截流龍口河床精確拋投護底施工技術(shù)研究

孫 廣 亮， 李 洪 林， 劉 偉 偉

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

1 概 述

拉哇水電站位于金沙江上游河段西藏自治區(qū)和四川省的界河上，是金沙江上游13級開發(fā)方案中的第8級。該電站屬一等大(Ⅰ)型工程，水庫正常蓄水位2 702 m，相應庫容23.14億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。電站安裝4臺500 MW機組。電站樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪洞、右岸泄洪放空洞、右岸地下廠房等建筑物組成。面板堆石壩壩頂高程2 709 m，最大壩高239 m。大壩施工采用圍堰一次性攔斷河床、隧洞導流方式。該電站壩址區(qū)河床覆蓋層最大深度達71 m，其中堰塞湖相沉積低液限黏土和粉土層厚約50 m。上游圍堰最大堰高60 m，置于深厚覆蓋層上，圍堰、基坑聯(lián)合邊坡最大高度達130 m，沉降和水平變形大，其穩(wěn)定問題和施工安全問題顯得尤為重要[1]。

2018年10～11月在水電站上游西藏自治區(qū)昌都市江達縣和四川省甘孜藏族自治州白玉縣境內(nèi)發(fā)生兩次山體滑坡，形成白格堰塞湖。白格堰塞湖潰堰洪水過后，水電站壩址區(qū)河床平均降低1～2 m，上游圍堰堰址及大壩基坑段在工程截流期間的水位、流速、流量、水深等均發(fā)生較大改變，表層Qal-5砂卵石層厚度僅1～8 m，抗沖能力差，需要在龍口截流前對河床進行護底加固[2]。

2 動床截流拋投進占試驗

根據(jù)截流前現(xiàn)場實際施工條件，工程截流方式采用單戧寬戧堤從左向右單向進占、立堵截流。對右岸截流戧堤范圍、現(xiàn)有岸線道路⑩-2拓寬2～3 m，并采用塊徑0.8 m以上的大塊石、1 m×1 m×2 m的鋼筋石籠對裹頭加強保護，左岸預進占范圍從圍堰軸線以上部分延長至圍堰下游端，提升“渠化”能力、減慢河流流速[3]。在圍堰下游端增加丁壩，以雍高截流戧堤下游水位、降低截流戧堤部位落差和降低戧堤龍口部位流速。

電站截流時段選在11月下旬。通過水力學計算成果分析論證和截流模型試驗成果驗證，截流標準采用11月10年一遇月平均流量，相應設計流量639 m3/s。

工程截流前，委托中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司進行動床截流拋投進占試驗。試驗成果表明，水電站工程截流具有以下特點：

(1)11月平均流量639 m3/s，水電站工程截流龍口落差達9.41 m、龍口最大流速達11.3 m/s。模擬拋投進占過程中，當龍口寬23 m、10 m時，戧堤軸線處的最大流速分別達7.85 m/s和8.66 m/s。水電站截流戧堤龍口落差、流速均優(yōu)于國內(nèi)其他水電工程。

(2)導流洞進口高程較高，戧堤截流時分流能力較差。當Q=639 m3/s時，龍口頂寬59.17 m、底寬35.65 m、水面寬38.50 m時，導流洞分流比僅8.25%；當龍口頂寬39.17 m、底寬20.02 m、水面寬26 m時，導流洞分流比才51.52%。

(3)實際截流進占中，受到高速水流沖刷，圍堰截流戧堤水下部分呈陡坡狀(圖1)，戧堤易坍塌、河床易沖蝕、拋投料損失大，需要增加河床護底。

圖1 圍堰截流戧堤水下部分呈陡坡狀示意圖

(4)根據(jù)截流動床模型試驗成果，按11月份20年一遇洪峰流量1 060 m3/s進行預進占，龍口頂部寬度59.17 m，水面寬度38.5 m、龍口底寬35.65 m、戧堤區(qū)最大流速5.47 m、戧堤軸線最大流速4.71 m/s、水深9.38 m。

(5)由于導流洞工程量大、工期緊，截流戧堤預進占階段導流洞不具備過流條件，導流洞進口實際水位均超過2 545 m，戧堤區(qū)流速大、沖刷嚴重、預進占及龍口護底施工困難。

(6)水力模型試驗成果表明，11月平均流量639 m3/s，水電站工程截流龍口落差達9.41 m、龍口最大流速達11.3 m、堤頭上挑角最大流速超過3.56 m/s、戧堤軸線水深超過8.34 m，最大龍口水流單位功率達79.39 t·m/(s·m)。在模擬拋投進占過程中，當龍口寬23 m、10 m時,戧堤軸線處的最大流速分別達7.85 m/s和8.66 m/s。無論是截流戧堤龍口落差還是流速，該電站均優(yōu)于國內(nèi)其他水電工程。因此，施工前必須進行深入研究，根據(jù)現(xiàn)場情況優(yōu)化和細化施工方案，備足大塊石、鋼筋石籠、合金網(wǎng)兜、四面體、塊石串等截流材料，提前準備施工機械設備和人力，組織工程截流預演。

(7)高落差、高流速，導致龍口拋投石料沖損嚴重。在11月平均流量639 m3/s的情況下，模擬拋投進占使用整個截流合龍階段拋投石料流失率超過33.07%，鋼筋石籠和鋼筋石籠串流失率分別達48%和25.43%。

3 護底結(jié)構(gòu)設計與施工

對于覆蓋層河床截流，為減小水流對覆蓋層河床的沖刷，確保截流過程中的安全可靠，就必須考慮采取護底措施。電站上游圍堰堰基河床覆蓋層深厚，含有深達50 m的堰塞湖相沉積低液限黏土和粉土層，表層Qal-5砂礫石層最薄處僅1 m。為減輕河床沖刷、減少龍口拋投量、縮短截流時間，確保戧堤截流拋填順利實施，采用大塊石、鋼筋石籠等進行護腳、護底。河床護腳、護底范圍為流速較大的戧堤軸線上游15 m～下游45 m區(qū)域，即護底范圍為S0-090.00～S0-030.00；護底寬度為戧堤拋填進入最困難階段時龍口頂寬39.17 m所對應的龍口底寬20 m。

(1)根據(jù)以往工程實踐，鋼筋石籠的穩(wěn)定性明顯高于現(xiàn)場的一般石料，且具有易于取材、透水性好的特點，所以，水電站截流龍口護底結(jié)構(gòu)采用了兩層鋼筋石籠，單只鋼筋石籠規(guī)格為2 m×1 m×1 m(長×寬×厚)，石籠主次筋均采用Φ20 mm鋼筋。鋼筋網(wǎng)格間距20 cm，采用電焊連接。鋼筋石籠內(nèi)碼放塊石，周邊塊石粒徑不小于30 cm，內(nèi)部充填密實，巖塊飽和抗壓強度不小于30 MPa。鋼筋石籠之間采用Φ20 mm鋼筋環(huán)連接。戧堤護腳采用塊徑不小于0.8 m的大塊石。根據(jù)測算，龍口護底所需鋼筋石籠約1 600 m、護腳大塊石約1 260 m3。

(2)根據(jù)護底期間戧堤區(qū)域水位、流速、水面寬度、河床高程及鋼筋石籠尺寸、重量等特性，本工程鋼筋石籠采用人工配合75 t汽車吊機進行定位安放，護腳大塊石利用反鏟挖掘機拋投。護腳大塊石拋投前，先貼近水面修筑作業(yè)平臺，便于反鏟挖掘機將大塊石拋投到位、確保戧堤穩(wěn)定。

護底鋼筋石籠的安放順序采用從下游向上游、自戧堤向河床方向分層安放。在龍口河床護底鋼筋石籠安放時，75 t汽車吊機要停放在貼近水面高程的作業(yè)平臺上。護底鋼筋石籠安放前，分別在河床兩岸平行于戧堤軸線和垂直于戧堤軸線方向測量放樣鋼筋石籠沉放基準點，在鋼筋石籠安放區(qū)域張拉帶有醒目標識的標尺繩。鋼筋石籠在水上安放時，兩岸分別安排1名測量人員采用拉標尺繩的方式進行精確定位，同時安排測量人員利用全站儀對入水前鋼筋石籠的拋投定位進行校核，初步形成網(wǎng)格化投放鋼筋石籠的作用。在鋼筋石籠拋投施工中，有專人負責詳細繪制、記錄每只鋼筋石籠的定位坐標并繪制出鋼筋石籠定位投放的平面布置圖，避免鋼筋石籠擺放錯位、堆疊。

(3)受高速水流影響，鋼筋石籠在沉放過程中極易發(fā)生漂移，最終落點與預定坐標存在較大偏差。鋼筋石籠沉放前，現(xiàn)場測量不同區(qū)域水位、水深、流速，并通過在鋼筋石籠上綁系浮球的方式測量石籠漂移距離，據(jù)此修正鋼筋石籠實際沉放坐標。

(4)連接鋼筋石籠的鋼絲繩脫鉤是高速水流下鋼筋石籠水下安放的一個難題。因為鋼筋石籠一旦接觸到水面，受高速水流沖刷影響極易造成75 t汽車吊機失穩(wěn)，容易引發(fā)事故。為了截流施工順利實施，項目技術(shù)人員通過現(xiàn)場反復試驗，采用在鋼筋石籠吊索與汽車吊鉤之間增加一臺遠程遙控自動脫鉤器，避免了投放鋼筋石籠與水面接觸受流速影響的問題，同時，也加快了投放鋼筋石籠脫鉤的速度，確保了鋼筋石籠護底施工進度和吊裝安全可控。

4 結(jié) 語

大江截流龍口河床鋼筋石籠護底精確定位投放施工技術(shù)，解決了在高寒高海拔地區(qū)由堰塞湖相沉積形成的軟弱覆蓋層這種復雜地形地質(zhì)條件下的水利水電工程截流施工龍口護底問題[4]，同時，也解決了采用船只和棧橋護底施工的技術(shù)難題，該技術(shù)是立堵戧堤截流護底的一種新思路[5]。截流護底施工技術(shù)對國內(nèi)其他低抗沖流速湖相沉積層類似的深厚覆蓋層河床截流施工具有借鑒和推廣意義，尤其是金沙江流域抗沖流速低、覆蓋層深厚的區(qū)域，可普遍推廣。