雙溝水電站大壩施工截流設(shè)計(jì)

王 鶴，史光宇 ，吉士道 ，劉群輝，黃遠(yuǎn)澤

（1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021;2.中水北勘測設(shè)計(jì)研究有限公司監(jiān)理公司,吉林 長春 130021）

1 工程概況

雙溝水電站位于吉林省東南部山區(qū)撫松縣境內(nèi)，最大壩高為110 m，水庫總庫容為3.95×108m3，調(diào)節(jié)庫容1.45×108m3，水電站裝機(jī)容量280 MW。雙溝電站混凝土面板堆石壩為Ⅰ級(jí)建筑物。

2 基本資料

2.1 水文氣象條件

2.1.1 水文

該工程施工期洪水按水文特性劃分，春汛期為4月1日至4月30日，汛前期為5月1日至7月14日，大汛期為7月5日至9月30日，汛后期為10月1日至11月30日，枯水期為12月1日至翌年3月31日。各時(shí)段不同重現(xiàn)期洪峰流量見表1。

表1 小山—雙溝區(qū)間分期洪峰流量

2.1.2 氣象

頭道江流域地處吉林省東南部山區(qū)，直接受季風(fēng)影響，屬于寒溫帶氣候。冬季有5～6個(gè)月受西伯利亞高氣壓影響，西風(fēng)及西北風(fēng)帶來了干燥而寒冷的氣流，使冬季漫長而嚴(yán)寒，積雪較深，最大積雪深度為52 cm，凍土深度1.26 m。河流封凍期長達(dá)5個(gè)月之久。夏季受太平洋季風(fēng)影響，使氣候炎熱多雨，春季仍屬于干燥而較冷的天氣，且多風(fēng)。秋季短，天氣晴朗涼爽。流域內(nèi)有撫松氣象站，撫松氣象站多年平均氣溫4.3℃，絕對(duì)最高氣溫為34.9℃，絕對(duì)最低氣溫為－37.7℃。流域內(nèi)冬季多西風(fēng)，夏季多西南和東南風(fēng)，年內(nèi)3－4月份風(fēng)速較大，撫松站最大風(fēng)速為18 m/s，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。

2.1.3 冰 情

頭道江冬季水量一般比較穩(wěn)定，封凍期最早為11月10日左右，開江最早為3月17日左右，春季開江一般是文開，但由于氣溫和降雨影響也容易形成半文半武的開江形式。

2.2 地形地質(zhì)

壩址處河谷呈基本對(duì)稱的“V”型，谷底寬約80～85 m?；鶐r主要為安山巖，僅右岸高程578 m以上分布有玄武巖，兩者之間不整合面處有厚約1 m砂礫石壤土，以約30°傾角向山里傾伏。

3 圍堰結(jié)構(gòu)型式

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

雙溝水電站為大（2）型二等工程，大壩為Ⅱ級(jí)建筑物。根據(jù)（SDJ 338—89）《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為Ⅳ級(jí)。根據(jù)施工進(jìn)度安排，截流土石圍堰技施階段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為擋汛后5年重現(xiàn)期洪水，洪峰流量為282 m3/s，相應(yīng)的水位為496.42 m；上下游土石圍堰的作用為：在其圍護(hù)下進(jìn)行大壩的施工。壩區(qū)上下游土石圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，采用大汛10年重現(xiàn)期洪水，洪峰流量為1 607 m3/s，相應(yīng)上游水位為513.29 m，下游水位為492.70 m；上下游堰頂高程分別為519.10 m、493.70 m。當(dāng)遇20年一遇超標(biāo)洪水（洪峰流量為2 062 m3/s）時(shí)，在上游圍堰堰頂搶筑1.5 m高草袋土，使上游圍堰堰頂高程達(dá)到520.60 m，即可滿足擋20年一遇超標(biāo)洪水要求。

3.2 圍堰剖面型式

圍堰型式為土石圍堰。上游圍堰堰體為粘土心墻堆石圍堰，上游圍堰頂寬8 m，迎水側(cè)邊坡1∶1.4，背水側(cè)邊坡1∶1.4。由迎水面到背水面依次為塊石、反濾料、粘土、反濾料、堆石，頂寬依次為2 m，1 m，2 m，1 m，2 m。上游截流圍堰為粘土斜墻堆石圍堰，堰頂寬12 m，迎水側(cè)邊坡1∶2.5，背水側(cè)邊坡1∶1.3。由迎水面到背水面依次為塊石、反濾料、粘土、反濾料、堆石，頂寬依次為 1 m，1 m，2 m，1 m，7 m。下游圍堰采用粘土斜墻堆石圍堰，頂寬 12 m，迎水側(cè)邊坡 1∶2.5，背水側(cè)邊坡 1∶1.3。由迎水面到背水面依次為塊石、反濾料、粘土、反濾料、堆石，頂寬依次為 1 m，1 m，2 m，1 m，7 m。

4 截流設(shè)計(jì)

4.1 截流時(shí)間的選擇

根據(jù)施工進(jìn)度安排，截流時(shí)間選定為2004年11月初戧堤進(jìn)占，2004年11月下旬截流。

4.2 截流流量的確定

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，截流標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用截流時(shí)段5年重現(xiàn)期洪水。該工程施工洪水受上游水庫調(diào)節(jié)，截流流量主要受上游的小山電站發(fā)電流量控制（共2臺(tái)機(jī)，滿發(fā)時(shí)流量210 m3/s），且截流時(shí)段上游小山電站—雙溝區(qū)間流量較小。根據(jù)上述施工洪水特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析，確定戧堤設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，按小山電站2臺(tái)機(jī)滿發(fā)流量（Q=210 m3/s），加上小山電站—雙溝區(qū)間11月份5年重現(xiàn)期流量（Q=36.0 m3/s），即 Q=246 m3/s；龍口合龍?jiān)O(shè)計(jì)流量考慮上游小山電站調(diào)節(jié)，按小山電站—雙溝區(qū)間，11月份5年重現(xiàn)期流量為36.0 m3/s。

4.3 截流方式的選擇

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算成果，參考其它工程經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)資料，截流方式初步選用單戧堤立堵截流方式，采用左右岸兩側(cè)同時(shí)進(jìn)占。根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算，龍口寬度確定為20 m，相應(yīng)龍口最大流速為4.65 m/s，拋投料最大粒徑為124 cm。

4.4 截流水力學(xué)計(jì)算

截流水力學(xué)計(jì)算采用《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的計(jì)算方法，其主要計(jì)算公式為：

式中：Q——截流流量，m3/s；Qg——龍口泄流量，m3/s；Qd——分流建筑物（導(dǎo)流明渠）泄流量，m3/s；Qr——上游河槽調(diào)蓄流量，m3/s；Qs——戧堤滲流量，m3/s。

根據(jù)上述聯(lián)合泄流關(guān)系，求出不同龍口寬度時(shí)的上游水位、龍口泄量，進(jìn)而求出龍口落差、龍口流速和拋投料粒徑。

截流水力學(xué)計(jì)算主要成果見表2，3，4。

表2 Q=246 m3/s時(shí)截流水力學(xué)計(jì)算主要成果表

表3 Q=141 m3/s時(shí)截流水力學(xué)計(jì)算主要成果表

表4 Q=36 m3/s時(shí)截流水力學(xué)計(jì)算主要成果表

經(jīng)計(jì)算，龍口最大流速5.25 m/s，龍口最大拋投料粒徑（當(dāng)量直徑，下同）158 cm，截流戧堤頂高程為496.40 m，最大落差1.40 m。根據(jù)以上結(jié)果可以看出，確定采用在上游單戧堤立堵截流方式，采用堆石截流即可，不必選用特殊截流拋填料。

4.5 截流工程量

截流設(shè)計(jì)工程量見表5。

表5 截流工程量表

5 結(jié)語

工程已于2004年11月下旬截流成功，為主體工程的按期完工打下了良好的基礎(chǔ)，為類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)施過程中，為減小截流施工的難度，除按理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行充分準(zhǔn)備外，還應(yīng)改善截流條件，提高拋投強(qiáng)度，并充分考慮一切不利因素，以保證截流順利成功。

1）提高分流能力，截流前導(dǎo)流明渠和相關(guān)建筑物必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的尺寸和面貌，確保導(dǎo)流明渠內(nèi)水流順暢。

2）充分備料（可按拋投料總量的150%備料），以免因供料不及時(shí)而產(chǎn)生停工待料現(xiàn)象；為以防萬一，確保截流順利實(shí)現(xiàn)，所需石料均應(yīng)滿足如下要求：石料完整、新鮮、堅(jiān)硬，有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的抗水性能及抵抗風(fēng)化和凍融破壞的能力。

3）保證截流施工道路暢通，各種截流設(shè)備應(yīng)提前檢修，保證設(shè)備完好。

4）增加前沿工作面，必要時(shí)可局部加寬戧堤頂寬，設(shè)臨時(shí)停車場，以保證和加大拋投強(qiáng)度。

5）因截流流量的選擇與上游小山電站的發(fā)電流量密切相關(guān)，故截流時(shí)應(yīng)加強(qiáng)與小山電站的協(xié)調(diào)和聯(lián)系，讓其短時(shí)停機(jī)，這對(duì)減小截流難度、確保截流成功是非常必要的。