宗格魯水電站截流規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工

李小明

摘 要：本文介紹了宗格魯水電站截流規(guī)劃設(shè)計(jì)，并根據(jù)卡杜納河的水文特點(diǎn)、截流的流量以及戧堤布置等方面，分析了宗格魯水電站的截流施工方案。實(shí)踐證明，截流規(guī)劃合理準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：宗格魯水電站;截流規(guī)劃;設(shè)計(jì)施工

中圖分類號：TV551.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）32-0069-03

Abstract： In this paper， the closure plan and design of the Zungeru Hydroelectric? Station was introduced， and the closure construction of the project was analyzed according to the hydrological characteristics of the Kaduna River， the flow of the closure and the layout of the dike. The practice has proved that the closure plan is reasonable and accurate.

Keywords： Zonggelu Hydroelectric Station;closure planning;design and construction

宗格魯水電站是一座兼有發(fā)電、防洪、灌溉、養(yǎng)殖、航運(yùn)等多用途的水電工程，電站裝機(jī)容量為700 MW，正常蓄水位為230 m，設(shè)計(jì)洪水位為230 m，校核洪水位為231 m，死水位為223 m，工程總庫容為114.19×108 m3，正常蓄水位對應(yīng)庫容為109.1×108 m3，死庫容為82.43×108 m3，具有多年調(diào)節(jié)性能，上游有正在運(yùn)行的希羅羅水電站。

電站樞紐由攔河大壩、壩后廠房、變電站等建筑物組成。二期導(dǎo)流建筑物為4個7.0 m×7.5 m（寬×高）導(dǎo)流底孔，底板高程為149 m，上游引渠底寬為40 m。

1 基本條件

1.1 水文氣象

卡杜納河位于尼日利亞境內(nèi)，是尼日爾河左岸的一條重要支流，河流發(fā)源于喬斯高原，從河源至匯口河長約為575 km，流域面積約為73 300 km2?？ǘ偶{河流域位于西非稀樹草原地帶，屬熱帶季風(fēng)草原氣候，主要分為旱季和雨季，季節(jié)分明。5—10月，受來自大西洋的暖濕氣流影響，卡杜納河流域形成雨季;11月至次年4月，受到來自撒哈拉的東北干冷氣流的影響，形成旱季。雨季濕度較大，氣溫較低，受撒哈拉沙漠影響，12月至次年1月為哈馬丹風(fēng)季節(jié)，常有沙霧。

流域內(nèi)降雨具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，旱季降雨較少，一般來說，12月至次年2月，流域內(nèi)基本無降雨;雨季降雨量較多，主要集中在7—9月，該時期內(nèi)的降水占全年降水總量的60%。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘探和相關(guān)資料，壩址區(qū)地層巖性較為單一，均由含大量云母或絹云母礦物的千枚巖組成，河床部位石英、絹云母等礦物呈平行排列組合。其片理走向?yàn)镹NE向，傾角近直立，稍傾向NE或SE方向，但總體大于85°。葉理層狀非常薄，石英脈主要沿著葉理構(gòu)造分布，帶有絲狀的紋理構(gòu)造，厚度為1～40 cm。

壩址區(qū)內(nèi)的風(fēng)化巖體及新鮮巖體（包括破碎帶）均進(jìn)行了鉆孔壓水試驗(yàn)，結(jié)果顯示，其總體透水率較低，通常小于5 L/（min·m），鉆孔F15中出現(xiàn)過最大值8.2 L/（min·m）。

本工程河床段物探方法采用電法剖面法，第6剖面、第7剖面分別距離壩軸線上游約55 m和113 m，電法剖面物探成果顯示，河床靠左岸有部分較淺的河床堆積物，適宜選擇作為截流合龍地點(diǎn)[1-2]。

1.3 導(dǎo)流時段劃分

本工程導(dǎo)流時段劃分為三期。

一期導(dǎo)流時段為工程開工至截流，該時段由原河床過流，在縱向圍堰的保護(hù)下，進(jìn)行左岸主河床以外部分壩體及其附屬結(jié)構(gòu)的施工，包括修建導(dǎo)流底孔，導(dǎo)流底孔上下游明渠施工，左右岸碾壓混凝土重力壩基礎(chǔ)開挖、處理及澆筑等項(xiàng)目[3]。該時段導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為希羅羅水電站發(fā)電下泄流量+區(qū)間5 a一遇洪水，相應(yīng)流量為1 000 m3/s。

二期導(dǎo)流時段為截流至下閘蓄水，采用圍堰或壩體擋水，導(dǎo)流底孔泄流;該時段主要進(jìn)行主河床壩段的施工。

三期導(dǎo)流為底孔下閘蓄水至首臺機(jī)組發(fā)電，為壩體擋水，溢洪道泄洪。

1.4 圍堰結(jié)構(gòu)

上游圍堰布置于壩軸線上游約97.844 m處，軸線全長為376.76 m，全年擋水圍堰。圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為30 a洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)流量為2 860 m3/s，對應(yīng)堰前水位為168.6m，堰頂寬為8 m，堰頂高程為170 m，最大堰高約為25 m，圍堰典型斷面詳情如圖1所示。

下游圍堰軸線全長為337.3 m，圍堰頂寬為8 m，最大堰高約為14.0 m，迎水面為黏土斜墻防滲體（右岸部分為均質(zhì)堰），迎水面坡度為1.0∶1.5，背水面坡度為1.0∶2.5。下游圍堰分左岸、右岸兩段，左岸段靠近明渠出口，高程由160 m逐漸降低至157.5 m;右岸段高程為157.5 m。

2 截流規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 截流時段、截流標(biāo)準(zhǔn)及流量

綜合考慮各種因素，根據(jù)本流域12月份為旱季、無降雨的特性，同時考慮近年希羅羅水電站發(fā)電流量的特征，本工程設(shè)計(jì)截流標(biāo)準(zhǔn)采用流量450 m3/s，約為希羅羅水電站三臺機(jī)組（共4臺）發(fā)電流量，該流量大于希羅羅水電站多年12月份最大發(fā)電流量平均值（436 m3/s）。

2.2 截流方式

根據(jù)宗格魯水電站壩址的地形和施工條件，采用立堵方式截流。設(shè)計(jì)戧堤（控制高程155 m）先行、堰體灌漿平臺（控制高程158.5 m）緊隨其后，頂部總寬為71.96 m，其中灌漿平臺（控制高程158.5 m）寬為48.71 m，戧堤寬為18 m，可以采用3輛自卸汽車同時拋投，拋投強(qiáng)度完全可以達(dá)到要求。經(jīng)水力學(xué)計(jì)算分析，擬定本工程采用單戧堤單向（右岸向左岸）進(jìn)占、立堵截流方式。

2.3 截流戧堤布置及龍口位置選擇

本工程圍堰均采用高噴灌漿防滲，為保證截流拋投大塊石不影響防滲軸線，截流戧堤軸線布置在上游圍堰軸線的下游30.8 m處，戧堤上下游坡比均采用1.0∶1.5。龍口盡量選擇在河床覆蓋層較薄處或基巖裸露處，根據(jù)設(shè)計(jì)院所測水下地形圖及相關(guān)電法剖面物探成果，經(jīng)測量桿測復(fù)核，將龍口選擇在左岸導(dǎo)流明渠縱向圍堰靠河部位，該部位地質(zhì)條件較為清楚，對龍口合龍更易把握，風(fēng)險(xiǎn)更小。

3 截流施工方案

3.1 截流施工

在龍口施工前，堰體灌漿平臺（控制高程158.5 m）施工隨戧堤施工同步展開，最后龍口合龍，在左岸完成截流，同時灌漿閉氣作業(yè)跟進(jìn)施工，為圍堰施工爭取工期。

3.1.1 下游圍堰預(yù)進(jìn)占汛末施工。因?qū)Я鞯卓走^流后流速可保持在12～15 m/s，要對下游圍堰下游坡腳進(jìn)行防護(hù)。擬定在11月上旬或河床水位下降至151 m左右進(jìn)行下游圍堰的預(yù)進(jìn)占施工，以便對下游圍堰左側(cè)靠明渠出口部位的黏土斜墻、砼基礎(chǔ)和護(hù)腳鋼筋籠進(jìn)行干地施工，并在明渠過流前完成。

3.1.2 截流預(yù)進(jìn)占施工。截流預(yù)進(jìn)占施工結(jié)合截流道路修建進(jìn)行，灌漿平臺施工隨戧堤施工同步展開，上游圍堰預(yù)進(jìn)占從右岸開始，長度約為147 m。

預(yù)進(jìn)占典型剖面如圖2所示。

預(yù)進(jìn)占的料源全部利用壩肩及廠房開挖石渣料。戧堤預(yù)進(jìn)占施工時，龍口落差和流速相對較小，一般開挖石渣或毛料即可穩(wěn)定，堤頭呈流線型進(jìn)占，即在戧堤前沿全線均勻拋投，全面推進(jìn)，來車不論石渣大小，有空位即可卸料。

預(yù)進(jìn)占堰體頂總寬為71.96 m，其中灌漿平臺頂寬為48.71 m，戧堤頂寬為18 m，分別設(shè)置灌漿區(qū)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)、等待區(qū)和卸料等施工區(qū)域，以備下一步龍口合龍高強(qiáng)度施工之需。戧堤預(yù)進(jìn)占施工完畢后，端部用大石、鋼筋籠進(jìn)行裹頭保護(hù)，特別是上游面必須覆蓋完全，不能出現(xiàn)空洞，坡腳均用鋼筋籠進(jìn)行防護(hù)，以免高速水流回水掏刷戧堤。

3.1.3 龍口施工。龍口段主要采用全斷面推進(jìn)和凸出上游挑角法兩種進(jìn)占方式，為確保合龍時的連續(xù)性，前天將所有自卸車裝滿，具體施工方法如下。

3.1.3.1 凸出上游挑角法。在堤頭上游側(cè)與戧堤軸線成30°～42°角的方向，用大塊石和鋼筋石籠拋填形成一個防沖磯頭，在防沖磯頭下游側(cè)形成回流區(qū)，中小石、石渣混合料尾隨進(jìn)占。

3.1.3.2 全斷面推進(jìn)。在水力條件較好、流速較小時，一般材料可滿足，3個卸料點(diǎn)進(jìn)占不分先后，齊頭并進(jìn)。

根據(jù)計(jì)算成果，并借鑒已建工程經(jīng)驗(yàn)，龍口進(jìn)占過程中，I區(qū)前半段采用全斷面拋投進(jìn)占，后半段采用上挑角法拋投進(jìn)占;Ⅱ區(qū)采用上挑角法或上下挑角法交替拋投進(jìn)占;Ⅲ區(qū)前半段采用上挑角法，后半段采用全斷面進(jìn)占直至合龍。

合龍時，按不同料，將運(yùn)輸車輛分組編隊(duì)，做好標(biāo)記，并在等待區(qū)有序排隊(duì)，依次統(tǒng)一卸料，從上游往下游卸料排列為特大石→大石→中石→小石。

3.1.4 下游圍堰合龍。下游圍堰戧堤進(jìn)行全斷面施工至河中島，待上游截流合龍后在靜水中合龍，從右岸向河中島推進(jìn)，直至合龍。堤頭進(jìn)占以不承擔(dān)截流水頭為控制依據(jù)，保證拋投物料少流失。

3.2 圍堰加高及防滲施工

3.2.1 圍堰填筑施工。上游圍堰待合龍以及高噴灌漿完成后，可一次填至設(shè)計(jì)高程170 m。下游圍堰尾隨上游圍堰跟進(jìn)合龍，下游圍堰左岸段在截流前填至設(shè)計(jì)斷面并對堰腳進(jìn)行鋼筋籠防護(hù)，右岸段可一次填筑至設(shè)計(jì)高程。圍堰閉氣完成后，可有序進(jìn)行基坑抽排水工作。

3.2.2 圍堰防滲施工。上游圍堰灌漿平臺（控制高程158 m）尾隨戧堤（控制高程155 m）一起預(yù)進(jìn)占后，迅速進(jìn)行圍堰的高噴灌漿施工。上游圍堰采用高噴灌漿防滲，防滲墻入巖1 m，待灌漿完成后，進(jìn)行頂部1.5 m黏土換填，確保有效搭接1 m。施工工期約為45 d。上游圍堰填筑料嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行分區(qū)和技術(shù)要求進(jìn)行填筑，根據(jù)河床斷面圖知，龍口處高程大部分高于144 m，戧堤上游坡腳未到防滲墻，另外在龍口段原有一排的基礎(chǔ)上再在上游處增加一排長約50 m的高噴灌漿防滲墻，從而確保龍口段高噴灌漿效果。

下游圍堰黏土直接在開關(guān)站備料場取料，采用自卸汽車運(yùn)輸至圍堰迎水面直接卸料，按技術(shù)要求分層碾壓密實(shí)。

4 結(jié)語

在國際項(xiàng)目的截流規(guī)劃設(shè)計(jì)中，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚣昂恿髁饔蛱攸c(diǎn)，合理選擇截流流量，可大大降低截流施工難度。宗格魯水電站根據(jù)上游電站發(fā)電流量，選擇在無降雨的旱季進(jìn)行施工，截流施工總體可控。在截流預(yù)進(jìn)占的同時，選擇截流戧堤和灌漿平臺同步推進(jìn)，可大幅縮減截流后圍堰填筑量，也可縮短圍堰灌漿時間，為項(xiàng)目工期爭取時間。

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