邊坡為1∶1.5，戧堤最大填筑高度為15.0 m，單個(gè)堤頭采用2～3輛自卸汽車同時(shí)拋投。

2.6 截流材料及龍口分區(qū)

根據(jù)截流水力計(jì)算成果分析，當(dāng)龍口底寬為20～5 m之間時(shí)，龍口流速最大，截流難度也最大，施工前采取護(hù)底措施，施工中適時(shí)采取拋投大塊石、特大石等大物料截流。

根據(jù)截流的水力條件、工地的起重運(yùn)輸設(shè)備條件及截流材料的獲得、裝運(yùn)、拋投條件等[3]，采用渣場(chǎng)存儲(chǔ)的開采石料及石料場(chǎng)新開采塊石料選擇截流拋投料。

截流材料的尺寸取決于龍口流速及拋投材料抗沖流速， 根據(jù)計(jì)算成果，截流龍口處材料特性指標(biāo)見表2。

戧堤施工分為非龍口段和龍口段。龍口段根據(jù)截流水力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分區(qū)，拋投料分區(qū)見圖2。根據(jù)各區(qū)不同流速計(jì)算上游戧堤進(jìn)占各類材料用量計(jì)劃，截流材料按照龍口計(jì)算工程量的150%～200%備料。特大石均重量為7～20 t，粒徑為1.5～3.2 m;大塊石重量為3～7 t，粒徑為0.8～1.5 m。截流戧堤材料工程量詳見表3。

3 截流施工

3.1 截流備料場(chǎng)規(guī)劃

上游圍堰截流備料料場(chǎng)布置在潘家?guī)r腳渣場(chǎng)和石料場(chǎng)渣場(chǎng)，特大石備料場(chǎng)布置在導(dǎo)流洞施工支洞口及戧堤上下游龍口附近，大塊石備料場(chǎng)布置在石料場(chǎng)渣場(chǎng)，石渣料和中石料料場(chǎng)布置在潘家?guī)r腳渣場(chǎng)，下游圍堰截流備料料場(chǎng)布置在陳家溝渣場(chǎng)。

3.2 截流預(yù)進(jìn)占

根據(jù)截流戧堤設(shè)計(jì)和截流施工道路布置等條件，夾巖工程截流采用左岸預(yù)進(jìn)占，預(yù)留龍口寬約45 m。預(yù)進(jìn)占采用自卸汽車運(yùn)輸至戧堤端頭，端進(jìn)法卸料，戧堤行車路線布置3車道，堤頭全面拋投。預(yù)進(jìn)占分兩次進(jìn)行。

（1）第一次預(yù)進(jìn)占為非龍口段，采用石渣料作為防滲施工平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)防滲施工，每次按5 m進(jìn)占，到位后，采用特大塊石作裹頭保護(hù)，保護(hù)水位以下預(yù)進(jìn)占戧堤不被水流沖刷淘空。至進(jìn)占結(jié)束時(shí)，龍口水面寬度16 m，龍口頂寬34.6 m，龍口水深約7 m，水面高程1 213.2 m。

因河底沖刷較大，龍口進(jìn)占先采取自卸車裝特大石直接倒入沖砸至河底，并用反鏟在戧堤軸線上下游各30 m內(nèi)的河底勻采用一層特大石及大塊石護(hù)底，反鏟作業(yè)高程高出水面約2 m，形成小臺(tái)階來回作業(yè)，每次用反鏟進(jìn)占2～3 m后，再用大塊石及石碴壓坡，以此循環(huán)。

（2）第二次龍口預(yù)進(jìn)占在截流前3 d進(jìn)行，按10 a一遇9月下旬旬平均流量121 m3/s為控制流量。先采取自卸車裝特大石直接倒入沖砸至河底，并用反鏟在戧堤軸線上下游各30 m內(nèi)的河底勻采用二層特大石及大塊石護(hù)底，反鏟作業(yè)高程高出水面約2～5 m，形成小臺(tái)階來回作業(yè)，每次用反鏟進(jìn)占2 m后，再用大塊石及石碴壓坡，以此循環(huán)，逐漸進(jìn)占至龍口頂寬度為12.6 m，完成Ⅱ～Ⅴ區(qū)進(jìn)占。

3.3 龍口合龍施工

3.3.1 龍口進(jìn)占施工

龍口段主要采用全斷面推進(jìn)和凸出上游挑角法兩種進(jìn)占方式[4]，具體施工方法如下。

（1）凸出上游挑角法。在堤頭上游側(cè)或下游側(cè)與戧堤軸線成20°～30°方向，順?biāo)飨蛴锰卮髩K石拋填形成2～3個(gè)防沖磯頭，在防沖磯頭下游側(cè)形成回流區(qū)（紊流），大塊石和中小石尾隨進(jìn)占。

（2）全斷面推進(jìn)。在水力條件較好、護(hù)底穩(wěn)定時(shí)采用塊石滿足要求，3個(gè)卸料點(diǎn)進(jìn)占不分先后、齊頭并進(jìn)。

根據(jù)計(jì)算成果以及實(shí)測(cè)上下水位龍口落差、上游流量、龍口估算流速及水流流態(tài)，進(jìn)占過程中采用以下方式。

（1）I～I(xiàn)I區(qū)采用全斷面拋投進(jìn)占，用特大塊石拋填護(hù)底，每次護(hù)底循環(huán)進(jìn)占約2～3 m，再用大塊石和中小石尾隨進(jìn)占。裹頭保護(hù)用大塊石護(hù)至高程1216.0 m（高出水面約2 m）。

（2）III～Ⅳ區(qū)采用上挑角法，順?biāo)飨蛴锰卮髩K石拋填形成2～3個(gè)防沖磯頭，防沖磯頭由龍口下游端向上游逐級(jí)或由龍口上游端向下游交換進(jìn)行，采用反鏟堆放穩(wěn)定，每次護(hù)底循環(huán)進(jìn)占約2 m，再用大塊石和中小石尾隨進(jìn)占。裹頭保護(hù)用大塊石護(hù)至高程1 218.0 m。

（3）Ⅴ區(qū)采用上挑角法，順?biāo)飨蛴锰卮髩K石拋填形成3個(gè)防沖磯頭，防沖磯頭由下游端向上游逐級(jí)采用反鏟堆放穩(wěn)定，每次護(hù)底循環(huán)進(jìn)占約2 m，再用特大塊石及大塊石尾隨進(jìn)占，最后用組合鋼桁架抗沖;裹頭保護(hù)用大塊石護(hù)至高程1 220.5 m，龍口戧堤頂高程為1 223.0 m，全斷面進(jìn)占直至合龍。

3.3.2 堤頭拋投施工

堤頭拋投采用直接拋投、集中推運(yùn)拋投和卸料沖砸拋投3種施工方法，各方法具體操作如下。

（1）直接拋投。自卸汽車運(yùn)料至堤頭后直接卸料入水中，少量渣料由推土機(jī)配合推入水中。

（2）集中推運(yùn)拋投。在堤頭坍塌較嚴(yán)重，自卸汽車不便靠近堤頭直接拋入水中時(shí)，自卸汽車卸料在堤頭頂上，由大功率推土機(jī)將渣料集中推入水中。

（3）卸料沖砸拋投。將特大塊石從自卸汽車上直接卸料拋入水中，沖砸拋投。

為此，龍口進(jìn)占時(shí)將坡比調(diào)整為1∶0.55至1∶1，使特大石及大塊石料快速?zèng)_砸到河床底，增加拋投體的穩(wěn)定性。

3.4 堰體臨時(shí)斷面加高

由于汛期截流風(fēng)險(xiǎn)較大，由原設(shè)計(jì)擋P=20%、Q=203 m3/s的洪水標(biāo)準(zhǔn)，提高到擋P=10%、Q=301 m3/s的洪水標(biāo)準(zhǔn)，以高程1 228.0 m作為上游端堰體防汛控制高程，因此需要在2017年9月30日截流后盡快加高堰體上游端的臨時(shí)斷面，5 d內(nèi)填筑達(dá)到高程1 228.0 m擋水標(biāo)準(zhǔn)，填筑量約6萬m3，施工強(qiáng)度太大，且在這5 d內(nèi)洪水隨時(shí)可能發(fā)生。為此采取以下措施同時(shí)并進(jìn)。

（1）為減少堰體上游端臨時(shí)斷面的填筑量，利用截流前時(shí)段先期進(jìn)占，9月19～27日，共計(jì)填筑3.8萬m3，進(jìn)占約30 m，但存在龍口進(jìn)占時(shí)水位壅高較快問題。分析后發(fā)現(xiàn)，截流戧堤軸線以上至上游懸索橋約300 m長(zhǎng)范圍內(nèi)兩岸陡峻、河面寬度較一致，故回水壅高較快，造成龍口段水位落差、流速增大。

（2）通過水情標(biāo)段的水情雨情預(yù)測(cè)，9月26日至10月5日10 d內(nèi)最大流量為80 m3/s，故對(duì)龍口Ⅴ區(qū)的戧堤高程控制在高程1 220.5 m（進(jìn)占戧堤高程為高程1 224.0 m），隨后在戧堤軸線上下游各25 m范圍內(nèi)用大塊石進(jìn)行護(hù)底、固坡保護(hù)，形成斷面為底寬5.7 m、頂寬13 m、深3.5 m的泄水槽，當(dāng)超標(biāo)洪水來時(shí)，可確保防滲施工設(shè)備及人員安全。

3.5 下游圍堰戧堤施工

經(jīng)計(jì)算，相應(yīng)下游截流戧體水位為1 209.8 m，確定截流堤頂高程為1 212.0 m，并兼做灌漿施工平臺(tái)高程，堤頂寬6 m，最大填筑高度為5.5 m。截流戧堤施工中，根據(jù)實(shí)際水位情況，使截流戧堤臨時(shí)斷面堤頂高程始終保持在高于水面高程0.5 m以上。

由于上下游圍堰間隔較遠(yuǎn)，軸線間距約1.0 km，且落差不大，當(dāng)上游圍堰截流后，區(qū)間內(nèi)水位回落相對(duì)較慢，故下游圍堰戧堤滯后于上游圍堰戧堤，在上游圍堰合龍后，再進(jìn)行下游圍堰戧堤的拋填施工，基本上在靜水中拋填。

4 結(jié) 論

（1）拋投強(qiáng)度對(duì)截流順利實(shí)施至關(guān)重要，要按照截流高峰強(qiáng)度提前儲(chǔ)備截流材料，并利用截流處地形臨近布置儲(chǔ)備料場(chǎng)。夾巖工程截流材料按照龍口計(jì)算工程量的150%～200%備料，特別是受益于石料場(chǎng)備有充足的特大石及大塊石料，對(duì)龍口處的護(hù)底及裹頭保護(hù)，起到關(guān)鍵作用。

（2）龍口段截流進(jìn)占過程中，要及時(shí)根據(jù)不同的水流流態(tài)調(diào)整拋投方式。本次龍口進(jìn)占中采取步步跟進(jìn)的措施，Ⅰ～Ⅲ區(qū)水位每次提升不大于50 cm，進(jìn)占寬度每次為2～3 m;Ⅲ～Ⅳ區(qū)水位每次提升不大于40 cm，進(jìn)占寬度每次為2 m;Ⅳ～Ⅴ區(qū)水位每次提升不大于40 cm，進(jìn)占寬度每次為2 m。當(dāng)上游水位達(dá)到高程1 216.3 m后，龍口進(jìn)占難度增大后，現(xiàn)場(chǎng)順?biāo)飨蛴锰卮髩K石拋填形成3個(gè)防沖磯頭，最后采用1只5 m×5 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高）由22號(hào)工字鋼、20號(hào)槽鋼組合成鋼桁架籠，沉入龍口軸線上游側(cè)，并采用1塊約19 t重的特大石保護(hù)右岸邊坡的抗沖刷。

（3）在仔細(xì)分析水文氣象資料的基礎(chǔ)上，通過截流水力學(xué)計(jì)算，制定了合理的夾巖工程大江截流方案。通過精心組織、有序安排及實(shí)施時(shí)及時(shí)調(diào)整拋投方式，成功實(shí)現(xiàn)了大江截流，可為類似工程的截流設(shè)計(jì)和施工積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] SL 303-2017水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 高利軍. 官地水電站工程截流優(yōu)化研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8（6）：127-130.

[3] 高鵬. 向家壩水電站大江截流設(shè)計(jì)與施工[J]. 人民長(zhǎng)江，2015，46（2）：67-70.

[4] 王繼敏. 雅礱江錦屏二級(jí)水電站大江截流設(shè)計(jì)與施工[J]. 人民長(zhǎng)江，2013，44（1）：89-91.

（編輯：唐湘茜）