TB水電站截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

陳 俊，王福初，虞東亮，卿篤興，陳 鈺

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410014)

1 工程概況

TB水電站位于云南省迪慶州維西縣中路鄉(xiāng)境內(nèi)，距維西縣城公路里程約56km，距香格里拉(中甸)約269km，距昆明市約694km。其上游為里底水電站，下游為黃登水電站

水電站屬Ⅰ等大(1)型工程，樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪建筑物、右岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)等組成。擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高158.00m。地下廠房安裝4臺(tái)單機(jī)容量為350MW的混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量1400MW。

2 基本資料

2.1 水文氣象

TB水電站壩址區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為792.1mm，洪水主要由暴雨形成，洪枯流量相差懸殊，每年6—10月為汛期，11—次年5月為枯水期。

(1)設(shè)計(jì)洪水。壩址處各頻率旬平均設(shè)計(jì)流量見(jiàn)表1。

表1 TB水電站壩址處各頻率旬平均設(shè)計(jì)流量

(2)水位—流量關(guān)系。TB工程開(kāi)工后壩址區(qū)河道地形及水流條件發(fā)生了變化，在2021年4月最新測(cè)量的水下地形圖的基礎(chǔ)上，壩址區(qū)水位-流量關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 壩址區(qū)水位-流量關(guān)系 水位:m；流量：m3/s

2.2 地形地質(zhì)

(1)地形條件。自北往南奔流的瀾滄江，經(jīng)吉介土后大江即進(jìn)入長(zhǎng)約5km的“V”型峽谷區(qū)，至中路村出峽谷，壩址位于峽谷中段，地形較齊整，左岸地形坡度35°～55°，其中高程1635.00～1645.00m為殘存的Ⅱ級(jí)階地，最大寬度100.00m；右岸地形較陡，地形坡度一般為40°～55°，其中壩址中部高程1720.00m以下為臨河陡崖，以上地形變緩，地形坡度25°～45°。

(2)地質(zhì)條件。上游圍堰河床部位巖體相對(duì)較完整，屬Ⅲ類(lèi)巖體，局部為Ⅳ類(lèi)。兩岸邊坡表部巖體主要為Ⅳ類(lèi)。河床及左岸階地覆蓋層較厚，左岸階地覆蓋層(水上部分)的抗沖流速為0.7～1.5m/s，河床沖洪積物的抗沖流速為1.5～2.2m/s。

考慮到河床底部流速較斷面平均流速小，并且2020年實(shí)測(cè)流量超過(guò)3000m3/s，對(duì)應(yīng)斷面平均流速超過(guò)3m/s，故取截流戧堤處斷面平均抗沖流速為3m/s左右。

3 截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 截流時(shí)段及標(biāo)準(zhǔn)

截流時(shí)段的選擇一般是根據(jù)水文條件，選擇枯水期開(kāi)始的時(shí)段，同時(shí)盡可能增加截流后的圍堰施工工期。

根據(jù)NB/T 10491—2021《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，并考慮到本工程規(guī)模較大，且河床截流時(shí)間制約第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)間，因此截流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用11月上旬10年一遇旬平均流量751m3/s。

考慮到截流時(shí)間為11月上旬，則非龍口段預(yù)進(jìn)占時(shí)間選擇為10月下旬，所以非龍口段預(yù)進(jìn)占設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10月下旬10年一遇旬平均流量964m3/s。

3.2 截流方式

立堵截流是我國(guó)水電水利工程中傳統(tǒng)的截流方式，具有施工簡(jiǎn)單、快速經(jīng)濟(jì)、施工場(chǎng)地及交通布置較易解決、國(guó)內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)豐富等明顯優(yōu)點(diǎn)。單戧堤方案較雙戧堤方案物料組織協(xié)調(diào)難度小，按期截流保證率高，投資小。綜合分析，本工程推薦采用單戧立堵截流方式。

3.3 龍口位置及進(jìn)占方式的選擇

從地質(zhì)條件分析，左岸古河槽覆蓋層臺(tái)地，抗沖流速較小，而右岸多為基巖裸露，相對(duì)抗沖流速大。若龍口布置在左岸，合龍過(guò)程中，河床覆蓋層易被沖刷而引起截流戧堤塌滑失事，且此時(shí)在河床覆蓋層基本不被沖刷的前提下，預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度受限，龍口寬度相對(duì)較大，合龍拋投工程量及拋投強(qiáng)度均較大，增加了截流難度。

從施工條件分析，右岸地形較陡，而左岸地形較緩，便于施工道路布置，且左岸戧堤附近有比較寬闊的場(chǎng)地，作為截流施工場(chǎng)地及備料區(qū)。

因此，綜合考慮選擇將龍口設(shè)置于右岸。

龍口設(shè)置于右岸，在進(jìn)占過(guò)程中，河床不斷束窄，流速增大，上游水位抬升，為防止右岸邊坡沖刷或垮塌，需對(duì)右岸進(jìn)行岸坡保護(hù)，所以具體進(jìn)占方向?yàn)椋悍驱埧诙晤A(yù)進(jìn)占以由左岸向右岸單向進(jìn)占方式為主，同時(shí)對(duì)右岸進(jìn)行邊坡修整并做岸坡保護(hù)，龍口段進(jìn)占按由左岸向右岸單向進(jìn)占的方式。

3.4 截流戧堤布置及斷面型式

考慮圍堰能盡快形成基礎(chǔ)防滲墻施工平臺(tái)，以不影響圍堰混凝土防滲墻施工為原則，將截流戧堤布置于上游圍堰內(nèi)背水側(cè)，作為堰體的一部分，截流戧堤軸線與堰軸線平行，在圍堰軸線下游50.00m處。

截流戧堤設(shè)計(jì)斷面為梯形，其上游、下游及堤端邊坡均為1∶1.50。龍口段戧堤頂寬30.00m，按堤端邊坡1∶1.50對(duì)應(yīng)非龍口段戧堤頂寬22.50m，

3.5 截流水力計(jì)算

3.5.1計(jì)算的基本原則

(1)截流水力學(xué)屬恒定流。

(2)非龍口段預(yù)進(jìn)占，導(dǎo)流洞不分流，由束窄河床單獨(dú)泄流。

(3)龍口分流按梯形或者三角形過(guò)水?dāng)嗝娴膶掜斞吡饔?jì)算。

(4)不考慮上游河槽的調(diào)蓄作用，不計(jì)戧堤滲透流量。

3.5.2非龍口段水力計(jì)算及龍口寬度選擇

非龍口段預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度以進(jìn)占材料不流失及覆蓋層不被沖刷為原則，在右岸修整坡度并做岸坡保護(hù)預(yù)進(jìn)占約1m后，左岸不同預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度下龍口水力特性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 左岸不同預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度下龍口水力特性表

從表3可知，當(dāng)左岸預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度為15m時(shí)，龍口斷面平均流速為3.04m/s，接近河床覆蓋層抗沖流速，堤頭邊坡穩(wěn)定性較好，因此左岸預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度取15m，對(duì)應(yīng)的非龍口段戧堤頂高程取1627.500m。

此時(shí)對(duì)應(yīng)的龍口段戧堤頂(高程1625.000m)軸線長(zhǎng)度為41.5m，即龍口寬度為41.5m。

3.5.3龍口段水力計(jì)算

(1)導(dǎo)流洞分流能力。工程截流時(shí)，導(dǎo)流洞流態(tài)為無(wú)壓流，按寬頂堰流計(jì)算，①、②導(dǎo)流洞泄流曲線及其聯(lián)合泄流曲線見(jiàn)表4。

表4 ①、②導(dǎo)流洞泄流曲線表

龍口段合龍后由導(dǎo)流洞泄流，在設(shè)計(jì)流量751m3/s下，上游水位查表4為1623.093m，考慮預(yù)留一定安全超高，合龍段戧堤頂高程取為1625.000m。

(2)合龍水力學(xué)計(jì)算。在龍口段進(jìn)占過(guò)程中，導(dǎo)流洞與束窄河床聯(lián)合泄流，合龍過(guò)程中龍口段水力特性見(jiàn)表5，如圖1所示。

表5 合龍過(guò)程中龍口段水力特性表

圖1 合龍過(guò)程中龍口段水力特性曲線圖

3.6 龍口分區(qū)特性

3.6.1截流拋投料特性

截流拋投體粒徑及質(zhì)量主要取決于龍口流速，不同寬度龍口拋投料塊體粒徑及質(zhì)量按該區(qū)段可能出現(xiàn)的最不利水力條件計(jì)算。非龍口段、龍口段拋投料粒徑及質(zhì)量分別見(jiàn)表6—7。

表6 非龍口段拋投料粒徑及質(zhì)量表

3.6.2龍口分區(qū)

為便于施工時(shí)控制拋投材料，根據(jù)合龍過(guò)程中不同龍口寬度的水力學(xué)指標(biāo)及拋投料特性等，將截流龍口段劃分為3個(gè)區(qū)段，如圖2所示。

圖2 龍口分區(qū)示意圖

3.7 截流材料選擇及拋投物數(shù)量確定

根據(jù)截流工程的難易程度、巖石特性，截流拋投料物主要選擇石渣、中石、大石、特大石或鋼筋石籠(鋼筋石籠串)，但考慮到截流過(guò)程中不確定因素較多，為安全起見(jiàn)，有條件的情況下，可提前預(yù)制數(shù)個(gè)10t混凝土四面體以備不時(shí)之需。

鑒于截流水力條件較為復(fù)雜，同時(shí)導(dǎo)流洞進(jìn)、出口圍堰巖埂爆除及清渣存在一定的不確定性，因此截流備料很難達(dá)到既不浪費(fèi)又恰到好處的要求。

為保證順利截流合龍，備料量較設(shè)計(jì)會(huì)有所增加，考慮預(yù)進(jìn)占非龍口段備料比例為10%，龍口段大石、特大石(鋼筋石籠(串))備料比例為80%，龍口段石渣、中石備料比例為40%。非龍口段及龍口段不同分區(qū)拋投材料及其數(shù)量見(jiàn)表8。

表8 非龍口段及龍口段不同分區(qū)拋投材料及其數(shù)量表

3.8 龍口保護(hù)

右岸非龍口段邊坡修整結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)在右岸預(yù)進(jìn)占戧堤范圍內(nèi)進(jìn)行護(hù)岸。此外，應(yīng)對(duì)龍口護(hù)底。

由于非龍口段預(yù)進(jìn)占過(guò)程中，斷面平均流速較小，對(duì)河床覆蓋層影響較小，可不對(duì)預(yù)進(jìn)占河床進(jìn)行護(hù)底。而龍口段在合龍過(guò)程中，斷面平均流速最大值達(dá)到了4.87m/s，為防止河床覆蓋層嚴(yán)重沖刷，須進(jìn)行龍口護(hù)底。

按照DL/T 5741—2016《水電水利工程截流施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行護(hù)底，此時(shí)戧堤軸線上游仍有部分截流戧堤所在河床未護(hù)底，為安全起見(jiàn)，截流戧堤所在河床均應(yīng)護(hù)底，則護(hù)底范圍最終取值為：戧堤軸線下游約取36m，戧堤軸線上游約取34m，總護(hù)底長(zhǎng)度約為70m。護(hù)底的寬度為非龍口段預(yù)進(jìn)占之外的河床底寬約為5m。

護(hù)底與護(hù)岸拋投材料的粒徑按最大流速4.87m/s控制計(jì)算得0.53m，取0.53～0.70m(中石)，考慮備料比例為10%，則共需備料總量約為974m3，其中護(hù)底約230m3。

表7 龍口段拋投料粒徑及質(zhì)量表

4 龍口段施工強(qiáng)度分析

考慮拋投料流失系數(shù)，戧堤合龍段拋投量約為19353m3，按36h合龍計(jì)算，平均拋投強(qiáng)度為538m3/h，考慮1.2的不均勻系數(shù)，最大拋投強(qiáng)度為645m3/h。

上游龍口截流單車(chē)循環(huán)時(shí)間約20min，20t車(chē)按12m3裝載量考慮，則在備用比例為30%的情況下，20t自卸汽車(chē)共需要25臺(tái)(包含備用量6臺(tái))，戧堤頂寬30m，可同時(shí)布置3個(gè)卸車(chē)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)需卸0.32車(chē)/min。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及施工能力，可以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)語(yǔ)

截流規(guī)劃設(shè)計(jì)為實(shí)際截流施工過(guò)程提供了指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐，為T(mén)B水電站的成功截流奠定了基礎(chǔ)。

但截流規(guī)劃設(shè)計(jì)所采用的輸入?yún)?shù)與截流當(dāng)時(shí)的參數(shù)一般會(huì)存在出入，為確保截流順利完成，還應(yīng)加強(qiáng)截流過(guò)程中的水情預(yù)報(bào)及相關(guān)監(jiān)測(cè)工作，適時(shí)調(diào)整截流過(guò)程中的輸入輸出參數(shù)，充分做好截流前的準(zhǔn)備工作，完成截流前的工程形象面貌，并制定相應(yīng)的技術(shù)措施，采取有效的應(yīng)急措施等。