楊房溝水電站截流施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

1.1 樞紐布置

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上(部分工程區(qū)域位于甘孜州九龍縣境內(nèi))，是雅礱江中游河段一庫(kù)七級(jí)開發(fā)的第六級(jí)水電站。該電站為Ⅰ等大(1)型工程，總裝機(jī)容量1500MW。工程采用全年圍堰一次攔斷河床擋水，隧洞過流的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流隧洞布置于壩址右岸，共2條，斷面尺寸為13m×16m，進(jìn)口底板高程1985m，出口底板高程1981m。大壩上、下游圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年20年重現(xiàn)期洪水，流量為6460m3/s，相應(yīng)上、下游水位分別為2023.87m、1994.87m，考慮浪高及安全加高，堰頂高程分別為2027m、1997m。

1.2 水文條件

楊房溝水電站壩址10月份、11月份旬平均流量成果見表1。

表1楊房溝水電站壩址10月、11月旬平均流量成果

月份10月11月上旬中旬下旬上旬中旬下旬P=5% 旬平均流量(m3/s)223017401280961765627P=10%旬平均流量(m3/s)200015701170892713586

1.3 地質(zhì)條件

上游圍堰河床部位地面高程約1979m～1984m，覆蓋層厚度19m～25m，為混合土卵石層，結(jié)構(gòu)中密，呈強(qiáng)透水性。堰址處覆蓋層碎石(200m～60mm)平均含量7.6%，礫石(60mm～20mm)平均含量68.1%，其表層見漂(塊)石，中細(xì)砂充填，局部架空狀，漂石粒徑以數(shù)十厘米至數(shù)百厘米為主。

2 截流設(shè)計(jì)

2.1 模型試驗(yàn)

在進(jìn)行截流設(shè)計(jì)之前，楊房溝總承包項(xiàng)目部委托四川大學(xué)進(jìn)行了截流模型試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅壤?∶60，分別模擬了雙戧堤、單戧堤、導(dǎo)流洞進(jìn)口留有2m殘坎及不同截流時(shí)間等多種工況，并取得了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

2.2 截流方式及時(shí)段的選取

根據(jù)截流模型試驗(yàn)成果，結(jié)合上游圍堰的實(shí)際地形條件，截流戧堤軸線總長(zhǎng)約103m，與雙戧堤截流方案相比，采用單戧堤截流時(shí)各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)仍在可控范圍內(nèi)，且施工組織簡(jiǎn)單，有利于后期防滲墻的施工，故選擇單戧堤截流方案。由于右岸山體陡峭，布設(shè)道路不便，而左岸地形相對(duì)較緩，交通條件相對(duì)較優(yōu)，因此，采用單戧堤單向(自左岸向右岸進(jìn)占)立堵截流方式。

考慮到楊房溝水電站實(shí)際情況，選擇截流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇11月中旬平均流量，相應(yīng)流量為713m3/s。其主要水力學(xué)指標(biāo)：最大流速6.66m/s，平均流速4.72m/s，最大落差4.85m，與國(guó)內(nèi)同類工程相比，指標(biāo)適中。

2.3 截流設(shè)計(jì)

2.3.1戧堤設(shè)計(jì)

戧堤上游水位理論計(jì)算值為1992.06m，模型試驗(yàn)值為1991.27m，兩者取較大者，考慮安全超高后，戧堤頂高程取1993.5m。為了創(chuàng)造有利施工條件，參考其它類似工程經(jīng)驗(yàn)，預(yù)進(jìn)占段戧堤的頂部寬度設(shè)為30m(現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)需要盡量加寬)，預(yù)進(jìn)占段長(zhǎng)約39m，預(yù)留龍口寬度為60m。

龍口段分區(qū)材料及工程量見表2。

表2龍口段分區(qū)材料及工程量

2.3.2 裹頭設(shè)計(jì)

因右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口施工場(chǎng)地布置，右岸實(shí)際已形成預(yù)進(jìn)占地形條件，只需做好臨江側(cè)裹頭保護(hù)即可，考慮堤頭4m～5m范圍采用鋼筋石籠進(jìn)行防護(hù)，鋼筋石籠頂部高程高于戧堤頂高程2m。左岸裹頭設(shè)置在左岸預(yù)進(jìn)占堤頭5m范圍，采用合金網(wǎng)兜及鋼筋石籠保護(hù)，裹頭頂部高程與戧堤同高。

2.3.3 截流施工強(qiáng)度

戧堤龍口寬60m，頂寬20m，同時(shí)考慮3個(gè)卸車點(diǎn)，運(yùn)輸設(shè)備為25t(10m3)自卸汽車，單車卸料循環(huán)時(shí)間平均按3.5min考慮，一個(gè)卸車點(diǎn)的循環(huán)車輛數(shù)為17輛/h，則戧堤單向進(jìn)占平均拋投強(qiáng)度為500m3/h，最大拋投強(qiáng)度為750m3/h。流失系數(shù)按1.3計(jì)，龍口合龍時(shí)間為60h。

3 施工布置

3.1 道路布置

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)既有的交通條件和地形條件，提前形成環(huán)線道路，道路寬度不低于7m，主備料場(chǎng)與戧堤之間的道路不低于12m，至少保證三車道。重車路線與空車返回路線提前制定好，并做好交底。在預(yù)進(jìn)占的同時(shí)，盡量加寬戧堤寬度，以作為回車平臺(tái)，供重車排隊(duì)、空車調(diào)頭及設(shè)備停放等需要。

3.2 分流平臺(tái)布置

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形，雅礱江河道剛好在導(dǎo)流洞進(jìn)口處向左拐彎，河道左岸臨江側(cè)剛好有一塊灘地，位于截流戧堤上游。為降低截流合龍難度，提高導(dǎo)流隧洞的分流能力(類似于雙戧堤作用)，將該灘地改建成分流平臺(tái)，分流平臺(tái)順導(dǎo)流洞方向延伸，其端部至右岸的距離約80m。分流平臺(tái)頂部高程為1993.5m，上下游方向長(zhǎng)度約90m，寬約50m，采用石渣堆填，臨江側(cè)采用鋼筋石籠防護(hù)，可以作為設(shè)備和物料中轉(zhuǎn)平臺(tái)。

3.3 料場(chǎng)布置

根據(jù)截流設(shè)計(jì)，考慮流失、損耗及備用系數(shù)，分別在附近布置石渣場(chǎng)地、塊石場(chǎng)地(含塊石串)、四面體制作及堆場(chǎng)、鋼筋籠制作及堆場(chǎng)、合金網(wǎng)兜制作及堆場(chǎng)等。場(chǎng)地規(guī)劃要便于機(jī)械取料，便于交通流轉(zhuǎn)。

3.4 其它布置

(1)提前做好施工用電規(guī)劃，并做好現(xiàn)場(chǎng)照明，重點(diǎn)包括戧堤、料場(chǎng)、交通等部位。

(2)截流現(xiàn)場(chǎng)指揮中心、設(shè)備停放及修理場(chǎng)地、截流儀式等場(chǎng)地布置在右岸，盡量避免對(duì)左岸的影響。

圖1 楊房溝水電站截流布置示意

4 截流準(zhǔn)備工作

4.1 組織準(zhǔn)備

總承包項(xiàng)目部成立了截流領(lǐng)導(dǎo)小組和工作小組，具體涉及現(xiàn)場(chǎng)指揮(具體某個(gè)點(diǎn)只能由一人單線指揮)、技術(shù)供應(yīng)、安全質(zhì)量及后勤保障等。

4.2 技術(shù)準(zhǔn)備

提前報(bào)批截流實(shí)施規(guī)劃、方案、措施及應(yīng)急預(yù)案等，并做好技術(shù)交底工作。

4.3 物料準(zhǔn)備

楊房溝截流石渣料前期其它標(biāo)段已經(jīng)準(zhǔn)備完成，特殊物料實(shí)際準(zhǔn)備完成情況見表3。

表3特殊物料實(shí)際準(zhǔn)備完成情況

4.4 資源準(zhǔn)備

楊房溝截流準(zhǔn)備了反鏟10臺(tái)，總斗容20m3，挖裝能力合計(jì)1120m3/h；推土機(jī)2臺(tái)，裝載機(jī)5臺(tái)，推裝能力合計(jì)1100m3/h；20t振動(dòng)碾2臺(tái)；25t自卸汽車80輛；25t汽車吊2臺(tái)。

截流之前，準(zhǔn)備了救護(hù)車、救生衣、救生圈、反光背心等安全保障設(shè)備及用品。

安排了各級(jí)管理及生產(chǎn)人員375人。

5 截流實(shí)施

5.1 水文測(cè)報(bào)

截流期間的水文測(cè)報(bào)工作主要包括水文預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)與現(xiàn)場(chǎng)水文測(cè)驗(yàn)，以及相關(guān)信息的報(bào)送。水文預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)可利用業(yè)主、政府等水文、氣象部門發(fā)布的信息，現(xiàn)場(chǎng)水文測(cè)驗(yàn)包括導(dǎo)流洞進(jìn)出口及戧堤上下游水位觀測(cè)、龍口流速測(cè)驗(yàn)等，由截流單位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。水位觀測(cè)可采用人工水尺讀數(shù)，也可采用水位站自動(dòng)讀數(shù)；流速采用電波流速儀人工測(cè)量；總流量由水文站測(cè)讀，再根據(jù)導(dǎo)流洞泄流曲線推算，得出龍口流量。水文測(cè)驗(yàn)超前于預(yù)進(jìn)占12h開始，直至截流完成。

5.2 預(yù)進(jìn)占施工

5.2.1 右岸預(yù)進(jìn)占

2016年10月5日，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰開始拆除，其渣料直接用于右岸預(yù)進(jìn)占，至2016年10月18日，右岸預(yù)進(jìn)占(共完成戧堤長(zhǎng)度約25m)結(jié)束，右岸鋼筋石籠裹頭施工完成。右岸預(yù)進(jìn)占拋投強(qiáng)度最大達(dá)到360m3/h。

5.2.2 左岸預(yù)進(jìn)占

2016年10月19日，左岸預(yù)進(jìn)占開始，2016年10月23日預(yù)進(jìn)占完成，主要從左岸壩肩下部集料點(diǎn)、上游備料場(chǎng)等取料，最大拋投強(qiáng)度為270m3/h。左岸分流平臺(tái)也同時(shí)在此期間完成填筑。

5.3 截流實(shí)戰(zhàn)演習(xí)

2016年10月26日，在截流戧堤開展了截流實(shí)戰(zhàn)演習(xí)活動(dòng)，共投入施工設(shè)備60臺(tái)套。演習(xí)按截流高峰強(qiáng)度模擬組織實(shí)戰(zhàn)拋投，檢查了機(jī)械設(shè)備挖裝效率和機(jī)械配合熟練程度、運(yùn)輸車輛、道路通行能力、交通指揮、通信聯(lián)絡(luò)、施工組織、現(xiàn)場(chǎng)指揮、戧堤拋投效果和進(jìn)占速度和安全應(yīng)急保障措施等。并根據(jù)實(shí)戰(zhàn)演習(xí)暴露的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)采取對(duì)策和迅速整改，達(dá)到截流的施工需要。

演習(xí)時(shí)河道實(shí)測(cè)流量1030m3/s，最大實(shí)測(cè)流速7.39m/s，最大落差3.04m，龍口寬度填筑至剩余25.7m，龍口分流量590.3m3/s，拋投材料流失系數(shù)達(dá)到2.2，由于來水流量大于設(shè)計(jì)流量，所以各參數(shù)指標(biāo)均大于設(shè)計(jì)參數(shù)。演習(xí)拋投強(qiáng)度參數(shù)見表4。

表4截流實(shí)戰(zhàn)演習(xí)拋投強(qiáng)度參數(shù)

5.4 截流實(shí)施

2016年10月28日，現(xiàn)場(chǎng)開始選擇戧堤進(jìn)占施工，由于來水流量達(dá)到960m3/s，平均流速達(dá)到5.44m/s，落差達(dá)到3.5m，截流實(shí)施效果不佳，龍口合龍至20m處，再無進(jìn)展。

2016年10月29日，由于戧堤合龍較為困難，開始嘗試選擇從上游分流平臺(tái)進(jìn)占(將分流平臺(tái)當(dāng)成戧提)，實(shí)測(cè)來水流量達(dá)到942m3/s，平均流速達(dá)到4.56m/s，分流平臺(tái)落差3.62m，效果較好，當(dāng)晚分流平臺(tái)龍口合龍至13.4m寬。

2016年11月1日，經(jīng)過1d的精心準(zhǔn)備，一舉從分流平臺(tái)合龍。實(shí)測(cè)來水流量達(dá)到851m3/s，平均流速達(dá)到5.49m/s，分流平臺(tái)最終落差5.1m。分流平臺(tái)合龍后，迅速對(duì)原戧堤進(jìn)行了合龍。

5.5 截流實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)

將上游分流平臺(tái)變?yōu)閷?shí)際截流戧堤，采用凸出上游挑角、全斷面推進(jìn)的進(jìn)占方式。其中，龍口36m～15m段是合龍最困難區(qū)段，采用凸出上游挑角的進(jìn)占方法，在上游角(與戧堤軸線成20°～30°)集中拋填塊石串、四面體串和合金網(wǎng)兜串，將水流自堤頭前上游角挑出一部分，形成防沖磯頭，待防沖磯頭下游側(cè)出現(xiàn)回流區(qū)后，迅速用大塊石、鋼筋石籠、中小塊石拋投跟進(jìn)。進(jìn)占施工視堤頭穩(wěn)定情況選擇拋投方法，主要采用堤頭集料、推土機(jī)推入龍口的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)占，堤頭穩(wěn)定性較好時(shí)，采用自卸汽車直接拋投。

龍口流失量較大時(shí)，采用鋼桁架石籠進(jìn)行防沖護(hù)底，再拋填其他材料實(shí)現(xiàn)進(jìn)占。鋼桁架用工字鋼、槽鋼焊接而成，采用直角梯形斷面，梯形底長(zhǎng)7.5m、頂長(zhǎng)4.5m、高度為2.5m，桁架寬度為3m，重約6t，容量約45m3。鋼桁架運(yùn)至堤頭，塊石裝填后用推土機(jī)推入龍口。實(shí)踐表明，鋼桁架石籠具有很好的抗沖能力。

5.6 截流安全措施

(1)在戧堤備料場(chǎng)及截流施工道路部位設(shè)置警戒、哨卡及交通指揮人員，所有非截流設(shè)備、車輛及人員嚴(yán)禁入內(nèi)。

(2)進(jìn)入戧堤現(xiàn)場(chǎng)的所有運(yùn)輸車輛(截流專用)必須聽從現(xiàn)場(chǎng)指揮人員的指揮；所有車輛嚴(yán)禁超載、超速行駛；車輛嚴(yán)禁搭載他人，裝載填料的車輛不許關(guān)閉車窗。

(3)堤頭處明確每班指揮汽車和推土機(jī)人員，汽車在卸料時(shí)專人指揮，汽車倒車入堤，必須距離堤頭有一定的距離，或留有擋車物，嚴(yán)禁車輛靠邊行駛、停放。拋投材料時(shí)，應(yīng)依坡度確定倒車位置，防止邊坡失穩(wěn)后車輛墜入水中。

(4)所有在堤頭指揮的人員必須身穿救生衣。

(5)夜間施工必須配備良好的照明條件，在截流各備料場(chǎng)、上下游截流施工道路，左岸堤頭平臺(tái)及龍口等部位均需設(shè)置足夠的照明。

(6)戧堤填筑時(shí)，安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)戧堤上下游邊坡和戧堤端頭的穩(wěn)定，及時(shí)觀測(cè)河流流態(tài)及河床沖刷情況和拋投體被沖動(dòng)的情況。

(7)配置足夠的救護(hù)設(shè)備、設(shè)施及人員。

6 截流總結(jié)

6.1 截流實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

(1)分流平臺(tái)的實(shí)施對(duì)楊房溝水電站截流起到了至關(guān)重要的作用。

(2)鋼桁架石籠在合龍過程中發(fā)揮了重要作用，具有很好的抗沖能力。

(3)截流指揮系統(tǒng)運(yùn)行良好，指令采用單線傳遞，指令傳輸通暢，執(zhí)行力強(qiáng)。

(4)進(jìn)入龍口困難區(qū)段后，單個(gè)塊體拋投的流失量很大。當(dāng)流速達(dá)到或超過7m/s時(shí)，出現(xiàn)了5個(gè)四面體串聯(lián)拋投、其中2個(gè)因鋼絲繩拉斷而流失的現(xiàn)象。因此，需要多個(gè)四面體串聯(lián)、大塊石串聯(lián)后同步拋投，才能形成有效進(jìn)占。

(5)用于塊石串的大塊石(提前鉆孔)，與其他大塊石應(yīng)隔離堆存，避免取料時(shí)混裝。

(6)因演習(xí)流量1030m3/s遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)流量713m3/s，實(shí)際截流將戧堤高程加高1.5m是必要的。

(7)當(dāng)來水流量超過1000m3/s時(shí)，各截流備料系數(shù)要相應(yīng)提高至2.2～2.5。

6.2 截流實(shí)施教訓(xùn)

(1)科學(xué)掌握截流時(shí)機(jī)，充分重視技術(shù)的作用至關(guān)重要，截流實(shí)施過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)?bào)批的方案來組織現(xiàn)場(chǎng)施工。截流設(shè)計(jì)選擇10年一遇11月中旬平均流量713m3/s，實(shí)際截流為10月下旬開始，至11月1日合龍，實(shí)際流量851m3/s～1030m3/s，難度大大提高。

(2)截流設(shè)計(jì)方案中，右岸只進(jìn)行裹頭防護(hù)，預(yù)進(jìn)占、進(jìn)占均從左岸單向進(jìn)行。實(shí)際實(shí)施時(shí)，為了利用導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰拆除渣料，右岸預(yù)進(jìn)占了約25m，同時(shí)戧堤向上游延伸，完成了右岸防滲墻施工平臺(tái)填筑。但是，間接導(dǎo)致了左岸截流道路及戧堤難以加寬，增大了截流難度。

(3)左岸截流道路局部寬度7m僅滿足雙車道通行、戧堤場(chǎng)地狹窄，是造成拋投強(qiáng)度低的主要原因，應(yīng)進(jìn)占道路寬度不得小于12m，戧堤寬度不得小于20m，有條件時(shí)加寬為好。

(4)截流進(jìn)占采用的鋼筋石籠應(yīng)全部為可吊裝的鋼筋石籠，其龍骨鋼筋直徑、焊接質(zhì)量均應(yīng)確保推土機(jī)推籠時(shí)不散架。

(5)鋼筋石籠及四面體的串聯(lián)工作耗時(shí)較長(zhǎng)，應(yīng)在堤頭附近區(qū)域提前準(zhǔn)備完成。

7 結(jié)語

楊房溝水電站是我國(guó)首個(gè)以設(shè)計(jì)施工總承包模式建設(shè)的百萬千瓦級(jí)大型水電工程，大江截流是本工程建設(shè)的里程碑式節(jié)點(diǎn)，對(duì)工程推進(jìn)具有重要意義。本次大江截流實(shí)施過程雖然艱難曲折，但在全體參建者的共同努力下，終于取得圓滿成功。這份成功來之不易，也必將激勵(lì)著所有參建人員，繼續(xù)發(fā)揚(yáng)“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻(xiàn)”的水電“鐵軍”精神。為將楊房溝水電站建設(shè)成為水電工程建設(shè)行業(yè)總承包模式的典范工程、為中國(guó)水電建設(shè)事業(yè)改革探索出一條“楊房溝道路”而不懈努力！