金沙水電站二、三期導截流施工方案分析

劉同林

摘要： 金沙水電站導截流工程具有流速大、截流落差高、施工工期緊等特點。為保證截流成功，利用水力學計算并開展模型試驗，選取了預進占單戧立堵截流、截流戧堤與圍堰分開布置的方法進行施工。結果表明：針對河道較寬和導流明渠狹窄、流速大的情況，預進占單戧立堵截流能有效降低截流風險和截流難度，可實現(xiàn)快速截流并降低投資成本。研究成果可為類似工程提供參考。

關鍵詞： 導截流; 圍堰工程; 導流明渠; 金沙水電站

中圖法分類號：TV551.1 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.003

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0010 - 04

0 引 言

截流工程是水利樞紐施工的關鍵，可直接影響工程進度。截流過程中，龍口位置的選擇和龍口水力條件的改善尤為關鍵，若處理不到位將導致截流物料沖刷嚴重，增大截流風險。本文以金沙水電站二、三期截流施工為案例，通過借鑒三峽、二灘、觀音巖等水電站截流經驗，分析了單向立堵截流的經濟性與安全性;通過截流模型試驗數(shù)據(jù)，探討了明渠截流在地形地質條件受限、龍口落差及流速增大等諸多影響因素情況下的戧堤布置與解決方法。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，該河段范圍從觀音巖水電站壩址至烏東德水電站庫尾，天然河道長57 km，落差38 m，平均比降0.69‰。金沙水電站采用明渠分期導流方式，共分3期，導流明渠布置于右岸。一期進行右岸導流明渠和混凝土縱向圍堰施工;二期主河床截流，在二期土石圍堰和混凝土縱向圍堰的保護下，對3孔河床溢流壩段、廠房壩段和左岸非溢流壩段進行施工，水流從導流明渠下泄;三期進行明渠截流，在三期上、下游枯水期土石圍堰和混凝土縱向圍堰保護下，對三期基坑內的2孔右岸溢流壩段和右岸非溢流壩段進行施工。

2 水文地質條件

金沙江河道較寬，左岸為緩坡地帶，右岸邊坡稍陡，圍堰一帶河床覆蓋層以卵石為主，河床覆蓋層厚度20～45 m，透水性強。觀音巖水電站已建成運行，本文主要考慮觀音巖水電站對金沙水電站施工分期設計洪水可能產生的影響。將觀音巖水電站滿發(fā)流量3 225 m3/s加上觀音巖至金沙江區(qū)間的分期設計洪水作為金沙水電站壩址施工分期設計洪水。

3 截流難點

（1） 二期截流工程導流主要采用一期工程已建的導流明渠泄流，且要求一期上、下游圍堰拆除及上游河床疏浚工程在二期圍堰戧堤截流前完成，滿足較好的分、過流條件。一期和二期工程分屬不同單位施工，需由業(yè)主協(xié)調一期工程導流滿足截流相關水力要求。

（2） 二期截流工程截流時間不明確，戧堤預進占時間較施工合同約定時間推遲，戧堤進占施工不連續(xù)，給后續(xù)圍堰防滲工程、填筑施工進度和防洪度汛造成壓力。

（3） 三期截流工程采用截流流量Q=1 470 m3/s，根據(jù)截流模型試驗，龍口中心線處最大垂線平均流速達6.93 m/s，龍口下游的最大流速為9.31 m/s，截流最終落差為4.53 m，水力學指標高，截流難度大。

（4） 三期截流工程基本上是在導流明渠內截流，導流明渠過水面相對較窄、水深流急，導致拋投料容易流失，截流困難。

（5） 三期戧堤填筑道路必須經上游索道橋至戧堤堤頭，上游索道橋通行能力低，且有限制（雙/單車載重通行限制總重45 t/55 t、間距100 m、限速5 km/h），上游索道橋右岸橋頭至戧堤堤頭道路狹窄、道路坡度陡，不利于高強度截流施工。

4 截流方案對比

根據(jù)截流特點和已建成的三峽電站、二灘電站、觀音巖電站等電站相關截流經驗，金沙水電站二、三期截流均采用立堵截流方案，各備選了3種方案。通過對不同方案優(yōu)缺點分析，最終確定最優(yōu)截流方案。

4.1 二期截流工程

（1） 方案一采用單戧、單向立堵截流，從左岸向右岸進占，龍口位于河床右側。該方案預進占工程量較小，協(xié)調量小，下游圍堰拋投施工容易。但是，上游戧堤合龍過程中，流速高，落差大，戧堤端頭沖刷大，所需截流特殊物料較多，成本較高，且增加后期圍堰填筑量，不能盡早提供防滲墻施工操作平臺，造成后期工期緊張，截流失敗風險高。

（2） 方案二采用提前全斷面預進占，單戧（寬戧）單向立堵截流。該方案雖能盡早提供部分上游圍堰防滲施工工作面，工期有保證，截流較容易。但是，前期預進占工程量較大，截流工程量大，特殊物料備料較多，經濟成本較高。

（3） 方案三采用上游提前全斷面預進占，單戧（寬戧）單向立堵截流，下游圍堰全斷面跟進，先施工上游戧體圍堰（防滲墻平臺）預進占（左岸預進占約60 m，右岸上游預進占約20 m），河床靠右岸形成90 m龍口后，立即進行上游左側戧堤端頭裹頭施工，然后進行上游龍口戧堤進占截流合龍。方案三具有方案二的優(yōu)點，工期有保證，同時右岸預進占，龍口位置選擇在覆蓋層相對較淺的靠右岸的淺灘上，降低截流難度，但預進占使龍口束窄，單寬流量、流速增大，物料流失較多，特殊物料備料較多，經濟成本較高[1]。

根據(jù)截流前分析，截流時間較投標階段相應推遲，造成后續(xù)施工進度受擠壓。2011年所測地形資料與2016年截流施工復測地形存在偏差，經多年沖刷，河床高程有所降低，對截流時的龍口流速及流量有一定影響。綜合各種因素，為降低截流風險，保證截流一次成功，經對比優(yōu)選方案三（圖1）。實踐證明，方案三大大降低了截流風險，達到了盡早提供圍堰防滲施工平臺的目的，為二期圍堰滿足防洪度汛要求創(chuàng)造了條件。

4.2 三期截流工程

三期截流時，金沙水電站2個表孔、1個表孔缺口與4個排沙孔同時泄流，泄流條件復雜，加之明渠截流落差超4 m，明渠岸坡陡峭、渠底平整光滑不利于拋投料的穩(wěn)定堆積，截流難度較大。為實現(xiàn)安全經濟截流，進行了截流模型相關試驗[2]。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選取3種軸線位置進行模型試驗，試驗流量選取了Q=480 m3/s（最低流量），Q=950 m3/s（近幾年常見流量），Q=1 470 m3/s（設計截流流量），按照3種截流方式進行分析，試驗參數(shù)如表1所示。

（1） 方案一將截流戧堤布置于三期上游圍堰處，由右向左采用單戧立堵方式進占，該方案需在截流前增設一條馬道，以便拋投料的運輸，馬道高程1 007.0 m，寬7.0 m。坡度1∶1.5接明渠底板。但是，該方案的截流戧堤軸線位于壩軸線上游89.9 m處，其右側為陡峭山體，需在明渠內鋪設道路，以便進料車進出，道路施工困難，成本較高。

（2） 方案二是戧堤與圍堰不結合，將戧堤軸線一端布置在縱向圍堰頭部，另一端與右岸道路相接，戧堤起點距離高程1 007.0 m的馬道依然有近80 m的距離，同樣需要預先鋪設道路，以便進料車進出。該方案的截流戧堤軸線位于明渠進口處，道路交通較為方便。

（3） 為達到安全經濟截流目的，方案三對方案二的截流戧堤軸線再次進行了優(yōu)化，進占起點直接從高程1 007.0 m寬平臺開始，另一端仍位于縱向圍堰頭部。戧堤頂高程為1 003.0 m，頂寬10 m。該方案的截流戧堤軸線位于明渠進口處，不用進行道路鋪設，減少鋪筑工程量[3-4]。

從表1可知，3個截流方案的截流落差、流速等水力學特性參數(shù)相差不大。但由于截流戧堤設計頂高程至少1 003.0 m，進出口底板高程分別為993.0，992.0 m，戧堤高10.0 m左右，采用截流方案一和方案二均需在明渠內填出路面寬至少7m的截流道路，而導流明渠寬僅35 m，截流道路必然占用導流明渠很大部分過流斷面，致使明渠過流斷面嚴重束窄、流速增加，截流戧堤及截流道路填筑期間必然會造成大量拋投料流失[5]。因此在考慮截流道路的填筑及截流拋填量以及截流難度等因素的情況下，截流方案三更為合理。實際截流中，針對制約截流的場地、道路、物料的粒徑均做了相應優(yōu)化，通過密切配合協(xié)調，導流明渠順利實現(xiàn)三期截流。

5 結論與建議

二、三期截流是金沙水電站建設中的重大關鍵節(jié)點，截流的成功和圍堰的良好運行為后續(xù)金沙水電站按期發(fā)電奠定了良好的基礎。

（1） 及時掌握上游電站下泄流量極其重要。二、三期截流洪水標準主要受上游觀音巖水電站發(fā)電泄水量的控制，因此業(yè)主加強了與觀音巖水電站業(yè)主及電力調度中心的聯(lián)系，及時準確掌握了截流時段內觀音巖水電站的泄水情況，并據(jù)此實施二、三期截流和后續(xù)圍堰填筑工作，避免戧堤截流失敗的風險。根據(jù)現(xiàn)場實際截流情況，截流時段泄水流量小于投標階段設計流量，降低了截流風險，順利完成了二、三期截流[6]。

（2） 金沙水電站二、三期截流充分利用了水力學計算與模型試驗成果，借鑒了三峽電站、觀音巖電站等電站的截流經驗。尤其在導流明渠截流方面，解決了導流明渠底板光滑，設計流量和水流流速較大，截流初始進占困難等問題。通過將戧堤布置在明渠進口處，使圍堰與戧堤分開布置，降低了截流難度和經濟成本，提高了施工效率。

（3） 三期截流前，二期圍堰瘦身和拆除工作安排較為關鍵，需結合二期工程的實際完成情況、驗收情況和洪水標準情況擇機進行。在金沙水電站三期截流過程中，三期截流工程與二期上游圍堰拆除時間部分重疊，造成三期截流水位略有壅高，給截流造成部分壓力，但由于截流前儲備了四面體和大塊石，將2～3個四面體或大塊石串成一體拋投，使得戧堤固根作用明顯[7]。

（4） 三期截流工程中，根據(jù)實際情況優(yōu)化了戧堤軸線，采用戧堤與圍堰分離布置的形式，減少了截流難度。但是，期間出現(xiàn)了截流后戧堤閉氣效果不佳的現(xiàn)象，在圍堰防滲體系未徹底形成前，戧堤的滲流造成了圍堰出現(xiàn)滑坡、堰體底部出現(xiàn)管涌等情況。因此，雖然戧堤與圍堰分離布置可使施工效率提高，但截流過程中高速水流沖刷戧堤填料，使得戧堤填筑物料級配不連續(xù)，無法達到閉氣效果。因此，如何在截流后提高戧堤閉氣效果需進一步研究。

（5） 在預進占和截流合龍過程中，隨著龍口束窄，流速變大，造成拋投物料沖刷增大，雖然投標階段已明確了物料的流失系數(shù)，但由于上游流量大小的不確定性與物料選擇等因素，易出現(xiàn)拋投物料工程量增減等合同爭議。為防止出現(xiàn)合同爭議，截流工程前后應對截流和基坑河床進行地形測量，測量精度須達到1/500;同時，應做好截流前水文監(jiān)測工作，尤其在臨近合龍前需安排非龍口段每2 h觀測1次，龍口段每1 h觀測1次且需晝夜不停檢測，以便針對拋投物料粒徑進行及時調整。

（6） 金沙水電站截流施工場地狹窄，又受山梁子搶險工程、花石崖危巖體、冷軋廠堆積體影響，截流能否成功具有不確定性。為此，通過金沙水電站各參建單位協(xié)同配合、詳細規(guī)劃，對不穩(wěn)定因素加強監(jiān)測，順利完成了分期截流。

參考文獻：

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（編輯：江 文）

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