拉哇水電站工程截流方案和實施

練 新 軍， 李 洪 林

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

1 概 述

拉哇水電站位于金沙江上游，為一等大(Ⅰ)型工程，壩址控制流域面積17.6萬km2，多年平均流量861 m3/s。樞紐采用河床布置混凝土面板堆石壩，壩頂高程2 709 m，壩頂長度398 m，壩頂寬15 m，最大壩高239 m。電站裝4臺500 MW機組，多年平均年發(fā)電量83.24～90.89億kWh。

壩址區(qū)總體為高山峽谷地形，河流深切呈“Ⅴ”型，枯期流量較大。根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件和河流洪峰流量特點，采用導(dǎo)流隧洞分流、圍堰一次攔斷河床、從左向右單向進占、單戧立堵截流方式。其中，右岸2條導(dǎo)流隧洞軸線間距35 m，①、②導(dǎo)流隧洞斷面尺寸分別為17 m×19 m(寬×高)、7.5 m×8 m(寬×高)，進口高程分別為2 540 m和2 544 m。通過水力學(xué)計算成果分析論證和工程截流模型試驗成果驗證，優(yōu)化選擇了合理的截流方案，按期實現(xiàn)大江截流。

2 截流方案確定

2.1 工程截流水力學(xué)計算及模型試驗成果比較

根據(jù)多年水文觀測資料統(tǒng)計分析[1]，壩址處多年平均流量為861 m3/s，枯期各月多年平均流量及年內(nèi)分配見表1。

壩址年平均流量、枯水期(12月～次年4月)平均流量各頻率計算成果見表2。

工程截流前，經(jīng)過水力學(xué)計算成果分析論證，并委托中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司進行了工程截流動床模型試驗驗證。除平均最大流速外，截流水力學(xué)計算出的戧堤上下游水位最大落差、最大單寬功率等龍口主要水力學(xué)指標(biāo)(見表3)均比模型試驗成果要小。為確保截流安全，截流設(shè)計采用截流動床模型試驗成果。

表1 枯期各月平均流量及年內(nèi)分配表

表2 壩址年平均流量、枯水期平均流量頻率計算成果表/m3·s-1

2.2 截流時段和標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)總體施工安排及導(dǎo)流洞分流安排，工程截流時段選在11月下旬，截流標(biāo)準(zhǔn)采用11月10 a一遇月平均流量639 m3/s。

2.3 截流方式

根據(jù)堰址地形和截流料源、現(xiàn)場施工道路布置條件，采用從左向右單向進占、單戧立堵截流方式。

2.4 戧堤平面及戧堤斷面布置

圍堰截流戧堤在防滲墻軸線下游，平面布置見圖1。戧堤與圍堰堰體結(jié)合、垂直于主河床布置，距離導(dǎo)流洞進口下游側(cè)翼墻頭部約210 m，與上游防滲墻平行，相距72.5 m，與圍堰軸線平行，相距約75 m。為雍高龍口水位、改變流態(tài)、降低龍口流速，在戧堤軸線下游140 m部位自左向右拋填約5 m長丁壩。

圖1 平面布置示意圖

根據(jù)截流動床模型試驗成果[2]，11月下旬截流后Q=639 m3/s流量對應(yīng)上游水位2 548.193 m和下游水位約2 540.936 m?？紤]安全超高等因素，確定戧堤頂高程為2 550 m?？紤]滿足3～4輛32 t(16 m3)自卸汽車同時卸料，截流戧堤頂寬設(shè)計為20 m，戧堤斷面為梯形，上下游坡由進占拋投料自然形成(約1∶1.5)。龍口戧堤受水流淘刷導(dǎo)致坍塌，縱向迎水面拋投自然坡比約1∶2。為滿足龍口段戧堤高強度拋填、減少戧堤透水及固坡，龍口截流戧堤拋填時上、下游10 m范圍同步拋填D≤200 mm、D≤800 mm石渣料進行培厚。截流戧堤設(shè)計斷面見圖2。

圖2 截流戧堤斷面示意圖

2.5 龍口布置

截流戧堤布置在上游圍堰內(nèi)，堰址主河床位于右岸，且截流前右岸留有一條寬約8 m供導(dǎo)流洞進口施工的道路10號-2。結(jié)合截流水力學(xué)計算及截流動床模型試驗成果，綜合考慮截流戧堤備料、施工道路、后續(xù)防滲墻施工、監(jiān)測儀器埋設(shè)等綜合因素，龍口設(shè)置在河床右岸S0+065～S0+125范圍。

2.6 龍口分區(qū)及拋投材料

龍口合龍施工時，首先對右岸戧堤進行裹頭保護，然后從左向右單向進占、立堵截流。龍口合龍戧堤進占分區(qū)見圖3。

圖3 龍口合龍戧堤進占分區(qū)示意圖

影響截流拋投材料量的主要因素包括戧堤實際拋投斷面、拋投流失量、覆蓋層沖刷量以及備料堆存和運輸損耗量等[3]。截流拋投材料主要包括混合石渣(粒徑≤0.8 m)、大塊石(粒徑>0.8 m)、鋼筋石籠、合金網(wǎng)兜、塊石串、混凝土四面體等。根據(jù)工程截流特點及模型試驗成果，鋼筋石籠備料系數(shù)取1.3，混合石渣、大塊石、塊石串、合金網(wǎng)兜備料系數(shù)取1.8。鋼筋石籠、塊石串、合金網(wǎng)兜拋、混凝土四面體等特殊拋投材料均提前堆存在戧堤附近，截流戧堤合龍備料見表4。

表4 截流戧堤合龍備料表

3 截流方案的實施

3.1 截流程序

工程截流施工程序為：圍堰左岸全斷面預(yù)進占至S0+065、形成2 544.5 m高程作業(yè)平臺→右岸-2道路戧堤部位補拋、形成2 544.5 m高程作業(yè)平臺→左、右岸戧堤拋填大塊石護腳→右岸戧堤2 544.5 m以下裹頭采用大塊石保護→龍口護底鋼筋石籠吊裝→右岸戧堤2 544.5 m以上補拋、迎水面擺砌鋼筋石籠裹頭保護→左岸戧堤立堵拋投、向右進占→龍口合龍。

3.2 截流準(zhǔn)備

工程截流前，成立了工程截流指揮部和技術(shù)保障組、設(shè)備物資保障組、應(yīng)急保障組、后勤保障組、宣傳報道組、現(xiàn)場指揮組，編制了工程截流施工手冊，明確了工作職責(zé)和施工程序、應(yīng)急預(yù)案，提前組織分項及合成演練，檢驗和優(yōu)化了截流施工組織流程和資源配置，使截流組織更合理、截流實施更有保障。同時，修筑完成各料源點至戧堤運輸?shù)缆?、劃定車輛行駛路線，并組織80余臺套反鏟挖掘機、自卸汽車、裝載機、推土機、吊機、平板拖車等全程演練，確保各作業(yè)人員提前熟悉操作流程、配合默契，以減少截流過程中的施工干擾、提高截流拋投強度。

3.3 預(yù)進占與護底施工

3.3.1 預(yù)進占填筑

工程截流戧堤2 550 m高程軸線長約124.173 m。為減少戧堤龍口合龍工程量，降低龍口拋填強度[4]，提前組織戧堤預(yù)進占，形成頂寬60 m的龍口。在截流戧堤預(yù)進占的同時，上游側(cè)防滲墻施工作業(yè)平臺過渡料和碎石土料及下游側(cè)拋填石渣料也跟進填筑。

預(yù)進占采用反鏟挖掘機挖裝、自卸汽車運輸、進占法卸料、推土機分層攤鋪，水面1 m以上拋填石渣采用26 t振動碾分層碾壓密實。

3.3.2 龍口護底及裹頭保護

圍堰堰址河床覆蓋層厚近70 m，表層Qal-5層砂卵石層厚僅1～8 m，下部為超40 m厚的Ql-3、Ql-2堰塞湖相沉積巖，河床在高速水流下容易淘蝕。

為減輕河床沖刷和龍口拋投量，縮短截流時間和減輕戧堤坍塌[5]，戧堤合龍前采用了大塊石、鋼筋石籠等進行護腳護底。護底采用兩層2 m×1 m×1 m鋼筋石籠，護腳采用塊徑0.8 m以上的大塊石，護腳護底范圍為戧堤上游25 m～戧堤下游35 m區(qū)域。

護腳大塊石利用自卸汽車運輸和反鏟挖掘機進行拋填。護底鋼筋石籠采用自卸汽車運輸和人工配合起重機從下游向上游分層安放，采用拉標(biāo)尺線的方法進行精確放樣和定位。

3.4 右岸裹頭防護

為減輕合龍過程沖刷，戧堤右岸裹頭不同高程分別采用大塊石和鋼筋石籠進行防護。2 544 m以下采用大塊石進行防護，利用自卸汽車運輸、卸料至堤頂，采用反鏟挖掘機輔助拋填。2 544～2 548 m范圍采用厚度2 m的鋼筋石籠防護，鋼筋石籠采用“一丁一順”擺砌，石籠間采用C22 mm鋼筋串接成整體，隨裹頭拋填石渣同步上升，同時施工。

3.5 合龍拋填

3.5.1 戧堤截流分區(qū)進占材料及進占方式

戧堤預(yù)進占階段采用全斷面進占施工，截流材料采用粒徑0.3 m以下及連續(xù)級配石渣，裹頭采用粒徑0.4～0.75 m大塊石進行保護。戧堤合龍時，凸出上游挑角法施工，上挑角45°～60°超前進占，堤身及下挑角采用連續(xù)級配石渣緊跟拋投，并采用合金網(wǎng)兜、塊石串、大塊石、鋼筋石籠等保護。截流分區(qū)進占材料及進占方式見表5。

3.5.2 戧堤挑角拋填

龍口戧堤挑角部位是戧堤截流的薄弱部位，流速大、易淘刷，上挑角45°方向主要拋填四面體、合金網(wǎng)兜、鋼筋石籠、大塊石串、大塊石等特殊料。上挑角特殊料拋填順序采用四面體→合金網(wǎng)兜→鋼筋石籠→大塊石串→大塊石，控制進占方向30°～45°范圍。各型拋填材料施工工藝如下：

(1)四面體拋填。左岸截流戧堤進占至困難段，在戧堤上游拋填2只四面體對上挑角進行護腳。兩只四面體采用人工配合起重機吊運至截流戧堤上挑角部位，采用φ16 mm鋼絲繩串聯(lián)后利用推土機推運。

(2)合金網(wǎng)兜拋填。合金網(wǎng)兜采用人工配合起重機吊裝、自卸汽車運輸?shù)降填^卸料，采用推土機或裝載機鏟推。

(3)鋼筋石籠拋填。鋼筋石籠采用人工配合起重機吊裝自卸汽車運輸?shù)降填^卸料，采用推土機或裝載機鏟推。鋼筋石籠裝車時，石籠沿車廂縱向擺放，每輛自卸汽車裝4只1 m×1 m×2 m鋼筋石籠。卸車前，采用φ14 mm鋼絲繩將鋼筋

表5 截流分區(qū)進占材料及進占方式

石籠環(huán)繞串聯(lián)。

(4)大塊石串拋填。拋填前先采用φ14 mm鋼絲繩將5～6只大塊石串成整體，塊石串采用起重機吊裝、自卸汽車運輸至堤頭上挑角部位，采用推土機或裝載機推運入水。

(5)大塊石拋填。截流戧堤大塊石采用自卸汽車運輸至指定部位、卸車，采用推土機或裝載機推運入水。

3.5.3 戧堤磯頭填筑

截流戧堤磯頭主要拋填混合石渣料，拋填滯后上下游挑角2～3 m，采用自卸汽車運輸至堤頭卸料，利推土機或裝載機推填。磯頭填筑時，自卸汽車卸料位置距離堤頭約2 m，推填坡度不陡于20%，堤頭距離水面高度至少0.5 m。

4 結(jié) 語

工程于2021年11月27日上午10時正式開始大江截流拋投，2021年11月29日10時順利合龍。截流時戧堤上游水位2 547.02 m，流量434 m3/s，實測最大流速7.57 m/s、位于戧堤軸線下游22 m處。受戧堤下游左岸丁壩影響，截流期間下游水位雍高約3 m，截流戧堤上下游實測水位最大落差6.69 m。

工程成功截流，證明截流戧堤設(shè)計參數(shù)合理，大流速、高落差、深厚軟弱堰基采用鋼筋石籠護底可行，戧堤下游適當(dāng)位置設(shè)置丁壩對截流有利。截流過程未出現(xiàn)塌堤、河床淘蝕嚴重等情況，采用鋼筋石籠、合金網(wǎng)兜、塊石串、四面體、大塊石等特殊料聯(lián)合拋投、快速通過截流困難區(qū)段，拋投技術(shù)和施工方法得當(dāng)。可為類似水電工程截流提供借鑒。