拉哇水電站工程截流方案和實(shí)施

練 新 軍， 李 洪 林

(中國(guó)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(wàn)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(zhǎng)度398 m，壩頂寬15 m，最大壩高239 m。電站裝4臺(tái)500 MW機(jī)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(diǎn)，采用導(dǎo)流隧洞分流、圍堰一次攔斷河床、從左向右單向進(jìn)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(jìn)口高程分別為2 540 m和2 544 m。通過(guò)水力學(xué)計(jì)算成果分析論證和工程截流模型試驗(yàn)成果驗(yàn)證，優(yōu)化選擇了合理的截流方案，按期實(shí)現(xiàn)大江截流。

2 截流方案確定

2.1 工程截流水力學(xué)計(jì)算及模型試驗(yàn)成果比較

根據(jù)多年水文觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)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(jiàn)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(jì)算成果見(jiàn)表2。

工程截流前，經(jīng)過(guò)水力學(xué)計(jì)算成果分析論證，并委托中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司進(jìn)行了工程截流動(dòng)床模型試驗(yàn)驗(yàn)證。除平均最大流速外，截流水力學(xué)計(jì)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(jiàn)表3)均比模型試驗(yàn)成果要小。為確保截流安全，截流設(shè)計(jì)采用截流動(dòng)床模型試驗(yàn)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(jì)算成果表/m3·s-1

2.2 截流時(shí)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(shí)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(chǎng)施工道路布置條件，采用從左向右單向進(jìn)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(jiàn)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(jìn)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(zhǎng)丁壩。

圖1 平面布置示意圖

根據(jù)截流動(dòng)床模型試驗(yàn)成果[2]，11月下旬截流后Q=639 m3/s流量對(duì)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(shí)卸料，截流戧堤頂寬設(shè)計(jì)為20 m，戧堤斷面為梯形，上下游坡由進(jìn)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(qiáng)度拋填、減少戧堤透水及固坡，龍口截流戧堤拋填時(shí)上、下游10 m范圍同步拋填D≤200 mm、D≤800 mm石渣料進(jìn)行培厚。截流戧堤設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)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(jìn)口施工的道路10號(hào)-2。結(jié)合截流水力學(xué)計(jì)算及截流動(dòng)床模型試驗(yàn)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(cè)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(shí)，首先對(duì)右岸戧堤進(jìn)行裹頭保護(hù)，然后從左向右單向進(jìn)占、立堵截流。龍口合龍戧堤進(jìn)占分區(qū)見(jiàn)圖3。

圖3 龍口合龍戧堤進(jìn)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(shí)際拋投斷面、拋投流失量、覆蓋層沖刷量以及備料堆存和運(yùn)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(diǎn)及模型試驗(yàn)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(jiàn)表4。

表4 截流戧堤合龍備料表

3 截流方案的實(shí)施

3.1 截流程序

工程截流施工程序?yàn)椋簢咦蟀度珨嗝骖A(yù)進(jìn)占至S0+065、形成2 544.5 m高程作業(yè)平臺(tái)→右岸-2道路戧堤部位補(bǔ)拋、形成2 544.5 m高程作業(yè)平臺(tái)→左、右岸戧堤拋填大塊石護(hù)腳→右岸戧堤2 544.5 m以下裹頭采用大塊石保護(hù)→龍口護(hù)底鋼筋石籠吊裝→右岸戧堤2 544.5 m以上補(bǔ)拋、迎水面擺砌鋼筋石籠裹頭保護(hù)→左岸戧堤立堵拋投、向右進(jìn)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(bào)道組、現(xiàn)場(chǎng)指揮組，編制了工程截流施工手冊(cè)，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(xiàng)及合成演練，檢驗(yàn)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(shí)施更有保障。同時(shí)，修筑完成各料源點(diǎn)至戧堤運(yùn)輸?shù)缆贰澏ㄜ囕v行駛路線，并組織80余臺(tái)套反鏟挖掘機(jī)、自卸汽車、裝載機(jī)、推土機(jī)、吊機(jī)、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(guò)程中的施工干擾、提高截流拋投強(qiáng)度。

3.3 預(yù)進(jìn)占與護(hù)底施工

3.3.1 預(yù)進(jìn)占填筑

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

預(yù)進(jìn)占采用反鏟挖掘機(jī)挖裝、自卸汽車運(yùn)輸、進(jìn)占法卸料、推土機(jī)分層攤鋪，水面1 m以上拋填石渣采用26 t振動(dòng)碾分層碾壓密實(shí)。

3.3.2 龍口護(hù)底及裹頭保護(hù)

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(shí)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(jìn)行護(hù)腳護(hù)底。護(hù)底采用兩層2 m×1 m×1 m鋼筋石籠，護(hù)腳采用塊徑0.8 m以上的大塊石，護(hù)腳護(hù)底范圍為戧堤上游25 m～戧堤下游35 m區(qū)域。

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

3.4 右岸裹頭防護(hù)

為減輕合龍過(guò)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(jìn)行防護(hù)。2 544 m以下采用大塊石進(jìn)行防護(hù)，利用自卸汽車運(yùn)輸、卸料至堤頂，采用反鏟挖掘機(jī)輔助拋填。2 544～2 548 m范圍采用厚度2 m的鋼筋石籠防護(hù)，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(shí)施工。

3.5 合龍拋填

3.5.1 戧堤截流分區(qū)進(jìn)占材料及進(jìn)占方式

戧堤預(yù)進(jìn)占階段采用全斷面進(jìn)占施工，截流材料采用粒徑0.3 m以下及連續(xù)級(jí)配石渣，裹頭采用粒徑0.4～0.75 m大塊石進(jìn)行保護(hù)。戧堤合龍時(shí)，凸出上游挑角法施工，上挑角45°～60°超前進(jìn)占，堤身及下挑角采用連續(xù)級(jí)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(hù)。截流分區(qū)進(jìn)占材料及進(jìn)占方式見(jiàn)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(jìn)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(jìn)占至困難段，在戧堤上游拋填2只四面體對(duì)上挑角進(jìn)行護(hù)腳。兩只四面體采用人工配合起重機(jī)吊運(yùn)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(jī)推運(yùn)。

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

(3)鋼筋石籠拋填。鋼筋石籠采用人工配合起重機(jī)吊裝自卸汽車運(yùn)輸?shù)降填^卸料，采用推土機(jī)或裝載機(jī)鏟推。鋼筋石籠裝車時(shí)，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(jìn)占材料及進(jìn)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(jī)吊裝、自卸汽車運(yùn)輸至堤頭上挑角部位，采用推土機(jī)或裝載機(jī)推運(yùn)入水。

(5)大塊石拋填。截流戧堤大塊石采用自卸汽車運(yùn)輸至指定部位、卸車，采用推土機(jī)或裝載機(jī)推運(yùn)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(yùn)輸至堤頭卸料，利推土機(jī)或裝載機(jī)推填。磯頭填筑時(shí)，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(yǔ)

工程于2021年11月27日上午10時(shí)正式開(kāi)始大江截流拋投，2021年11月29日10時(shí)順利合龍。截流時(shí)戧堤上游水位2 547.02 m，流量434 m3/s，實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)水位最大落差6.69 m。

工程成功截流，證明截流戧堤設(shè)計(jì)參數(shù)合理，大流速、高落差、深厚軟弱堰基采用鋼筋石籠護(hù)底可行，戧堤下游適當(dāng)位置設(shè)置丁壩對(duì)截流有利。截流過(guò)程未出現(xiàn)塌堤、河床淘蝕嚴(yán)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(guò)截流困難區(qū)段，拋投技術(shù)和施工方法得當(dāng)?？蔀轭愃扑姽こ探亓魈峁┙梃b。