猴子岩工程分流围堰设计及施工

吴晓铭

(国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都610041)

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内的大渡河干流上，坝址控制流域面积54 036 km2，占全流域面积的69.8%，多年平均流量774 m3/s。水库正常蓄水位高程1 842 m，相应库容6.62亿m3，总库容7.06亿m3，死水位高程1 802 m，调节库容3.87亿m3，具有季调节性能。

猴子岩水电站枢纽建筑物由拦河大坝、右岸地下引水发电建筑物、两岸泄洪及放空建筑物等组成。拦河大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 848.5 m，坝顶长283 m，最大坝高223.5 m。引水发电系统布置在右岸，采用“单机单管”引水及“两机一室一洞”尾水布置型式，发电厂房为地下式，电站总装机容量1 700 MW(4×425 MW)，单独运行时，多年平均发电量70.15亿kW·h;与上游双江口电站联合运行时，多年平均发电量73.64亿kW·h。右岸布置有1条溢洪洞(总长1 154.2 m)和1条泄洪放空洞(总长1 288.517 m)，左岸布置有1条深孔泄洪洞(总长748.634 m)和1条非常泄洪洞(1#导流洞改建，总长954.445 m)。

猴子岩工程初期采用围堰挡水、隧洞导流的导流方式。上、下游围堰均为土石围堰，防渗采用混凝土防渗墙上接土工膜斜墙。上游围堰顶高程为1 745 m。堰顶长218.2 m，堰顶宽12 m，最大底宽约255 m，最大堰高约55 m。堰体迎水面坡比为1∶2，背水面坡比为1∶1.8。下游围堰顶高程为1 710 m。堰顶长112.2 m，堰顶宽10 m，最大底宽约106 m，最大堰高约25 m。堰体迎水面坡比为1∶2，背水面坡比为1∶1.8。2条导流隧洞布置在左岸，断面尺寸均为13 m×15 m(城门洞型，宽×高)，进口底板高程均为1 698 m。1#导流洞长1 557.771 m(其中与左岸非常泄洪洞结合段长624.771 m)，2#导流洞长1 984.238 m。

猴子岩水电站施工总工期96个月，其中准备工期28个月，第一台机组发电工期56个月，完建期12个月。

2 分流围堰设计

2.1 设置分流围堰的目的和意义

根据猴子岩水电站工程建设总进度安排及主体工程施工进度计划，猴子岩工程枢纽区环境边坡治理、大坝坝肩及有关建筑物进口开挖于2011年5月开始。由于猴子岩工程枢纽区环境边坡治理、大坝坝肩及有关建筑物进口开挖施工点多、面广，相对分散，开挖区因坝址区地形陡峻，无法布置开挖出渣通道，故开挖石渣只能从山上向下推渣，虽然可以采取一定的防护措施保证施工安全，但无法完全满足环保水保的有关要求。而采取修筑上、下游施工围堰，河水从导流隧洞导流，下落的石渣进入干枯河床是满足各方面要求的合理可行方案，由于猴子岩工程导流隧洞只能在2011年3月底具备过水条件，而上游围堰高达55 m，上、下游混凝土防渗墙深达80 m，要在一个枯水期完建，工期本身就偏紧，因此，汛前截流后完建上下游围堰将存在很大的问题。经分析研究决定，2011年汛前采取填筑分流围堰方案，即汛前仅完成上、下游围堰部分堰体并进行适当保护，建成临时分流围堰，这样实施既可以保证枢纽区环境边坡治理、大坝坝肩及有关建筑物进口开挖施工满足环保水保要求，又为上下游围堰防渗墙施工争取了一定工期，从而可以有效缓解2011年汛后工期紧张的状况，确保2012年围堰度汛安全。

2.2 分流围堰设计

(1)分流围堰布置。

由于2011年3月底猴子岩水电站导流隧洞才具备过水条件，经综合考虑分流围堰的施工难度、分流围堰汛后加高加宽及防渗墙施工有关要求，在分流围堰布置上，考虑与上下游围堰结合布置，即将分流围堰轴线布置在上下游围堰范围内。具体布置为:将上游分流围堰轴线布置在上游围堰轴线与上游围堰防渗墙轴线之间，以有利于汛后防渗墙施工;将下游分流围堰轴线布置在下游围堰轴线上游，以减少分流围堰增加的填筑工程量。

(2)上游分流围堰设计。

考虑到分流围堰工程仅需拦挡2011年汛期洪水且分流围堰施工时段短，故分流围堰形式宜采用有保护的过水土石围堰形式。综合考虑导流洞过水能力、拦挡洪水标准和围堰过流保护工程量及施工工期等因素，分流围堰保护标准按坝址5年一遇洪水流量3 920 m3/s设计。经对近几年实测水文资料进行分析，实测坝址日最大流量大于2 500 m3/s的天数占统计天数的5.5%，因此选择挡水流量为2 500 m3/s。按此计算，上游分流围堰堰顶高程加适当超高后为1 715 m。

上游分流围堰具体设计为:堰顶宽20 m，最大堰高约20 m，堰顶采用1 m厚钢筋石笼保护，上游采用大块石护坡，下游坡坡比采用1∶3.5，下游坡采用双层钢筋石笼护坡，钢筋石笼之间采用钢筋焊接，钢筋石笼与堰体块石填筑间铺设土工布，堰脚采用抛大块石防护，采用3～5块石块用钢丝绳连成串，以增加其抗冲能力。围堰两岸采用1 m厚钢筋石笼保护。

(3)下游分流围堰设计。

下游分流围堰的主要作用为拦挡开挖渣料和2011年汛期洪水超过2 500 m3/s堰面过流时分担部分水流落差。围堰形式为钢筋石笼保护下的过水土石围堰;下游围堰顶高程为1 702 m，堰顶宽20 m，最大堰高约20 m。为满足防冲保护要求，堰顶采用1 m厚钢筋石笼保护，上游采用大块石护坡，下游坡坡比采用1∶3.5，下游坡采用双层钢筋石笼护坡，钢筋石笼之间采用钢筋焊接，钢筋石笼与堰体块石填筑间铺设土工布，堰脚采用抛大块石防护，采用3～5块石块用钢丝绳连成串，以增加其抗冲能力。围堰两岸采用1 m厚钢筋石笼保护。

3 截流方式及戗堤设计

3.1 截流标准、方式选择

根据猴子岩水电站坝址地形地质特点、导流建筑物布置、现场施工道路布置条件及截流备料等因素，分流围堰截流采用上游围堰单戗堤单向立堵截流方式。上游分流围堰截流戗堤按2车道设计，宽15～20 m，截流设计流量按4月份2年一遇洪水流量505 m3/s考虑，截流合龙时相应上游水位高程约为1 705 m，考虑适当超高确定戗堤高程为1 706 m，戗堤迎水面采用1∶1.5，背水坡为1∶2～1∶1.5。

3.2 龙口位置选择

由于猴子岩水电站坝址右岸施工道路较为完善，而导流隧洞布置于左岸，导流隧洞通水后左岸交通相对不便。另外，大部分截流备料场均设在右岸，大石、块石料场虽然在左岸，但其下游100 m处有1号临时桥与右岸相连，同时考虑截流戗堤河段河床实测水下地形呈右低左高等因素，最终决定采取从右至左、单戗堤单向进占截流，将截流龙口设于靠近左岸河床中。

3.3 截流进占分区与截流料物

根据猴子岩水电站坝址河段河床及水流特点，结合其他工程截流施工经验，将龙口从右至左分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区，相应抛投材料粒径与龙口宽度见表1。截流过程中，当戗堤端头出现流线型冲刷时采用上挑角法抛投大料，在龙口中水流呈现非淹没流态时采用上、下游抛角法抛投的方法。龙口Ⅱ区应优先抛投大块石和石串，龙口Ⅲ区主要抛投石串、钢筋铅丝石块笼、15 t混凝土四面体，龙口Ⅳ区范围内抛投15 t混凝土四面体串;龙口Ⅴ区抛投钢盘铅丝块石笼、石串，直至合龙。必要时，把钢筋铅丝块石笼串连在一起抛投。截流困难时，把2～3个四面体连成串推入龙口。为稳定左裹头，在左岸应准备适当的、大中小不等的石块及四面体，以确保截流合龙进程。

截流备料时考虑部分冲失，一般石渣备料2.43万m3，中石、大石料4.11万m3，钢筋石笼1 872 m3，15 t混凝土四面体91块、大块石串若干。

4 截流施工组织及实施

4.1 截流料场布置

猴子岩水电站分流围堰工程共布置料场2个，其中石渣料场位于大坝上游右岸的大牛场，距上游分流围堰约2 km，为直接回采取料;中石、大石料场位于大坝上游左岸色龙沟口岸坡，距上游分流围堰约1 km，为爆破开采取料;部分料场收集的中石料也堆存于大牛场料场附近。上游分流围堰下游右岸200 m处为临时施工场地和混凝土四面体预制场。该工程混凝土为由发包人提供的商品混凝土。混凝土生产系统位于大坝下游左岸。

4.2 截流交通布置

猴子岩工程交通条件较便利，分流围堰施工可利用现有右岸S211省道、1#、2#和8#场内公路以及1#临时跨河桥、3#临时跨河桥、猴子岩大桥等交通，为满足截流施工需要，还布置了上游分流围堰左岸截流预进占道路、上游分流围堰右岸截流道路及下游分流围堰右岸施工道路等3条临时施工道路。由于上游分流围堰右岸截流道路是工程截流的主要道路，为保证截流抛投运输的通行能力，该道路采取循环布置，重车从上游驶入，在截流戗堤回车卸料后向下游驶出，在下游与S211省道交叉处转回上游料场。临时施工道路宽度不小于7 m，最大纵坡小于8%，最小转弯半径15 m。

4.3 截流施工机械配备

龙口各区抛投料共计14 513 m3，预计截流进行24 h，抛投强度为605 m3/h。考虑单向进占和部分冲失等，主要截流施工机械配备为挖装机械10台、大型起重机2台、推土机3台、20～25 t自卸车38台、平板运输车2台、大型振动碾1台。

4.4 截流施工组织

为了确保分流围堰截流工程顺利进行，在现场成立了截流组织机构，明确了工作内容、纪律要求，主要负责:(1)现场指挥戗堤进占、物料抛投、进度控制;(2)协调石料、钢筋铅丝笼、混凝土四面体、大块石及石串的装运;(3)现场照明、通讯、安全、材料供应、生活服务;(4)测量导流洞分流量、龙口流量、流速、落差等。

4.5 截流的实施

分流围堰预进占。

2011年4月2日，截流工作的各项准备就绪，根据大渡河天气预报和来水情况，4月2日17∶00决定拆除猴子岩水电站导流隧洞进出口围堰，启动分流围堰截流工作，4月3日12∶00，导流隧洞进出口围堰拆除完成，导流隧洞开始分流。2011年4月2日19∶00，分流围堰开始预进占，4月4日10∶00预进占结束，形成截流戗堤，截流戗堤口门宽30.4 m，此时来水流量为326 m3/s。

2011年4月4日11∶00开始龙口合龙。由于截流龙口段河床坡降较陡，龙口持续高流速，戗堤常出现坍塌，龙口宽度出现反复，推进缓慢，至4月4日20∶00，截流戗堤口门宽11.7 m，龙口流速8.75 m/s，落差434 m，来水流量301 m3/s，为确保施工安全，指挥部在决定对戗堤端头进行适当保护后，夜间停止施工。

5日8∶00，此时来水流量为373 m3/s，截流戗堤虽经一定保护，但经过一夜冲刷，仍发生了较大坍塌，龙口宽度增大至15.9 m，且左岸戗堤轴线及下游坍塌较严重。指挥部召集设计、监理、施工等单位的专家在察看现场、分析形势、研究对策后做出决定:①坚定不移实施截流;②右岸戗堤适当向上游加宽;③根据现场情况，更改截流抛投方向，以右岸推进为主，向左上游方向抛投，左岸辅助推进。4月5日9∶00重新开始截流，以3～4个15 t混凝土四面体组成四面体串为先导，在龙口稳定后，再抛投大石、中石，最后抛投细粒料，至5日14∶56，猴子岩水电站分流围堰合龙，截流安全顺利成功。在整个截流过程中，来水流量变化范围为233～373 m3/s，龙口最大流速达9.85 m/s，最大落差为9.72 m，主要截流水文水力学观测要素见表1。

5 分流围堰保护工程施工

为了确保猴子岩水电站分流围堰工程安全度汛，分流围堰堰面保护除采用大量的钢筋石笼保护外，在上游围堰顶部及下游坡面还采取了钢筋混凝土护面等防护措施。因此，围堰保护工程也具有工程量大、施工项目多、施工时段短等特点。

猴子岩水电站上下游分流围堰的填筑及防护工程量主要有:98 790 m3土石方填筑、钢筋石笼保护8 160 m3、混凝土护面8 240 m3、大块石护脚5 020 m3等，2011年4月5日分流围堰顺利截流后，即开始进行上下游分流围堰填筑和堰面保护工程的施工，经过严密组织、紧张施工，至2011年5月中旬，基本完成分流围堰的填筑和防护施工，为确保工程2011年安全度汛奠定了坚实基础。

表1 大渡河猴子岩水电站分流围堰截流水文水力学观测要素表

6 结语

猴子岩水电站分流围堰工程的截流是在大渡河干流进行的一次狭窄河床上、陡坡降(0.45%)、大流量(373 m3/s)、大落差(6.74 m)、高流速(9.85 m/s)、窄戗堤(15 m)的截流工程实践，回顾整个截流和围堰保护施工过程，笔者有以下几点体会:

(1)在猴子岩分流围堰工程截流工作实施过程中，编制了科学合理的工程截流施工组织设计，采取单戗堤单向进占截流、以右岸道路为主、布置循环交通进料截流道路的方案，及时决策开采色龙沟块石料场和预制100个15 t混凝土四面体等物料准备，为截流顺利实施奠定了基础。

(2)根据工程现场的实际情况，及时果断决策是取得截流成功的关键。2011年4月2日，根据大渡河临近汛期、来水量逐步加大的情况，及时决策启动了截流各项工作;4月5日上午，根据截流龙口的实际条件，及时调整了抛投方向和适当向上游侧加宽右岸戗堤，从而避开了左岸戗堤的薄弱部位，确保了截流顺利成功。

(3)开展全面的水雨情预报和现场水文监测工作，及时为截流工作提供各种数据参数，使截流指挥部能全面掌握水雨情变化，得以运筹帷幄，为截流工作提供了坚实的技术保证。