老撾南歐江六級(jí)水電站工程截流方案設(shè)計(jì)

李 鵬

(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司， 陜西 西安 710065)

老撾南歐江六級(jí)水電站工程截流方案設(shè)計(jì)

李 鵬

(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司， 陜西 西安 710065)

老撾南歐江六級(jí)水電站工程截流現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，泄水條件差，經(jīng)水力計(jì)算，其龍口最大落差達(dá)4.85m，流速為3.75m/s，因此，制定合理的截流方案設(shè)計(jì)會(huì)降低工程成本，加快施工進(jìn)度，為主體工程的順利施工提供有力保障。

截流； 龍口； 截流戧堤； 戧堤閉氣

眾所周知，工程截流是整個(gè)大壩工程能否施工的重要里程碑。經(jīng)對(duì)水文地質(zhì)資料研究以及現(xiàn)場(chǎng)查勘可知，老撾南歐江六級(jí)水電站主河床截流現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，泄水條件差，截流流量達(dá)274m3/s，經(jīng)水力計(jì)算，其龍口最大落差達(dá)4.85m，流速為3.75m/s，因此，制定切實(shí)可行的截流方案尤為重要。

1 工程概況

南歐江六級(jí)電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，壩址右岸有豐沙里市至南艾河水電站公路通過(guò)，為寬約4m的土路。壩址距豐沙里市公路里程27km，距老撾萬(wàn)象市公路里程828km，距中國(guó)昆明市公路里程1040km。

南歐江六級(jí)水電站以發(fā)電為主，為徑流式開(kāi)發(fā)，工程等別為二等大(2)型工程，最大壩高約88m，總裝機(jī)容量180MW，死水位490.00m，正常蓄水位510.00m，相應(yīng)庫(kù)容4.09×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2.46×108m3，具有季調(diào)節(jié)性能。主要工程樞紐布置由復(fù)合土工膜堆石壩、溢洪道、放空兼導(dǎo)流洞及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

放空兼導(dǎo)流洞位于南歐江左岸，進(jìn)口底板高程440.00m，隧洞全長(zhǎng)539.985m，閘室前段底坡i=0.37%，閘室后段i=0.40%。出口底板高程438.00m，閘門井設(shè)置于導(dǎo)0+244.047～導(dǎo)0+267.547之間，上游側(cè)設(shè)置事故檢修門，下游側(cè)設(shè)置放空洞弧門，閘門井頂部與左岸壩頂帷幕灌漿洞相連接。

2 水文、地質(zhì)條件

2.1 水文條件

流域位于老撾北部高原，河流具有山區(qū)河流特性，河谷深切，河道及兩岸坡度較陡。流域?yàn)闊釒в炅稚絽^(qū)，流域的上游被森林覆蓋，其余大部分區(qū)域分布落葉林和灌木林，植被良好，森林覆蓋率高。經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，人類活動(dòng)較少。

根據(jù)水文資料計(jì)算的壩址不同頻率下枯期時(shí)段最大流量成果見(jiàn)表1。

壩址天然水位流量關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

2.2 上游圍堰工程地質(zhì)條件

上游圍堰位于壩軸線上游約240m，堰頂高程455.50m，堰頂寬度12m。江水流向?yàn)镾4°W，枯水期江面寬約25～50m，江水面高程438.80m，河谷兩岸地形基本對(duì)稱，自然坡度一般為30°～40°。左岸上游側(cè)分布基巖灘地，右岸江邊可見(jiàn)基巖出露。地層巖性主要為板巖，其中右岸分布變質(zhì)粉—細(xì)砂巖夾層(Mss)。

2.3 下游圍堰工程地質(zhì)條件

下游圍堰位于壩軸線下游約245m，堰頂高程447.00m，堰頂寬度12m。江水流向?yàn)镾6°E，枯水期江面寬約30～46m，江水面高程438.30m，左岸為9號(hào)沖溝上游側(cè)山梁，自然坡度為20°～30°,右岸自然坡度為35°～40°。江邊可見(jiàn)基巖出露，地層巖性主要為板巖夾變質(zhì)粉—細(xì)砂巖。兩岸及河床第四系覆蓋層厚度一般小于6m。

3 主要施工程序

施工導(dǎo)截流施工程序見(jiàn)圖2。

4 導(dǎo)截流方式、標(biāo)準(zhǔn)及程序

該樞紐工程等級(jí)為二等大(2)型工程，攔河壩及泄洪建筑物為2級(jí)，引水發(fā)電建筑物、消能防沖建筑物等次要建筑物為3級(jí)，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)。

4.1 初期導(dǎo)流時(shí)段

2014年1月21—31日，大江截流，放空兼導(dǎo)流洞分流，截流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=10%(1月平均)，Q=274m3/s。截流戧堤頂高程不得低于448.00m。

2013年11月—2014年5月，上游枯期圍堰、下游全年圍堰擋水，放空兼導(dǎo)流洞過(guò)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=10%(11月—次年5月)，Q=852m3/s。上游枯期圍堰頂高程455.50m，下游圍堰頂高程447.00m。

4.2 中期導(dǎo)流時(shí)段

2014年6—10月，度汛壩體臨時(shí)擋水，放空兼導(dǎo)流洞與未完建溢洪道(進(jìn)口高程481.00m)共同過(guò)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1%(全年)，Q=4550m3/s，Q調(diào)=4286m3/s。度汛壩體高程490.00m。

2014年2月—2015年5月，恢復(fù)上游枯期圍堰擋水，放空兼導(dǎo)流洞過(guò)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=10%(11月—次年5月)，Q=852m3/s。上游枯期圍堰頂高程455.50m，下游圍堰頂高程447.00m。

2015年6月—2015年10月，壩體擋水，放空兼導(dǎo)流洞與溢洪道(進(jìn)口高程.489.00m)共同過(guò)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1%(全年)，Q=4550m3/s，Q調(diào)=3836m3/s。壩體高程515.00m。

4.3 后期導(dǎo)流時(shí)段

放空兼導(dǎo)流洞事故檢修閘門下閘后至水位超過(guò)489.50m前，由供水旁通洞向下游供水，流量16m3/s。

2015年11月—2016年4月，壩體擋水，溢洪道過(guò)流，放空洞閘室改造洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=10%(11月—次年4月)，Q=715m3/s，保壩洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=0.5%，Q=5150m3/s。大壩壩頂高程515.00m。

2016年5月以后，永久建筑物正常運(yùn)行。

5 導(dǎo)截流建筑物布置

導(dǎo)流建筑物包括放空兼導(dǎo)流洞及上游枯期圍堰、下游圍堰。

a.放空兼導(dǎo)流洞位于南歐江左岸，進(jìn)口底板高程440.00m，隧洞全長(zhǎng)539.985m，閘室前段底坡i=0.37%，閘室后段i=0.40%。出口底板高程438.00m，閘門井設(shè)置于導(dǎo)0+244.047～導(dǎo)0+267.547之間，上游側(cè)設(shè)置事故檢修門，下游側(cè)設(shè)置放空洞弧門，閘門井頂部與左岸壩頂帷幕灌漿洞相連接。

b.上游枯期圍堰：采用土石圍堰，堰頂寬度12m，堰頂長(zhǎng)約129.48m，背水坡坡比為1∶2.0，迎水坡448.00m高程以下采用黏土拋填，坡比為1∶6.0，448.00m高程以上坡比為1∶2.5，堰頂高程455.50m，最大堰高19.97m。

c.下游圍堰：采用土石圍堰，堰頂寬度12m，堰頂長(zhǎng)約98m，迎水面坡比為1∶2.5，背水坡坡比1∶1.8，堰頂高程447.00m，最大堰高11.2m，440.00m高程以下采用塊石及鋼筋籠防護(hù)。

d.截流戧堤設(shè)計(jì)：截流戧堤布置在上游圍堰下游側(cè)，上游邊坡坡比為1∶1.5，下游邊坡坡比為1∶2.0，頂寬15m，頂高程為448.00m。

上游枯期圍堰及截流戧堤結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

6 截流時(shí)段及流量

6.1 截流時(shí)間選擇

根據(jù)項(xiàng)目總體進(jìn)度安排，確定截流時(shí)間為2014年1月下旬。

6.2 截流流量的確定

截流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%(1月平均)，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為274m3/s。截流堤頂高程不低于448.00m高程。

7 截流設(shè)計(jì)

7.1 截流方式

截流戧堤右岸上游相對(duì)平緩，稍加平整即可臨時(shí)堆放截流材料，所以龍口位置設(shè)在河床左岸，截流采用從右岸向左岸進(jìn)占的單戧立堵法。截流戧堤布置在圍堰下游側(cè)，頂寬15m，戧堤上下游邊坡系數(shù)分別為1∶1.5、 1∶2.0，最大高度13m，戧堤頂高程為448.00m，戧堤總長(zhǎng)約106.05m，預(yù)留龍口寬45m。

7.2 截流龍口水力特性計(jì)算

結(jié)合黃河蘇只水電站、嘉陵江巨亭水電站等大江大河上截流的成功經(jīng)驗(yàn)，采用圖解法計(jì)算截流龍口水力特性，可以滿足工程要求。

a.截流設(shè)計(jì)流量在截流中分為四部分。

Q=Qg+Qd+Qr+Qs

(1)

其中Q——截流設(shè)計(jì)流量,m3/s；

Qg——龍口流量,m3/s；

Qd——分流建筑物泄流量,m3/s；

Qr——上游河道調(diào)蓄流量,m3/s；

Qs——截流基坑滲流量,m3/s。

截流時(shí)將Qr和Qs作為安全裕度不予考慮，則Q=Qg+Qd。

b.不同龍口寬度水力學(xué)特性計(jì)算。龍口寬度根據(jù)不同流態(tài)采用不同公式分別計(jì)算。

計(jì)算基本假定：視龍口為梯形或三角形過(guò)水的寬頂堰；堰頂水面是平的，忽略坡?tīng)钏嬗绊?；淹沒(méi)流時(shí)上游水深等于下游水深，不計(jì)回彈落差；非淹沒(méi)流時(shí)上游水深為臨界水深。

淹沒(méi)流時(shí)龍口泄流量用式(2)計(jì)算：

(2)

式中m——流量系數(shù)，采用0.30～0.32，取m=0.31；

δn——淹沒(méi)系數(shù)，龍口呈梯形斷面時(shí)，hn/H≥0.7為淹沒(méi)流，δn查巴浦洛夫斯基淹沒(méi)系數(shù)表，龍口呈三角形斷面時(shí)，hn/H≥0.8為淹沒(méi)流，δn查別列津斯基淹沒(méi)系數(shù)表；

Bcp——龍口平均寬度，Bcp=Shn+b；

b——龍口底部寬度，m；

hn——龍口下游水位,m；

H0——龍口上游水頭,m,包括流速水頭。

非淹沒(méi)流時(shí)龍口泄流量用式(3)計(jì)算：

(3)

式中m——流量系數(shù)，采用0.30～0.32，取m=0.31；

Bcp——龍口斷面平均寬度，Bcp=Shk+b;

hk——臨界水深,m；

其他符號(hào)同式(2)。

根據(jù)龍口流量判別流態(tài)，相應(yīng)選取式(2)、式(3)進(jìn)行不同龍口水力特性計(jì)算。

c.龍口平均流速計(jì)算。龍口平均流速按式(4)計(jì)算。

(4)

式中hp———臨界水深,m。

d.龍口拋投材料計(jì)算。龍口拋投材料塊徑按式(5)計(jì)算：

(5)

式中d———石塊折算為球體的直徑,m；

vmax——最大流速，計(jì)算時(shí)取龍口最大平均流速，m/s；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

ρm——拋投體密度，塊石取2.6t/m3；

ρ——水密度，取1t/m3；

k——穩(wěn)定系數(shù)，該次計(jì)算取k=0.72。

e.水力特性計(jì)算成果。從計(jì)算結(jié)果看，按照式(5)計(jì)算的塊體粒徑和以往資料比較接近。截流龍口水力參數(shù)變化見(jiàn)圖4，截流水力特性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

7.3 施工平面布置

7.3.1 截流儲(chǔ)備料場(chǎng)

截流工程施工所用備料場(chǎng)布置在右岸上游1號(hào)棄渣場(chǎng)，材料堆存時(shí)填料至450.00m高程以上，并按照不同材料分區(qū)堆放。截流備料場(chǎng)總體平整面積約為18500m2，其中，砂礫石料堆存場(chǎng)占地面積為12000m2，塊石料堆存場(chǎng)占地面積為5000m2，鋼筋籠堆存場(chǎng)占地面積為800m2，混凝土四面體堆存場(chǎng)占地面積為700m2。

7.3.2 圍堰施工取料場(chǎng)

上游圍堰黏土填料取自右岸T1土料場(chǎng)，平均運(yùn)距約2.0km；塊石料與土石渣料取自岸坡開(kāi)挖料及壩基開(kāi)挖料，從右岸2號(hào)棄渣場(chǎng)拉運(yùn)，平均運(yùn)距約0.5km。

下游圍堰黏土填料取自右岸T1土料場(chǎng)，平均運(yùn)距約0.5km；塊石料與土石渣料取自岸坡開(kāi)挖料及壩基開(kāi)挖料、右岸2號(hào)棄渣場(chǎng)，平均運(yùn)距約1.0km。

7.4 主河床截流工程施工準(zhǔn)備

7.4.1 主河床截流戧堤的準(zhǔn)備工作

在主河床截流前，完成截流施工組織設(shè)計(jì)中的組織準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備、岸坡清理、截流材料制備等工作，至2014年1月中旬具備截流條件。

7.4.2 截流材料的制備

a.混凝土四面體預(yù)制。預(yù)制場(chǎng)地在右岸上游截流備料場(chǎng)?；炷敛捎?m3混凝土專用車從拌和站運(yùn)至預(yù)制場(chǎng)，人工配合入倉(cāng)，2.2kW插入式振搗器振搗。2013年10月1日—10月31日計(jì)劃完成預(yù)制混凝土四面體的預(yù)制。

b.鋼筋籠加工。塊石從前期開(kāi)挖料及河岸灘撿集堆存，采用3m3裝載機(jī)裝車、20t自卸汽車運(yùn)至右岸上游截流備料場(chǎng)，鋼筋籠在鋼筋加工廠制作，人工裝塊石、封口。2013年9月1日—9月30日計(jì)劃完成加工90個(gè)的鋼筋籠(尺寸為1.0m×2.0m×1.0m)，鋼筋籠合計(jì)180m3。

c.塊石備料。塊石從前期開(kāi)挖料中撿集堆存，采用3m3裝載機(jī)裝車、20t自卸汽車運(yùn)至右岸上游截流備料場(chǎng)。2013年8月1日—12月31日計(jì)劃完成工程量12000m3。

d.石渣料。直接將前期開(kāi)挖可利用料從2號(hào)棄渣場(chǎng)，采用2.0m3反鏟/3.0m3裝載機(jī)裝車、20t自卸汽車運(yùn)至施工工作面。

7.5 截流戧堤施工方案

戧堤預(yù)進(jìn)占在2013年12月16日—31日進(jìn)行，預(yù)進(jìn)占施工首先從左岸開(kāi)始，按照截流水力特性計(jì)算，根據(jù)水力特性的變化規(guī)律及河床斷面形式，將預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度定為61.05m，龍口寬度預(yù)留為45m，龍口位置在河床右岸。依據(jù)水力計(jì)算的龍口流速，將龍口分為3區(qū)：龍口Ⅰ區(qū)15m、龍口Ⅱ區(qū)15m、龍口Ⅲ區(qū)15m。

7.5.1 預(yù)進(jìn)占區(qū)

預(yù)進(jìn)占區(qū)長(zhǎng)度約61.05m，頂寬15m，頂部高程為448.00m。經(jīng)水力計(jì)算，在此區(qū)段內(nèi)最大平均流速為1.75m/s。采用石渣料和塊石料拋投至水面以上，水上部分至448.00m高程按照壩體填筑工藝進(jìn)行施工，薄層攤鋪碾壓，層厚80cm，18t自行式振動(dòng)碾碾壓密實(shí)，碾壓遍數(shù)為6～8遍。

7.5.2 龍口Ⅰ區(qū)

Ⅰ區(qū)進(jìn)占長(zhǎng)度15m，頂寬15m，頂部高程為448.00m。經(jīng)水力計(jì)算，在此區(qū)段內(nèi)最大平均流速為1.97m/s。采用石渣料和塊石料拋投至水面以上，水上部分至448.00m高程按照壩體填筑工藝進(jìn)行施工，分層碾壓，層厚80cm，碾壓遍數(shù)為6～8遍，18t自行式振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。

7.5.3 龍口Ⅱ區(qū)

Ⅱ區(qū)長(zhǎng)度為15m，堤頂寬度為15m，堤頂高程448.00m。經(jīng)水力計(jì)算，在此區(qū)段內(nèi)最大平均流速為3.75m/s，采用石渣、塊石、鋼筋籠、混凝土預(yù)制塊進(jìn)行拋填。Ⅱ區(qū)進(jìn)占采用上、下游角凸出形進(jìn)占方式，此時(shí)先在上游側(cè)拋投大料，將水流挑離戧堤，再用大料拋投下游側(cè)，將落差分擔(dān)在上下游兩側(cè)，然后再用石渣在中間拋投。經(jīng)分析，認(rèn)為此區(qū)段為截流的關(guān)鍵時(shí)期，最高施工強(qiáng)度達(dá)740m3/h。

7.5.4 龍口Ⅲ區(qū)

Ⅲ區(qū)為龍口合龍區(qū)，此區(qū)長(zhǎng)度為10m，堤頂寬度為15m，堤頂高程585.00m。經(jīng)水力計(jì)算，在此區(qū)段內(nèi)最大平均流速為2.67m/s。該區(qū)是截流進(jìn)入最后時(shí)期，拋投事先備好的石渣、塊石和鋼筋籠。采用端部上挑角拋投塊石、鋼筋籠，上下游全面拋投齊頭并進(jìn)，最大限度利用拋投前沿工作面，全斷面填筑直至合龍。

7.5.5 戧堤閉氣施工

在完成截流戧堤后進(jìn)行黏土閉氣施工，黏土閉氣料直接由右岸上游T1土料場(chǎng)開(kāi)采，黏土閉氣料采用3m3裝載機(jī)裝車、20t自卸汽車運(yùn)至堤頂，采用后退法卸料人工配合1.2m3反鏟拋填。

8 截流現(xiàn)場(chǎng)

截流現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖5。

9 結(jié) 語(yǔ)

南歐江六級(jí)工程主河床于2014年1月26日如期實(shí)現(xiàn)大江截流，為后續(xù)基坑土石方開(kāi)挖、趾板混凝土澆筑、基礎(chǔ)灌漿壩體填筑等重要工序奠定了基礎(chǔ)。老撾南歐江六級(jí)電站首臺(tái)機(jī)組已于2015年12月21日并網(wǎng)發(fā)電，2號(hào)機(jī)組于2016年2月25日順利并網(wǎng)發(fā)電。該電站是老撾北部電網(wǎng)骨干電源，建成后有力緩解了當(dāng)?shù)厝彪姮F(xiàn)狀，為當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施改善、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等提供穩(wěn)定可靠的電力支撐。

Design of closure plans in Laos Nan’ou River Grade 6 Hydropower Station Project

LI Peng

(SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.,Ltd.,Xi’an710065,China)

Closure site of Laos Nan’ou River Grade 6 Hydropower Station Project is characterized by complicated topography and geological conditions and poor drainage condition. The maximum drop of the closure gap is 4.85m according to hydraulic calculation, and the flow velocity is 3.75m/s. Therefore, reasonable cloture plan design should be compiled, project cost should be lowered, and the construction progress should be improved, thereby providing beneficial guarantee for the smooth construction of main works.

closure; closure gap; closure berm; berm suffocation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.006

TV551.2

B

1005-4774(2017)04- 0019- 06