綽斯甲水電站首部樞紐截流設(shè)計(jì)及施工研究

王根書

（中國安能集團(tuán)第三工程局有限公司，四川 成都 611100）

綽斯甲水電站首部樞紐工程采用枯期隧洞導(dǎo)流方案，首部樞紐主體工程利用枯期建設(shè)。首部堆積體上游段護(hù)坡施工采用束窄河床導(dǎo)流方案，為避免抽水量過大，采用兩期導(dǎo)流。兩期導(dǎo)流施工項(xiàng)目包括土石方填筑、混凝土澆筑。但是在施工建設(shè)之前，對(duì)其地質(zhì)勘察及分析顯得尤為重要[1]。本文以綽斯甲水電站首部樞紐為對(duì)象，分析施工過程中遇到的難點(diǎn)和對(duì)策，對(duì)綽斯甲水電站首部樞紐截流進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，為后續(xù)相關(guān)水電站建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 綽斯甲水電站施工的難點(diǎn)及對(duì)策

1.1 綽斯甲水電站施工的難點(diǎn)

（1）雖然截流流量較小，但是單寬流量、龍口流速較大。

（2）河床砂卵礫石強(qiáng)透水層較厚，對(duì)首部防滲體系施工質(zhì)量要求較高。

（3）汛期圍堰作為過流通道使用，河水流量較大，過流時(shí)水力情況復(fù)雜，易對(duì)圍堰過水部分產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。

（4）導(dǎo)流洞進(jìn)口位于國道占?jí)憾危璺謨善谑┕?，分別位于枯水期、汛期施工，導(dǎo)流程序復(fù)雜、圍堰設(shè)置難度大。

1.2 綽斯甲水電站施工應(yīng)對(duì)對(duì)策

（1）做好截流設(shè)計(jì)，做足截流準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)采取以右岸進(jìn)占為主、左岸為輔的單戧雙向進(jìn)占、單向截流方式，增大拋填強(qiáng)度。通過計(jì)算，截流戧堤采用堤頂高程2776 m，寬15 m，保證堤頭卸車強(qiáng)度和拋料質(zhì)量。

（2）針對(duì)高壓旋噴防滲墻施工，進(jìn)場后立即進(jìn)行地質(zhì)復(fù)勘，及時(shí)調(diào)整施工工藝方案。在實(shí)際施工時(shí)，選取部分高壓旋噴防滲墻段作為生產(chǎn)性施工試驗(yàn)段，及時(shí)對(duì)施工參數(shù)、工藝做進(jìn)一步調(diào)整，保證施工質(zhì)量。

（3）在圍堰過水設(shè)施施工過程中，嚴(yán)格把控混凝土面板、鋼筋石籠及灌注混凝土施工質(zhì)量。為防止護(hù)腳大塊石失穩(wěn)，用鋼筋將3～5塊大塊石串成串，增加護(hù)腳大塊石的穩(wěn)定性。

（4）將導(dǎo)流洞進(jìn)口引渠段與鋼筋石籠護(hù)坦段分兩期導(dǎo)流施工。利用2021 年枯水期進(jìn)行一期土石圍堰導(dǎo)流，完成基坑內(nèi)鋼筋石籠護(hù)坦施工和二期混凝土導(dǎo)流圍堰施工，二期混凝土圍堰導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為Q10%=1170 m3/s。引渠段在混凝土圍堰保護(hù)下完成施工。

2 截流設(shè)計(jì)

截流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：圍堰采用土石圍堰，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇，根據(jù)歷史水文資料，截流設(shè)計(jì)流量Q=106 m3/s。

2.1 截流方式

本工程導(dǎo)流洞為城門洞型，洞涇5.0 m，進(jìn)口高程2770.0 m，考慮提供的現(xiàn)場水文地質(zhì)情況、料源和現(xiàn)場道路情況及現(xiàn)場踏勘情況，截流料場距離戧堤約3.8 km，且左岸道路有G317線可利用，比右岸交通更為便利。結(jié)合類似工程截流實(shí)施方案[2-5]，因此選用以左岸進(jìn)占的單戧單向立堵截流方式，先左右岸同時(shí)預(yù)進(jìn)占，然后做好右岸裹頭防護(hù)，最后再從左岸向右岸截流。

2.2 截流戧堤的布置和斷面選擇

2.2.1 戧堤頂高程的確定

根據(jù)相關(guān)資料，截流設(shè)計(jì)流量按10 年重現(xiàn)期，11 月截流Q10%=106 m3/s，截流戧堤相應(yīng)上游水位2775.83 m高程，考慮堤頂安全超高，為有效降低截流期間戧堤拋填強(qiáng)度和拋投料拋投質(zhì)量，堤頂高程擬定為2776 m，戧堤最大高度9 m。

2.2.2 截流戧堤頂部寬度及結(jié)構(gòu)

考慮截流強(qiáng)度，設(shè)計(jì)戧堤頂寬15 m，滿足2～3臺(tái)自卸車同時(shí)卸料，上、下游坡比均為1∶1.5。截流戧堤布置在圍堰軸線下游約19.8 m處，由堤頂向外側(cè)排水，排水橫坡為2%。在截流施工前根據(jù)需要考慮進(jìn)行圍堰跟填。工程將根據(jù)截流的水力學(xué)模型試驗(yàn)成果，對(duì)理論計(jì)算參數(shù)和戧堤布置進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證和修正。

2.3 龍口位置及寬度

由于戧堤處河谷深槽居中，左岸較平緩，交通緊鄰國道317 線，右岸有滑坡體，為避免將截流過程中對(duì)滑坡體產(chǎn)生擾動(dòng)，故龍口布置于河道中心偏左。根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算成果、戧堤堤頭使用材料的抗沖能力、合龍拋投強(qiáng)度及道路交通布置，經(jīng)綜合比較研究，確定本工程預(yù)留龍口寬20 m，左岸預(yù)進(jìn)占5 m，右岸預(yù)進(jìn)占20.5 m。

2.4 截流的水力學(xué)計(jì)算

2.4.1 導(dǎo)流洞水力學(xué)計(jì)算

（1）長短洞判別

當(dāng)流量一定時(shí)，若正常水深等于臨界水深，即該底坡為臨界底坡。根據(jù)招標(biāo)文件截流戧堤相應(yīng)上游水位2775.83 m高程，小于導(dǎo)流洞頂2776 高程可知，此時(shí)隧洞為明流，可近似按矩形明渠計(jì)算。

則正常水深h0=（Q2/b2C02i）1/3，臨界水深hk=（Q2/gb2）1/3，兩式子聯(lián)立可得：i=g/C02，

其中：i為底坡坡率； g為重力加速度，取9.81；C0為謝才系數(shù)； C0=1/nR1/6，n為導(dǎo)流洞糙率取0.014，R為水力半徑取1.38，故 C0=75.37；為動(dòng)能修正系數(shù)，取1.0。

可得i=0.173%＜0.466%，故導(dǎo)流洞為陡坡，則其泄流能力按短洞計(jì)算。

（2）導(dǎo)流洞流量水位計(jì)算

導(dǎo)流洞分流量計(jì)算公式：Q=σmBk（2g）1/2H03/2（《水利水電施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》）

其中：Q為導(dǎo)流洞泄流量；σ為淹沒系數(shù)，查《水利水電施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》，取1.0；m為流量系數(shù)，取3.5。

通過計(jì)算，可得導(dǎo)流洞流量-水位關(guān)系見圖1。

圖1 導(dǎo)流洞流量-水位關(guān)系圖

2.4.2 龍口寬度水力特性計(jì)算

（1）計(jì)算假定

1）根據(jù)綽斯甲水電站閘址流量-水位關(guān)系曲線圖，截流期間對(duì)應(yīng)某一來流量下游水位保持不變；

2）計(jì)算龍口過流能力時(shí)不計(jì)上游河槽中的調(diào)蓄流量和戧堤滲透流量，不計(jì)回彈落差；

3）合龍過程中，不考慮龍口范圍河床覆蓋層沖刷對(duì)過水?dāng)嗝娴挠绊?，同時(shí)也不計(jì)龍口波狀水面的影響；

4）對(duì)于一般立堵截流情況，合龍過程中大部分區(qū)段水流特性接近寬頂堰，因此將龍口視作梯形或三角形寬頂堰，淹沒標(biāo)準(zhǔn)采用原武漢水利電力大學(xué)和長江水利委員會(huì)聯(lián)合推薦的淹沒標(biāo)準(zhǔn)。

（2）龍口水位流量計(jì)算

其計(jì)算公式采用：Q=σnmBCP（2g）1/2hu3/2（《水電水利工程截流施工技術(shù)規(guī)范》）。

式中：Q為龍口泄流量；σn為淹沒系數(shù)，查巴甫洛夫淹沒系數(shù)表或別津斯基淹沒系數(shù)表確定；m為考慮收縮影響在內(nèi)的淹沒系數(shù)，一般取0.30（三角形）～0.32（梯形）；BCP為龍口平均水面寬度；hu為龍口上游水深。

通過試算法計(jì)算，可得龍口流量-水位關(guān)系見圖2。

圖2 龍口流量-水位關(guān)系圖

（3）截流拋投粒徑計(jì)算：

式中：d為拋投粒徑大??；Vmax為龍口平均流速；k為綜合穩(wěn)定系數(shù)，查《水電水利工程截流施工技術(shù)規(guī)范》；ρm為拋投體密度；ρ為水的密度；g為重力加速度。

（4）龍口分區(qū)

針對(duì)各段水流流速和拋投材料的特性，將龍口段分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，各區(qū)的布置見圖3。

圖3 截流龍口分區(qū)示意圖

3 結(jié)語

河床截流在整個(gè)水電站建設(shè)過程中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。綽斯甲水電站截流施工難度大，只有通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這為類似工程截流設(shè)計(jì)施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。