沙灣水電站二期截流設(shè)計(jì)與施工.doc

沙灣水電站二期截流設(shè)計(jì)與施工水利水電第七工程局公司第三分局趙 然摘要：沙灣水電站施工采用二段二期導(dǎo)流方案。截流設(shè)計(jì)流量1150m3/s，采用單戧堤立堵截流，且龍口在深厚砂卵石覆蓋層上，截流存在較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。但由于二期工程開(kāi)工時(shí)間推遲近2個(gè)月，龍口段護(hù)底無(wú)法按期進(jìn)行，同時(shí)受上游銅街子電站發(fā)電的影響，流量和流速極不穩(wěn)定，駁船在龍口位置拋投護(hù)底材料無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，通過(guò)調(diào)整護(hù)底方案，降低了截流難度，化解了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。2008年11月底12月初擇機(jī)實(shí)施截流，12月8日成功實(shí)現(xiàn)二期截流。關(guān)鍵詞：沙灣水電站 截流 單戧立堵 龍口 護(hù)底 難度 風(fēng)險(xiǎn) 1 工程概況沙灣水電站分兩期施工，采用二段二期常規(guī)施工導(dǎo)流方式，一期圍護(hù)右岸，束窄左岸河床導(dǎo)、泄流；二期圍護(hù)左岸，由一期已建成的五孔沖砂閘分流、導(dǎo)泄流。一期主要施工任務(wù)為五孔沖砂閘、電站主、副廠房、右儲(chǔ)門槽、安裝間、右岸接頭壩、尾水渠、升壓站等土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程；二期主要施工五孔泄洪閘工程、左儲(chǔ)門槽、左岸非溢流壩（含基礎(chǔ)處理）、二期縱向圍堰加高、二期過(guò)水圍堰等的土建以及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝。根據(jù)工程總工期要求，2009年3月底要實(shí)現(xiàn)首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，二期上游圍堰必須具備擋水發(fā)電條件，所以二期截流至關(guān)重要，必須確保一次性成功。同時(shí)由于沙灣水電站河床為深厚的砂卵石覆蓋層，截流流量大，水流量變化大，石碴料缺乏，截流存在較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。2 截流設(shè)計(jì)2.1 截流時(shí)段及截流標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)截流時(shí)段選擇原則，經(jīng)過(guò)咨詢業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位，最終確定在2008年10月下旬開(kāi)始上、下游戧堤非龍口段預(yù)進(jìn)占，11月底12月初擇機(jī)進(jìn)行戧堤截流合攏，具體時(shí)間可根據(jù)水文站水文預(yù)報(bào)及監(jiān)測(cè)情況分析選擇后期小流量時(shí)間進(jìn)行。根據(jù)截流時(shí)間，取頻率P=10%，查表可得天然來(lái)水流量為981m3/s，實(shí)際操作時(shí)考慮協(xié)調(diào)上游龔嘴、銅街子電站水庫(kù)調(diào)度、調(diào)控發(fā)電機(jī)組數(shù)目來(lái)改變上游河床來(lái)水流量，使其更有利于截流施工，最終選擇上游銅街子電站兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電設(shè)計(jì)流量1150m3/s作為實(shí)際截流計(jì)算流量。2.2截流水力學(xué)計(jì)算通過(guò)相關(guān)水力學(xué)理論知識(shí)計(jì)算龍口不同寬度時(shí)落差及流速，以此作為選擇合理的截流方式、截流龍口段分區(qū)特性、截流材料粒徑及重量選擇，截流拋投材料備料等理論依據(jù)。表1 截流單戧堤立堵水力指標(biāo)計(jì)算匯總表2.3 戧堤設(shè)計(jì)根據(jù)河床流量水位曲線，結(jié)合擋水設(shè)計(jì)流量Q=1780m3/s，并考慮一定超高值，考慮確定戧堤頂高程。上游圍堰戧堤頂面長(zhǎng)度262.30m，根據(jù)水力計(jì)算，上游修筑圍堰后其水位雍高6.52m，確定上游截流戧堤頂高程：417.28+6.52m=423.8m，考慮波浪爬高及安全超高，上游戧堤頂高程取424.70m，兼顧后期防滲墻施工操作平臺(tái)，上游非龍口段寬戧堤預(yù)進(jìn)占，頂寬按36.8m設(shè)計(jì)；考慮截流拋投強(qiáng)度，龍口段戧堤頂寬按20m設(shè)計(jì)，上、下游邊坡坡面坡比設(shè)計(jì)為1：1.5。下游圍堰戧堤頂面長(zhǎng)度264.5m，下游圍堰戧堤頂高程：419.5m+1.0m420.5m，堰高4.0m，戧堤頂寬按11m，上、下游邊坡坡面坡比設(shè)計(jì)為1：1.5。2.4 截流方案經(jīng)計(jì)算及分析比較，選用單戧單向立堵的截流方案，即先施工上、下游圍堰戧堤預(yù)進(jìn)占（右岸預(yù)進(jìn)占70m，左岸預(yù)進(jìn)占140m），束窄原左岸河床，沖砂閘分流，上游圍堰缺口110m，下游圍堰缺口130m，立即進(jìn)行上、下游左、右側(cè)戧堤裹頭防護(hù)及上游戧堤河床中部靠右岸50m段作截流龍口進(jìn)行干地施工護(hù)底，然后采用上游圍堰單戧堤單向從左至右截流合攏，右岸在截流戧堤進(jìn)占困難時(shí)輔助左岸進(jìn)占。2.5 龍口位置及寬度B選擇龍口段布置在靠近右岸、逼近分流區(qū)（距分流區(qū)4050m），利于截流時(shí)改善分流效果；按照單戧單向立堵方式進(jìn)占，考慮減小拋投強(qiáng)度，上游龍口寬度選擇截流合攏龍口寬度B為50m，平均速度3.61m/s，龍口分流量為377.64m3/s，下游戧堤龍口預(yù)留口門寬65m。2.6 龍口段護(hù)底及裹頭根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，龍口段流速高達(dá)4.0m/s以上，需作相應(yīng)的護(hù)底施工，因主要選用單戧單向進(jìn)占方式，則只對(duì)上游戧堤龍口段進(jìn)行護(hù)底，采用鉛絲籠、麻袋裝卵石或大塊石平面護(hù)底。護(hù)底工作必須在戧堤進(jìn)占度過(guò)深槽段前完成，其塊體尺寸需滿足拋投施工期間穩(wěn)定及截流期間不被沖刷，截流最大流速高達(dá)4.97m/s，計(jì)算得護(hù)底厚度1.0m，長(zhǎng)度50m，寬度30m，工程量1500m3，選擇在龍口戧堤軸線上、下游側(cè)及靠近深槽側(cè)。采用鉛絲石籠和大塊石對(duì)戧堤裹頭進(jìn)行防護(hù)，裹頭防護(hù)范圍為上、下游戧堤龍口左右端部。上游裹頭迎水面寬5m，僅做戧堤部分裹頭；下游裹頭寬5m，僅做戧堤的上游半側(cè)，工程量1128m3。為減小后期防滲墻施工造成難度，防滲墻軸線位置端部不進(jìn)行裹頭防護(hù)。3 龍口段分區(qū)及材料選擇3.1區(qū)段劃分及拋投料物數(shù)量截流戧堤龍口從左岸向右岸單向立堵進(jìn)占，為便于施工時(shí)控制拋投材料，根據(jù)合龍過(guò)程中不同龍口寬度的流速、落差等水力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)占時(shí)將龍口劃分為三個(gè)區(qū)段：第一區(qū)段：龍口寬50m35m，龍口最大流速4.68m/s，最大落差1.81m。拋投材料為直徑0.4m以下石碴和直徑 0.4m0.8m的石料，拋投量2502m3；第二區(qū)段：龍口寬35m18m，龍口最大流速4.97m/s，最大落差3.25m。拋投材料為直徑0.4m以下石碴、直徑 0.4m1.1m石料、鉛絲石籠和砼榪槎體，以及鋼繩串石，拋投量2876m3；第三區(qū)段：龍口寬18m0m，龍口最大流速4.46m/s，最大落差3.52m。拋投材料為直徑0.4m以下石碴、直徑 0.4m0.8m石料、鉛絲石籠和砼榪槎體，拋投量1594m3。 3.2 材料及備料上游圍堰戧堤截流龍口段根據(jù)河床原始斷面計(jì)算出的凈拋投材料總量6972m3，儲(chǔ)備量13944m3（備料系數(shù)2.0）。拋投料物石碴（d0.4m）、大石料（d=0.4m0.8m）、超大塊石料（d=0.8m1.1m）、鉛絲籠、塊石鋼筋籠、砼榪槎體按富裕系數(shù)2.0備用，護(hù)底及裹頭鉛絲石籠按富裕系數(shù)1.5備用，材料量見(jiàn)表2。表2 龍口段截流材料備料表4 截流施工4.1 一期圍堰拆除一期圍堰拆除料主要用于二期圍堰上、下游右側(cè)戧堤兩個(gè)時(shí)間段的預(yù)進(jìn)占： 9月中旬開(kāi)始進(jìn)行一期上、下游橫向圍堰內(nèi)側(cè)瘦身；11月中旬將一期圍堰剩余拆除料直接用于二期上、下游圍堰右側(cè)戧堤預(yù)進(jìn)占，進(jìn)占具體長(zhǎng)度以普通粒徑砂卵石不滿足進(jìn)占要求后暫停。退挖拆除清理上游過(guò)流缺口寬度，形成“側(cè)堰”過(guò)流，引導(dǎo)水流通過(guò)已建的五孔沖砂閘分流，再高強(qiáng)度施工二期圍堰右側(cè)戧堤第二次預(yù)進(jìn)占，完成戧堤預(yù)進(jìn)占剩余部分；考慮一期圍堰拆除工程量較大，且二期圍堰截流難度及風(fēng)險(xiǎn)較大，為確保二期截流一次性成功，除左岸高強(qiáng)度拋投材料進(jìn)占截流外，還需考慮右側(cè)輔助拋投材料作為安全可靠?jī)?chǔ)備，將部分有用料堆存在縱向圍堰臨時(shí)堆存點(diǎn)，用于截流施工。4.2 二期圍堰預(yù)進(jìn)占施工4.2.1 右側(cè)戧堤預(yù)進(jìn)占施工 道路布置：上下戧堤右側(cè)預(yù)進(jìn)占從二期縱向圍堰開(kāi)始推進(jìn)進(jìn)占；限于預(yù)進(jìn)占期間一期上、下游圍堰通道基本被挖斷，無(wú)施工通道，因此布置一條從上壩公路橫穿壩頂公路，沿一期沖砂閘8#閘墩與導(dǎo)墻布置一條“手肘形”3#道路至一期縱向圍堰，分上、下游兩條通道至上、下游戧堤。 施工方法：用一期圍堰拆除有用料直接進(jìn)行上、下游戧堤預(yù)進(jìn)占一定距離后暫停，其他剩余有用料堆存在縱向圍堰上、下游端臨時(shí)有用料場(chǎng)地內(nèi)，以備截流龍口段使用，多余料運(yùn)輸至棄碴場(chǎng)內(nèi)；待沖砂閘分流后，河床流量減小，繼續(xù)右側(cè)戧堤預(yù)進(jìn)占至設(shè)計(jì)龍口右戧堤位置，為戧堤端頭施工鋼筋鉛絲籠裹頭提供工作面。 施工工藝：上、下游戧堤同時(shí)預(yù)進(jìn)占，采用大塊石或鉛絲籠“上、下挑角法”將急流挑出一部分，然后中下部在回水緩流區(qū)拋投普通砂卵石料緊跟進(jìn)占。4.2.2 左側(cè)戧堤預(yù)進(jìn)占施工 道路布置：上、下戧堤左側(cè)預(yù)進(jìn)占從左河岸開(kāi)始進(jìn)占，道路主要利用已形成的通往王壩子碴場(chǎng)的2#道路，在河岸邊各設(shè)置一卸料回車平臺(tái)，并布置一條岸坡與戧堤連接的斜坡道路。 施工方法：利用上挑角法進(jìn)行施工，直到預(yù)進(jìn)占形成龍口后停止進(jìn)占，施工龍口戧堤臨時(shí)裹頭。 施工工藝：上、下游戧堤同時(shí)預(yù)進(jìn)占，采用大塊石或鉛絲籠“上、下挑角法”將水流挑出一部分急流，然后在回水緩流區(qū)拋投普通砂卵石料緊跟進(jìn)占。4.3 龍口護(hù)底及裹頭施工4.3.1龍口護(hù)底施工由于大渡河水情受上游電站發(fā)電的影響較大，流量和流速極不穩(wěn)定，拋下的護(hù)底材料根本無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，施工難度極大，同時(shí)駁船在龍口位置難以保持平穩(wěn)，安全風(fēng)險(xiǎn)極高。因此采用挖除右岸已填筑戧堤采用長(zhǎng)臂反鏟干地施工護(hù)底的方式，即首先采用反鏟挖除戧堤水上部分，長(zhǎng)臂反鏟盡量撈挖水下部分，然后反鏟布置在右岸的平臺(tái)上拋投護(hù)底材料，護(hù)底頂高程控制在高程418m，中部為鉛絲籠或塊石，上下游迎水面為鋼筋籠防護(hù)。拋投和加固完成后，反鏟再次退挖，如下圖所示。以上形成一個(gè)循環(huán)，不斷向后延伸，直至完成5060m的護(hù)底施工。4.3.2 戧堤裹頭施工右岸上、下游戧堤兩次預(yù)進(jìn)占過(guò)程中做臨時(shí)裹頭及龍口戧堤裹頭各一次。裹頭保護(hù)采用進(jìn)占過(guò)程中的“上挑角法”所用的大塊石或鉛絲籠直接施工。4.4 截流施工布置4.4.1 場(chǎng)地布置共布置5個(gè)料場(chǎng)，運(yùn)距均在1km以內(nèi)。有用石碴料場(chǎng)位于左岸王壩子擋墻與圍堰之間；臨時(shí)備料場(chǎng)布置于左岸上、下游2#公路附近區(qū)域；一期圍堰拆除滿足條件的材料堆存在原一期縱向土石圍堰上或上游圍堰提前寬戧堤進(jìn)占，用于截流龍口段不同分區(qū)的特殊材料；鉛絲籠加工場(chǎng)布置在河床左岸靠業(yè)主辦公樓外河邊空曠場(chǎng)地內(nèi)；砼預(yù)制場(chǎng)布置在左岸上游王壩子碴場(chǎng)內(nèi)，主要堆放截流期間特殊材料砼榪槎體、四面體及六面體。4.4.2 截流道路布置截流施工道路布置考慮與圍堰填筑施工道路相結(jié)合，并盡量利用場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有施工道路，因截流施工運(yùn)輸車輛噸位大、數(shù)量多、車次流量大，故要求主要截流道路路基夯實(shí)堅(jiān)固，路面平整，寬度滿足車流量要求，各施工道路特見(jiàn)下表。表4 截流施工道路布置特性表4.5 截流強(qiáng)度及機(jī)械配置 截流合龍時(shí)間初步按T=15小時(shí)計(jì)算，以工程量及截流歷時(shí)選擇機(jī)械設(shè)備，并校核施工強(qiáng)度，為確保設(shè)備配置合理充足，按單戧單向進(jìn)占方式進(jìn)行考慮，強(qiáng)度分析時(shí)需考慮吊裝耗時(shí)、裝特殊料物車輛排隊(duì)等待時(shí)間影響等因素。 上游龍口共拋投設(shè)計(jì)截流料物約6972m3，龍口高峰計(jì)算拋投強(qiáng)度為465m3/h，考慮一定系數(shù)后，拋投強(qiáng)度取500m3/h。考慮每個(gè)卸料點(diǎn)平均每小時(shí)卸料17車次（考慮布置3個(gè)卸料點(diǎn)）。上游龍口截流施工運(yùn)輸設(shè)備主要有 25t/20T自卸汽車32輛（平均運(yùn)輸強(qiáng)度39m3/h.輛，運(yùn)輸強(qiáng)度1248m3/h）；挖裝設(shè)備有液壓反鏟6臺(tái)（CAT330C反鏟3臺(tái)、CAT375、SK350、EX250反鏟各1臺(tái)）、推土機(jī)2臺(tái)、ZL50(3m3)裝載機(jī)3臺(tái)，25t汽車吊2臺(tái)，履帶吊備用一臺(tái)用于重量級(jí)特殊料物吊卸，挖裝能力達(dá)到880m3/h。挖裝及運(yùn)輸設(shè)備總生產(chǎn)能力達(dá)到880m3/h，保證系數(shù)為1.47。二期截流平面布置如下圖所示。 5 截流實(shí)施由于右岸采用退挖已進(jìn)占戧堤的方式形成了50m的龍口護(hù)底，而原設(shè)計(jì)的偏左側(cè)龍口位置分流量自然增大，不斷沖刷形成了一段深槽區(qū)，截流前必須完成深槽區(qū)的戧堤進(jìn)占。11月28日，一期工程順利過(guò)流后，即開(kāi)始深槽區(qū)的戧堤進(jìn)占。由于護(hù)底區(qū)高于深槽區(qū)，進(jìn)占相當(dāng)困難，經(jīng)過(guò)11個(gè)小時(shí)的連續(xù)高強(qiáng)度拋投，11月29日中午11點(diǎn)終于完成深槽區(qū)的戧堤進(jìn)占，形成龍口。此次總拋投量為5160m3，其中普通石碴3150m3，榪槎體、六面體、鉛絲籠、大塊石等特殊料物2010m3，平均拋投強(qiáng)度達(dá)469m3/h，最大流量為875m3/s，最大落差1.8m，最大流速3m/s。在經(jīng)過(guò)龍口束窄及裹頭的防護(hù)等施工，截流的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作于12月3日前全部準(zhǔn)備就緒，12月4日進(jìn)行了龍口的進(jìn)一步束窄，12月6日經(jīng)歷超標(biāo)流量后修復(fù)戧堤，12月8日上午截流正式開(kāi)始，中午12點(diǎn)28分上游圍堰成功合龍，實(shí)現(xiàn)二期截流目標(biāo)。截流總拋投量13770m3，其中普通石碴9675m3（含戧堤修復(fù)），榪槎體、六面體、鉛絲籠、鋼筋籠及大塊石等特殊料物4095m3，截流期間最大流量為1100m3/s，最大落差3.5m，最大流速4.5m/s，特殊料物占計(jì)劃拋投量的91.5。6 結(jié)束語(yǔ)沙灣水電站二期截流面臨三大難點(diǎn)：一是分流作用小，龍口水位高程為411415米，而分流同軸線上的沖砂閘底坎高程為416.5米，高于龍口水位，截流必須抬高河面水位才能實(shí)現(xiàn)分流；二是與其它電站截流不同，截流的一般料物全是砂卵石，比一般的石碴表面摩擦小，容易被沖刷；三是由于上游銅街子電站發(fā)電流量變化大，截流稍有