淺談積石峽水電站導(dǎo)流及圍堰施工方案

蔡 楠，劉君暉

（1.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000；2.中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

積石峽水電站位于青海省循化縣境內(nèi)積石峽出口處，是黃河上游干流 “龍青段梯級規(guī)劃”的第5級大型水電站。水庫為日調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位1 856.00 m，最大壩高 103 m，總庫容 2.94 億 m3，最大發(fā)電水頭73 m，總裝機(jī)容量1 020 MW。工程施工總工期為5年（60個月），2007年3月下旬截流，2010年7月下閘蓄水，2010年12月底全部完工。電站施工采用全年圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞和泄洪排沙底孔導(dǎo)流、基坑全年施工的導(dǎo)流方式。

2 水文氣象條件

2.1 水文條件

壩址以上流域面積146 749 km2，其中龍羊峽電站控制流域面積131 420 km2，占89.6%；龍～積區(qū)間流域面積15 329 km2，占10.4%。龍羊峽水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，與下游劉家峽水庫聯(lián)合調(diào)度，改變了龍～劉區(qū)間河道的天然水文特性。積石峽電站壩址汛期施工洪水主要由龍羊峽水庫調(diào)洪后的下泄流量和龍～積段區(qū)間流量兩部分組成，同時考慮了上游已建的李家峽和公伯峽水電站的影響。

龍羊峽水庫增加一級泄量控制，即在積石峽工程施工期間，龍羊峽電站汛限水位自2 594 m降至2 592 m，控制20年一遇下泄流量為2 000 m3/s，經(jīng)龍～積區(qū)間調(diào)洪后，積石峽電站20年一遇入庫流量為2 530 m3/s。積石峽電站分期洪水成果見表1，積石峽電站廠、壩區(qū)原河床水位～流量關(guān)系見表2。

2.2 氣象條件

壩址以上流域氣候?qū)俅箨懶詺夂?，冬寒夏涼，日溫差較大，無霜期短，大部分地區(qū)干旱少雨，降水集中，蒸發(fā)量大，空氣干燥，雨季主要集中在5月～9月，多年平均年降雨量266.2 mm，多年平均年蒸發(fā)量2 131.4 mm，多年平均年日照小時數(shù)2 712.7 h，最大風(fēng)速24 m/s，風(fēng)向ESE，歷年平均風(fēng)速3.3 m/s。3月～6月期間的氣溫比較適宜圍堰施工。

表1 分期施工洪水流量

表2 壩址及廠房尾水處的水位～流量關(guān)系

3 施工導(dǎo)流

3.1 導(dǎo)流規(guī)劃

根據(jù)施工導(dǎo)流規(guī)劃，2007年～2008年汛期圍堰擋水，度汛標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，導(dǎo)流洞、底孔排沙洞聯(lián)合泄洪，導(dǎo)流洞、排沙洞全開時的水位～流量關(guān)系見表3。2009年汛期，壩體填筑超過堰頂高程，度汛標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，導(dǎo)流洞、底孔排沙洞聯(lián)合泄洪。到2010年，整個工程土建全部完工，汛期電站進(jìn)入初期運行階段，壩體度汛標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水。大壩施工期的導(dǎo)流規(guī)劃見表4。

3.2 導(dǎo)流、泄水建筑物

積石峽水電站工程樞紐建筑物由面板堆石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)及泄水系統(tǒng)三部分組成。其中，電站進(jìn)水口位于左岸，進(jìn)口底板高程1 819.00 m。泄水建筑物由溢洪道、左岸中孔泄洪洞和底孔排沙泄洪洞組成。單孔溢洪道在引水系統(tǒng)左側(cè)，進(jìn)口底板高程1 819.00 m，溢流堰堰頂高程1 836.00 m，寬15.0 m，泄槽末端設(shè)有挑流鼻坎；左岸中孔泄洪洞以龍?zhí)ь^形式與導(dǎo)流隧洞相結(jié)合，出口設(shè)消力池，進(jìn)口底板高程1 804.00 m，出口底板高程1 778.00 m，消力池底板高程1 768.00 m；底孔排沙洞位于左岸，進(jìn)口底板高程1 795.00 m，出口底板高程1 793.50m。進(jìn)口前設(shè)排沙洞進(jìn)口明渠及其延長段，延長段進(jìn)口高程1 795.30 m。

表3 導(dǎo)流洞、排沙洞全開時的水位～流量關(guān)系

表4 大壩施工導(dǎo)流規(guī)劃

導(dǎo)流隧洞為城門洞形，過水?dāng)嗝娉叽鐬?0 m×15 m，洞長660.087 m，縱坡0.461 9%。其中導(dǎo)0+000.00～導(dǎo)0+217.15為導(dǎo)流隧洞段，導(dǎo)0+217.15以后為與左岸中孔泄洪洞結(jié)合段。導(dǎo)流洞按有壓洞設(shè)計，進(jìn)口底板高程1 779.00 m，進(jìn)口明渠襯砌長14 m，底寬16 m。由于導(dǎo)流隧洞進(jìn)口岸坡較陡、巖石堅硬完整，因此進(jìn)水塔采用岸塔式，頂部高程1 824.00 m，塔高 55 m。導(dǎo) 0+000.00～導(dǎo) 0+217.15段按臨時建筑物設(shè)計，洞身全部采用混凝土襯砌，進(jìn)口漸變段（導(dǎo)0+000.00～導(dǎo)0+015.00）襯砌厚度1.5 m，導(dǎo)0+015.00～導(dǎo)0+051.00段邊墻和底板襯砌厚度1.5 m，頂拱襯砌厚度1.2 m，其余洞段襯砌厚度1.0 m。導(dǎo)0+217.15～導(dǎo)0+678.327段按永久建筑物設(shè)計，圍巖支護(hù)形式與導(dǎo)0+000.00～導(dǎo)0+217.15段相同，全部采用混凝土襯砌，底板、邊墻和頂拱襯砌厚度均為1.2 m。

由于中孔泄洪洞和導(dǎo)流洞結(jié)合布置，導(dǎo)流洞出口明渠消能設(shè)施與左岸中孔泄洪洞相同，出口段消力池長度為133.0 m。

4 導(dǎo)流擋水建筑物

4.1 圍堰地形地質(zhì)條件

4.1.1 上游圍堰

上游圍堰軸線位于壩軸線上游185～300 m處，平水期河水位高程約為1 780.31 m，水面寬約40 m，水深6.0 m。左岸岸坡陡立，右岸為II級階地平臺，兩岸極不對稱。河床覆蓋層較薄，厚約1～5 m，由砂卵礫石夾塊石組成。圍堰左岸接頭處巖性為中細(xì)砂巖、礫巖，上覆第四系坡積物，厚約3～5 m。圍堰右岸接頭處為II級階地平臺，上部堆積層厚5～10 m，基座巖性為弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中細(xì)砂巖、礫巖。

上游圍堰總體地質(zhì)條件較好，斷層不發(fā)育，巖體透水性較弱，河床覆蓋層薄，易于進(jìn)行防滲處理，可滿足圍堰基礎(chǔ)要求。另在圍堰左岸有前期低線路修筑及JZ-3標(biāo)開挖時下落的石渣，對圍堰閉氣不利，施工前應(yīng)最大限度地對其進(jìn)行清除處理。

4.1.2 下游圍堰

下游圍堰軸線位于壩軸線下游約420 m處，圍堰處平水期河面水位高程約為1 779.65 m，水面寬約60 m，水深10 m，河床呈寬緩的 “U”形，河床覆蓋層薄，厚度為0～2.5 m。

左、右岸圍堰接頭處巖性為K13-2礫巖，屬弱風(fēng)化巖體，其上部均被較薄的第四系松散堆積物覆蓋。下游圍堰處巖體中斷裂不發(fā)育，基巖透水性較強(qiáng)，需做防滲處理，巖體較完整，可滿足基礎(chǔ)要求。另在圍堰左岸有前期低線路修筑及JZ-4標(biāo)開挖時下落的石渣，在圍堰右岸有前期高邊坡塌方時下落的石渣，對高壓旋噴灌漿施工不利，施工前應(yīng)對其進(jìn)行最大限度的清除處理。

4.2 圍堰結(jié)構(gòu)形式

4.2.1 上游圍堰結(jié)構(gòu)

上游圍堰為土石圍堰，其軸線布置在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口下游約105 m處，距壩軸線約200～300 m，上游坡腳距導(dǎo)流洞進(jìn)口約22 m，圍堰和截流戧堤結(jié)合布置，按4級建筑物設(shè)計，其擋水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，相應(yīng)流量為2 530 m3/s，上游水位1 813.50 m，加上規(guī)定的安全超高和風(fēng)浪爬高，堰頂高程定為1 815.00 m，最大堰高43.5 m（1 771.50～1 815.00 m），堰頂長170 m，考慮到連接兩岸交通的需要，堰頂寬度設(shè)為10 m。圍堰基礎(chǔ)防滲和堰體防滲采用混凝土截水墻上接土工膜防滲形式。

堰體由截流戧堤、粘土閉氣料、砂礫石過渡料、砂礫石、塊石護(hù)坡、石渣、混凝土截水墻（含刺墻）、堰體復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)等組成。上游側(cè)為頂寬13 m的截流戧堤，截流戧堤下游為主堰體，主堰體填料依次為石渣、土工膜防滲結(jié)構(gòu)、石渣。堰體上游側(cè)坡比由1∶2.0漸變?yōu)?∶1.57，下游側(cè)坡比為1∶1.65。為確保壩基干地施工要求，防止圍堰發(fā)生滲流破壞，減少土工膜施工難度，待戧堤閉氣并清理完堰基覆蓋層后，采用設(shè)混凝土截水墻的方法進(jìn)行處理?；炷两厮畨閴Ω?.0 m、寬1.0 m的直墻，埋入基巖0.5 m。截水墻與堰體土工膜防滲體、瀝青閉氣灌漿組合形成全封閉防滲體系，其中土工膜埋入截水墻深度為30 cm，防滲面積16 071 m2。

龍口合龍后，為方便混凝土截水墻施工，在戧堤下游坡角處設(shè)草土子堰截水槽，堰高約2.0 m，槽寬3.0 m，開挖深度以露出基巖為準(zhǔn)，長度與河床長度相同，子堰為草袋裝黃土碼砌，寬1 m。覆蓋層開挖工程量450 m3（覆蓋層長約60 m，平均厚度2.5 m），黃土草袋碼砌工程量120 m3。

由于上游圍堰坡腳距導(dǎo)流洞進(jìn)口較近（約22 m），截流戧堤閉氣時對閉氣料的沖刷比較嚴(yán)重。為了改善該處的水力學(xué)條件，在導(dǎo)流洞進(jìn)口的下游側(cè)及河對岸的上游側(cè)，設(shè)置鋼筋塊石籠擋水坎，設(shè)計擋水流量為360 m3/h（公伯峽電站1臺機(jī)滿發(fā)加公～積區(qū)間流量），擋水坎頂高程1 787.50 m，頂寬3 m，上、下游坡比均為1∶0.25，左岸擋水坎長15 m，右岸擋水坎長10 m。

混凝土截水墻布置在草土子堰的下游，采用C20W8F100二級配素混凝土，混凝土澆筑前先將覆蓋層全部剝除，基礎(chǔ)開挖至新鮮基巖后打設(shè)φ22 mm插筋，插筋長1.0 m，入巖0.6 m，間距0.5 m（單排）?；炷两厮畨仓另敳繒r預(yù)埋土工膜，以便與堰體防滲土工膜銜接，土工膜預(yù)埋深度不得小于0.3 m。

堰體與兩岸坡銜接部位的防滲采用土工膜與混凝土齒槽相接方式，即在澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋土工膜，以便與堰體防滲土工膜銜接，使截水墻、齒槽、土工膜構(gòu)成一個封閉的防滲體系?；炷笼X槽斷面及基礎(chǔ)施工要求與齒墻相同。

混凝土截水墻及齒墻分段長度10 m，混凝土截水墻不分層一次澆筑到頂；混凝土分縫處設(shè)651型橡膠止水帶，止水帶采用止水卡加固，在施工過程中嚴(yán)禁損壞止水帶或出現(xiàn)斷線情況，以免形成漏水隱患。

堰體石渣填筑要求分層碾壓，壓實后的干密度不小于2.05 t/m3。

上游圍堰防滲體中的土工膜選用兩布一膜形式的PE復(fù)合土工膜，其主膜厚0.8 mm，幅面寬2.3 m和4.0 m，長40 m，單位質(zhì)量1 450 g/m2，主膜兩側(cè)粘有無紡布。土工膜不允許有針眼、疵點和厚薄不均勻。土工合成材料的性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求。

上游圍堰左岸端頭河床基礎(chǔ)存在JZ-3標(biāo)開挖和前期低線路施工過程中滑落的石渣，有可能存在架空現(xiàn)象，對圍堰閉氣不利。為保證施工中不出現(xiàn)較大滲水，施工時沿戧堤軸線方向布置1排灌漿孔，孔距1 m，入巖深度50 cm，進(jìn)行水泥砂漿灌注，水泥灌漿采用 “跟管鉆進(jìn)”法施工。當(dāng)水泥砂漿灌注效果不明顯時改用瀝青灌漿，施工時將加熱成液態(tài)的高溫瀝青迅速灌入需止漏部位

4.2.2 下游圍堰結(jié)構(gòu)

下游圍堰堰頂高程1 790.00 m，河床底高程1 775.50 m，堰基覆蓋層厚1.0～3.0 m，最大堰高18.0 m，采用戧堤式圍堰結(jié)構(gòu)，堰體由砂礫石混合料、高壓旋噴接粘土心墻防滲結(jié)構(gòu)、石渣、鋼筋塊石鉛絲籠護(hù)坡組成。主堰體頂寬10 m，堰頂軸線長105.00 m，迎水側(cè)設(shè)頂寬1.0 m的鋼筋塊石鉛絲籠護(hù)坡，堰體上游坡比 1∶1.5，下游坡比 1∶1.75。堰體 1 786.50 m高程以下設(shè)高噴板墻防滲體，嵌入基巖50 cm，上部設(shè)黃土心墻，心墻要求分層壓實，分層厚度30 cm（人工夯實）或50 cm（機(jī)械夯實），密實度≥0.92，心墻與高噴防滲板墻組成全封閉的垂直防滲體系。

高噴防滲板墻為旋擺結(jié)合，板墻厚度等于噴樁直徑，采用三管法施工，鉆孔間距1.1 m（單排），孔徑91 mm，孔斜不大于1°；噴漿水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，進(jìn)漿密度1.6～1.8 g/cm3，回漿密度小于 1.2 g/cm3，進(jìn)漿流量70 L/min，漿壓 0.55 MPa； 水壓 38 MPa，水流量 75 L/min； 風(fēng)壓 0.7 MPa，風(fēng)流量 0.4～1.8 L/min； 旋噴提升速度 6～12 cm/min（水上 8～12 cm/min，水下 6～8 cm/min），旋轉(zhuǎn)速度 3～5 rad/min； 擺噴提升速度 7～12 cm/min（水上 9～12 cm/min，水下 7～9 cm/min），擺噴角度為±30°。

4.2.3 截流戧堤

按照設(shè)計規(guī)劃，為方便混凝土截水墻及土工膜施工，截流戧堤布置在上游圍堰中心線的上游。其中心線距上游圍堰中心線約31.60 m，位于壩軸線上游約267 m處，左端與沿左岸河灘低線施工道路相接，右岸與清大公路連接，施工條件較為便利。

戧堤采用從左、右岸向河床單戧立堵進(jìn)占的截流方式。通過上游公伯峽電站及蘇只電站的調(diào)控，截流龍口合龍及加高時，來流量分別為122 m3/s和360 m3/s，截流合龍后對應(yīng)的堰前水位為1 783.22 m，戧堤加高時的堰前水位為1 787.50 m，考慮安全超高后戧堤頂部高程設(shè)為1 789.50 m（戧堤合龍后的初期加高高程）。根據(jù)拋投強(qiáng)度要求，為滿足2～3輛20 t自卸汽車同時進(jìn)行拋投作業(yè)，戧堤頂寬設(shè)定為13 m。戧堤按梯形斷面設(shè)計，其上游及端頭設(shè)計坡比均為1∶1.3，下游設(shè)計坡比1∶1.35。

5 小結(jié)

積石峽水電站導(dǎo)流洞、中孔泄洪洞、排沙底孔工程于2005年11月11日開始開挖，2006年4月開挖完成，累計完成土石方明挖13.9萬m3，洞挖12.9萬m3。導(dǎo)流洞混凝土澆筑于2006年4月23日開始，2007年3月23日通過業(yè)主質(zhì)量驗收小組驗收，經(jīng)評定，合格率為100%，優(yōu)良率為95.2%。

2007年3月31日10時35分開始截流，下午18時龍口合龍，河水從導(dǎo)流洞流過。積石峽水電站導(dǎo)流工程及上、下游圍堰施工為成功截流及主體工程施工奠定了基礎(chǔ)，也為水電工程建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗。

［1］中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院.黃河積石峽水電站主河床截流設(shè)計報告［R］.2007.

［2］中國水利水電第四工程局有限公司.積石峽水電站主河床截流與圍堰工程施工組織設(shè)計報告［R］.2007.