巴塘水電站河床截流設(shè)計

廖 有 林， 杜 曉 凡， 陳 志 剛

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司巴塘分公司，四川 成都 610041)

1 概 況

巴塘水電站位于金沙江上游河段四川省和西藏自治區(qū)的界河上，正常蓄水位為2 545 m，總庫容1.41億m3，電站裝機(jī)750 MW。主要建筑物包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及左岸岸邊發(fā)電廠房、尾水渠和生態(tài)放水管。電站采用一次攔斷河床，采用隧洞導(dǎo)流。導(dǎo)流洞布置于金沙江左岸，進(jìn)口底板高程為2 487 m，導(dǎo)流洞洞長795 m，導(dǎo)流洞為12×14 m城門洞型，洞內(nèi)坡度i=0.005。

巴塘水電站截流設(shè)計流量322 m3/s，根據(jù)截流水力學(xué)計算機(jī)模型試驗成果，截流最大落差4.53 m,平均流速4.78 m/s。該水電站在截流時，落差大、流速快，增大了截流難度。因電站地處高山峽谷地區(qū)，可利用的施工場地有限，能利用的主要場地為壩址上、下游兩岸的階地及壩址上游支溝內(nèi)的臺地，且左、右岸主要通過上游橫跨金沙江的臨時索橋來聯(lián)通。該橋位于壩址上游約1.1 km處，鄰近和達(dá)通溝，設(shè)計荷載單車60 t，為單跨雙幅索道橋，下行橋通行重車，上行橋通行空車。河床截流時填筑強(qiáng)度高，左、右岸交通有限，運輸難度大。

2 截流總體規(guī)劃

2.1 交通

巴塘水電站壩址區(qū)左右岸場內(nèi)道路按高程分層布置。用于截流施工的道路主要有：右岸低線道路(2號路)、上游臨時索道橋、左岸1號施工道路。

截流料源至戧堤主要運輸路線如下：

石渣料、塊石料運輸線路：1號回采場→2號道路→上游臨時索道橋→左岸1號施工道路→截流戧堤，運輸距離1.2 km。

2.2 時段選擇

截流時段要結(jié)合現(xiàn)場實際情況，充分考慮難度系數(shù)，在枯水期流量小、流速慢、風(fēng)險較低的時段進(jìn)行[1]，且應(yīng)當(dāng)為后續(xù)工作預(yù)留充足時間。結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件及工期安排，選擇在2020年11月進(jìn)行預(yù)進(jìn)占，12月底開始截流，按照10年一遇12月下旬平均流量322 m3/s考慮。

2.3 截流戧堤位置選擇

在截流時，為考慮減少后期臨建工程量，保證圍堰填筑進(jìn)度，選擇戧堤和圍堰相結(jié)合布置[2]。根據(jù)巴塘水電站現(xiàn)場實際情況分析，上、下游圍堰均可作為截流部位。由于下游圍堰河谷較寬、河床高程較低，在相同的條件下，導(dǎo)流洞分流能力較差，將增大上、下游落差，增加截流難度，戧堤工程量較大；另外，選擇下游圍堰處截流，運距較遠(yuǎn)。因此，經(jīng)綜合比較后，選擇上游圍堰處截流，截流戧堤與上游圍堰結(jié)合布置。

上游圍堰防滲系統(tǒng)采用混凝土防滲墻+土工膜斜墻型式。參照國內(nèi)外工程經(jīng)驗，從壩體滲透穩(wěn)定、圍堰基礎(chǔ)沖刷及防滲墻施工難度等方面考慮，將戧堤布置在圍堰軸線處。

2.4 截流方式及龍口位置

目前，國內(nèi)外水利水電工程截流方式主要有立堵和平堵截流兩種方式。立堵截流施工簡單、快速、經(jīng)濟(jì)，截流流速快，底部沖刷嚴(yán)重，龍口合龍難度大[3]；平堵截流龍口流速分布較均勻，整體施工難度大，需架設(shè)棧橋，施工周期長，投資大。巴塘水電站工程截流方式的選擇，主要考慮了以下幾個方面的因素：

(1)工程所在的金沙江是以夏汛為主的河流，流量以降雨和雪山融水為主，截流時間選擇在枯水期，截流流量相對較小。立堵截流在我國水利水電工程中應(yīng)用較為廣泛，積累了豐富的施工經(jīng)驗，且準(zhǔn)備工作相對簡單，造價低。因此，采用立堵截流較好。

(2)工程導(dǎo)流洞底寬12 m，進(jìn)口布置高程較低，分流條件較好，截流后的總落差不大，采用單戧堤截流可滿足要求。

(3)上游圍堰右岸可結(jié)合現(xiàn)有2號道路布置截流施工道路，截流備料場在和達(dá)通溝溝口處，交通及施工布置滿足要求。

根據(jù)實際需要，采用單戧立堵截流，左右岸預(yù)進(jìn)占，龍口設(shè)在河床中部，從右側(cè)向左側(cè)進(jìn)占。戧堤布置位置河床斷面較寬，約243.6 m，先進(jìn)行左右岸戧堤預(yù)進(jìn)占118.6 m，然后右岸預(yù)進(jìn)占45 m，最后形成龍口寬度80.0 m。

2.5 龍口水力特征及分區(qū)

根據(jù)水力學(xué)模型試驗及水力學(xué)計算，龍口寬度水力特性指標(biāo)見表1。

表1 龍口寬度水力特性指標(biāo)表

經(jīng)水力學(xué)模型試驗及水力學(xué)計算，確定初始龍口寬度為80.0 m。龍口進(jìn)占分四個區(qū)見表2：

表2 龍口分區(qū)表

3 截流措施

3.1 截流

截流過程中，根據(jù)截流設(shè)計要求及現(xiàn)場施工特點，合理規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，塊石串、鋼筋石籠等特殊材料應(yīng)于截流前半個月準(zhǔn)備就緒。

為滿足截流時拋投強(qiáng)度，在單戧堤堤頭位置規(guī)劃3處卸料點，車輛分三路縱隊，在卸料車之間保證空車回路。

根據(jù)填筑料的不同,對車輛進(jìn)行編隊，分別配以不同顏色或者號碼標(biāo)志,以方便指揮人員指揮卸料。

截流過程中應(yīng)根據(jù)拋投料的流失量，及時調(diào)整拋投料組合粒徑，當(dāng)截流進(jìn)入困難段時，應(yīng)采取5～6輛車并排同時拋投，并適時將特殊料由推土機(jī)推入龍口。

在進(jìn)占時,采用級配較好的石渣料在戧堤頂部進(jìn)行鋪筑，并整平路面，確保大型機(jī)械設(shè)備通行順暢。

在龍口各區(qū)段進(jìn)占過程中，應(yīng)先在戧堤上游側(cè)拋投大塊徑料形成挑角，然后在下游側(cè)拋投小塊徑料。

預(yù)進(jìn)占至設(shè)計位置后，采用預(yù)制混凝土塊、鋼筋石籠等作裹頭保護(hù),保護(hù)預(yù)進(jìn)占戧堤不被水流破壞[4]。

3.2 合龍

為更快更好實現(xiàn)上游截流戧堤合龍，截斷金沙江，在施工過程中，塊石串、鋼筋石籠等要以堤頭集料為主，中石、石渣等以汽車拋投為主。

龍口總寬80.0 m，當(dāng)龍口進(jìn)占到30.0 m時，龍口落差4.53 m，最大平均流速達(dá)到4.78 m/s，為保護(hù)左岸戧堤堤頭的穩(wěn)定，先在堤頭拋投大塊石及鋼筋石籠，形成裹頭保護(hù)，為爭取截流時間，減少拋投材料流失量，進(jìn)占主要采用塊石拋投。

龍口進(jìn)占合龍時，壓低堤頭，緊貼水面，隨著戧堤一步步推進(jìn)，對戧堤后部進(jìn)行適當(dāng)加高。龍口隨著慢慢進(jìn)占，過流斷面將逐步成三角形，快速組織機(jī)械設(shè)備全面拋投大、中塊體，一氣呵成，直至合龍[5]。

4 截流備料

4.1 料源

截流材料按規(guī)格分類堆放，堆場應(yīng)立牌，標(biāo)出堆場編號、物料名稱、面積尺寸、堆料數(shù)量等，便于運輸調(diào)配，主要堆放材料見表3。

表3 截流料源堆放規(guī)劃表

4.2 各區(qū)用量

截流材料取自1號回采場及截流備料場。上游圍堰截流備料場位于壩址上游右岸和達(dá)通溝口上游階地上，主要供應(yīng)土石方填筑料。截流特殊材料如塊石串、鋼筋石籠等預(yù)制完成后，主要堆放于1號渣場，少量堆存于右岸裹頭附近。左岸預(yù)進(jìn)占段利用混凝土臨時毛料堆存場存放的開挖棄料。

在合龍時，拋投材料用量在不同龍口段是不同的。龍口各區(qū)段進(jìn)占時，拋投工程量見表4。

表4 各區(qū)拋投材料表

在實際截流過程中，因受水流速度、龍口位置、截流材料等各種因素影響，可能出現(xiàn)不利情況，因此，在備料時應(yīng)考慮一定的儲備系數(shù)。根據(jù)國內(nèi)一般截流經(jīng)驗，安全儲備系數(shù)通常為1.2～1.4，該拋投料儲備系數(shù)取上限值。

5 結(jié) 語

河床截流在整個水電站建設(shè)過程中是一個非常重要的環(huán)節(jié)，只有通過科學(xué)合理的設(shè)計，使其順利截流，才能為后續(xù)水利水電工程施工環(huán)節(jié)奠定堅實基礎(chǔ)。巴塘水電站地處于高山峽谷地區(qū)，可利用的施工場地有限，具有截流運輸難度大、邊界條件復(fù)雜、拋投強(qiáng)度高等特點，通過對截流總體規(guī)劃設(shè)計和科學(xué)合理的組織管理，成功實現(xiàn)了該水電站截流目標(biāo)任務(wù)。為后續(xù)相關(guān)水電站建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗，可為以后類似工程提供參考。