大壩工程主河床截流施工方案概述與工程特點(diǎn)分析

王 立

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

我國(guó)科技水平不斷提升，截流技術(shù)水平也隨之提高，將截流技術(shù)合理運(yùn)用在大壩工程中，能夠有效提升截流施工質(zhì)量。因此，大壩行業(yè)應(yīng)該基于大壩工程施工要求，明確界定截流施工方案，保證截流施工作業(yè)處于有序進(jìn)行的狀態(tài)，避免由于截流技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)影響大壩工程施工質(zhì)量?；诖?，本文針對(duì)大壩工程主河床截流施工方案概述與工程特點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1 大壩工程主河床截流施工特點(diǎn)分析

金川水電站位于四川省阿壩州金川縣境內(nèi)的大渡河上游河段，是大渡河干流規(guī)劃的第6 個(gè)梯級(jí)電站，上游與雙江口水電站相銜接、下游為安寧水電站。工程壩址距成都市公路里程約425km，對(duì)外交通方便。采用壩式開發(fā)，工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型，正常蓄水位2253m。擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程2258m，寬10m，最大壩高112m。電站總裝機(jī)容量為860MW，安裝4 臺(tái)單機(jī)容量215MW 的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

本工程初期截流采用圍堰全年擋水，右岸截流洞及泄洪放空洞過(guò)流的截流方式。河床截流擬安排在2021 年11 月下旬，截流方式為從左岸向右岸單戧立堵截流，戧堤3 臺(tái)車輛平行并進(jìn)，每輛車的拋料時(shí)間不超過(guò)2min，以滿足拋投強(qiáng)度要求。戧堤水下部分填筑采用拋填方式完成，上游截流戧堤土石料及截流龍口特殊料主要從上游2#渣場(chǎng)及截流備料場(chǎng)回采，為減小截流難度，降低龍口上下游水位差，下游戧堤緊跟上游合龍后合龍，下游戧堤料從上游2#渣場(chǎng)回采。

2 大壩工程主河床截流施工方案分析

大壩工程主河床截流施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，受外部客觀因素影響，會(huì)對(duì)截流施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[1]。如采用混凝土材料進(jìn)行截流施工，可采用分階段截流施工方法。如果在土壩位置進(jìn)行合流，則可直接采用截流合流的方法，避免大水對(duì)壩體的沖刷作用。在主河床上進(jìn)行合流施工時(shí)，應(yīng)采用分段、分區(qū)方式進(jìn)行合流處理，需要先在隧道位置進(jìn)行，再在排水孔處進(jìn)行。

水文地質(zhì)條件也會(huì)對(duì)截流施工產(chǎn)生直接影響。在充分了解施工時(shí)的流量、水流特性、含泥量、含砂量后，確定施工工藝。在降雨量大的夏季，河流流量相對(duì)較大。當(dāng)河道較窄時(shí)，許多河水會(huì)直接流入基坑，使基坑受到洪水的影響。一旦水流含沙量高，就會(huì)直接影響到基坑的高程，此時(shí)，基坑的位置就會(huì)變淺，對(duì)后續(xù)的截流施工產(chǎn)生不利影響。為確?；拥奈恢貌皇芩绊?，必須采用河床或明渠進(jìn)行排水處理[2]。

同時(shí)，地形條件和地貌條件也會(huì)對(duì)大壩工程的建設(shè)位置產(chǎn)生不利影響。此時(shí)，有必要科學(xué)地使用封閉方法。如果壩址地勢(shì)平坦，應(yīng)合理采用明渠截流法和分階段截流法。當(dāng)?shù)匦螚l件崎嶇時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形條件和地貌條件選擇合適的截流方式。在大壩工程使用截流技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)基于具體情況選用合適的截流方式，規(guī)劃設(shè)計(jì)好截流流程，首先，應(yīng)該按照施工環(huán)境以及施工條件，明確界定大壩工程項(xiàng)目截流計(jì)劃，規(guī)劃設(shè)計(jì)好大壩工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)，在確定好工程截流計(jì)劃后，采取一次性攔截方式，分別使用涵管方式、明渠方式、渡槽方式進(jìn)行施工，在完工后重點(diǎn)檢查基坑位置是否受到河水淹沒(méi)影響，若是采取分期截流方式，應(yīng)該確定好施工時(shí)需要使用的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行問(wèn)題處理，能夠有效提高大壩工程截流技術(shù)應(yīng)用效果[3]。

在確定好截流計(jì)劃以后，細(xì)化管理計(jì)劃細(xì)節(jié)，選擇好大壩截流施工時(shí)運(yùn)用的施工設(shè)備、施工進(jìn)度安排、施工成本投入量，對(duì)大壩工程截流計(jì)劃開展可行性分析，避免在截流施工中由于缺少管理依據(jù)出現(xiàn)人力物力浪費(fèi)的情況。

3 大壩工程主河床截流強(qiáng)度分析

3.1 車輛通行能力計(jì)算

金川水電站戧堤填筑及截流施工主干道L3 為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，已形成路面寬度9.0m，行車道寬度4.0m，最小轉(zhuǎn)彎半徑20.0m，最大縱坡9%，超高5%，為泥結(jié)石路面填筑期間主要為32t 和25t 重型貨車。

3.1.1 道路通行能力計(jì)算

基本通行能力計(jì)算：基本通行能力指道路與交通處于理想狀況下，每一條車道在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的最大交通量。

作為理想的道路條件，主要是車道寬度應(yīng)不小于3.65m，路旁的側(cè)向余寬不小于1.75m，縱坡平緩并有開闊的視野、良好的平面線形和路面狀況。作為交通的理想條件，主要是車輛組成單一的標(biāo)準(zhǔn)車型汽車，在一條車道上以相同的速度連續(xù)不斷地行駛，各車輛之間保持與車速相適應(yīng)的最小車頭間隔，且無(wú)任何方向的干擾。

在這樣的情況下建立的車流計(jì)算模式所得出的最大交通量，即基本通行能力，根據(jù)《通行能力手冊(cè)》其公式如下：

基本通行能力：

式中：

υ：行車速度：km/h，本工程取15Km/h。

t0：車頭最小時(shí)距：s。

l0：車輛最小間距：m。

lc：車輛平均長(zhǎng)度：m；取10.0m。

la：車輛間的安全距離：m。

lz：車輛間制動(dòng)距離：m。

lf：司機(jī)在反映時(shí)間內(nèi)行駛的距離。

l0=lf+lz+la+lc。

其中：

la：車輛間的安全距離，一般是行車速度小時(shí)千米數(shù)對(duì)應(yīng)的米數(shù)。100km/h 安全距離100m；60km/h 則安全距離60m；40km/h 則安全距離40m。但是20km/h 則安全距離10m；15km/h 則安全距離5m，為保證安全本項(xiàng)目填筑重車上、下坡較多，安全距離按照50.0m 計(jì)算。

lz：一般情況下車輛間制動(dòng)距離見表1，本工程重車較多，制動(dòng)距離選取10.0m。

表1

lf：司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間一般為：復(fù)雜性選擇判斷時(shí)間為1s～3s；復(fù)雜性判斷和認(rèn)識(shí)的反應(yīng)時(shí)間為3s～5s；為安全考慮，場(chǎng)內(nèi)交通司機(jī)反映時(shí)間按照5s 考慮，則對(duì)應(yīng)行駛距離=15000÷3600×5=20.0m。

則有：

3.1.2 實(shí)際通行量

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)際通行能力如下：

為便于計(jì)算，壩體填筑自卸汽車參數(shù)按照統(tǒng)一參數(shù)計(jì)算。本項(xiàng)目采用32t 和25t 自卸汽車運(yùn)輸，32t 自卸汽車按12m3考慮，25t 自卸汽車按9m3考慮，數(shù)量按32t 自卸汽車15 臺(tái)，25t 自卸汽車60 臺(tái)。

最大每小時(shí)運(yùn)輸強(qiáng)度為：

（15×12+60×9）×3=2160m3/h

3.2 截流強(qiáng)度分析計(jì)算

戧堤頂寬25m，按3 車道布置，可同時(shí)布置3 個(gè)卸車點(diǎn)，左右岸同時(shí)進(jìn)占即為6 個(gè)卸車點(diǎn)，戧堤堤頭拋投料物有以下幾種方式：

1.自卸汽車直接卸料，循環(huán)時(shí)間為1.0～1.5min。

2.堤頭集料時(shí)，汽車卸料和推土機(jī)趕料的循環(huán)時(shí)間按3.0～3.5min，綜合考慮，自卸汽車堤頭卸料循環(huán)時(shí)間按3.0min 計(jì)算。

3.龍口截流材料平均運(yùn)距約2.2km，單車循環(huán)時(shí)間約19.56min，配置運(yùn)輸設(shè)備堤頭最大小時(shí)卸料能力為（15×12+60×9）×2=1440m3/h，考慮1.5 倍系數(shù)，平均填筑強(qiáng)度為1440÷1.5=960m3/h（約需106 車）。

2021 年11 月?lián)駲C(jī)適時(shí)進(jìn)行上游戧堤龍口合龍。龍口段長(zhǎng)度60m，總拋投量為30874m3（含備用料1.5 倍：46311m3），按上述最大拋投強(qiáng)度計(jì)算平均拋投強(qiáng)度時(shí)間為30874÷960=32.16h?？紤]1.5 的施工不均勻系數(shù)，最大拋投強(qiáng)度為1440m3/h（約需要150 車）。

3.3 截流水力計(jì)算

根據(jù)《大壩水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》第六章<截流設(shè)計(jì)與水流計(jì)算>P529 第二節(jié)“截流水力計(jì)算”相關(guān)內(nèi)容，在截流過(guò)程中，截流設(shè)計(jì)流量分配按下式計(jì)算：

Qr=Q+Qi+Qa+Qs

式中：

Qr——截流設(shè)計(jì)流量。

Q——龍口流量。

Qi——分流建筑物中通過(guò)的流量(分流量)。

Qac——上游河床中的調(diào)蓄流量。

Qs——戧堤滲流量。

通常Qac 和Qs 作為安全儲(chǔ)備可以不計(jì)，則有：

Qr=Q+Qi

本工程中不計(jì)Qac 和Qs，根據(jù)工程實(shí)際情況，截流時(shí)間按照11 月25 日考慮，截流標(biāo)準(zhǔn)確定為十年一遇旬平均流量，截流設(shè)計(jì)流量為317m3/s。

4 大壩工程主河床截流施工技術(shù)

大壩工程主河床截流施工技術(shù)是保證水流在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照截流流量流動(dòng)，對(duì)大壩工程施工環(huán)境和自然環(huán)境都有積極的影響。截流設(shè)計(jì)需要技術(shù)人員參考工程施工圖紙和設(shè)計(jì)方案，結(jié)合施工環(huán)境，滿足大壩工程建設(shè)的需要，對(duì)加快工程進(jìn)度起到促進(jìn)作用。

4.1 平堵截流技術(shù)

平堵截流施工措施是大壩工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)應(yīng)用，用于臨時(shí)截流河道，用于下游工程建設(shè)、維修或其他必要的大壩工程[4]。在進(jìn)行合江施工時(shí)，必須與河床配合鋪設(shè)浮橋，以保證施工工作的順利進(jìn)行。水平截流施工是指為了在河床上進(jìn)行維護(hù)、疏?；蚱渌こ套鳂I(yè)，通過(guò)堵塞河道，使水流流向附近的河道或其他路徑的過(guò)程。為了達(dá)到整平、堵河的目的，施工人員需要采取以下關(guān)鍵措施。通常，用于截流的攔阻材料可以是沙袋、混凝土塊、巖石、木材或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。施工人員在選擇封堵材料時(shí)，需要考慮材料的穩(wěn)定性、密度和可重復(fù)使用性，以保證可靠的截流效果。

4.2 立堵截流技術(shù)

立堵截流施工是大壩工程中的一項(xiàng)重要施工技術(shù)，其目的是通過(guò)向龍口投擲截流材料，有效地阻斷水流，用于下游施工或維護(hù)。為了做好立閉施工，施工人員必須做到以下幾點(diǎn)：（1）在進(jìn)行立閉施工前，施工人員需要接受詳細(xì)的技術(shù)培訓(xùn)和安全教育。（2）施工人員在投擲時(shí)需要選擇合適的攔截材料。同時(shí)，施工人員要密切監(jiān)視周圍的安全情況，確保沒(méi)有其他人員和設(shè)備受到傷害。同時(shí)施工人員要時(shí)刻關(guān)注水流變化，及時(shí)采取相應(yīng)措施，確保施工安全，截流效果可靠。

4.3 爆破截流技術(shù)

爆破截流是大壩工程中常用的一種技術(shù)，其優(yōu)缺點(diǎn)明顯，但在應(yīng)用中也存在不足。優(yōu)點(diǎn)是封堵速度快，及時(shí)性高，在面對(duì)堅(jiān)硬地質(zhì)構(gòu)造時(shí)施工效果好。通過(guò)爆破圍巖，達(dá)到快速截流的目的，有效疏浚河道。待水位下降后，用投擲的方法關(guān)閉龍口。在實(shí)際應(yīng)用中，爆破截流技術(shù)對(duì)惡劣的地質(zhì)環(huán)境表現(xiàn)出了有效的響應(yīng)。但該技術(shù)的應(yīng)用存在局限性，爆炸會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成危害，導(dǎo)致爆破區(qū)域上部結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)等災(zāi)害現(xiàn)象。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，爆破截流技術(shù)的應(yīng)用需要與周邊環(huán)境相結(jié)合，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。還需要選擇合適的爆破位置，通常是在下游，以保證截?fù)舻挠行訹5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，截流施工技術(shù)在大壩工程中占有重要地位。它不僅可以保證工程施工的安全和順利進(jìn)行，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，還可以提高施工效率和質(zhì)量。因此，在今后的大壩工程實(shí)踐中，要充分發(fā)揮截流施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，才能更好地服務(wù)于大壩工程建設(shè)的發(fā)展。在截流技術(shù)應(yīng)用下有效解決水流量對(duì)大壩工程施工的不利影響，通過(guò)水流平堵，立堵設(shè)計(jì)使大壩工程施工進(jìn)展得到滿足。截流技術(shù)能夠優(yōu)化大壩工程施工技術(shù)，為大壩工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。