高原区电站施工导流和水流控制设计

吕清华

【摘要】本文主要介绍在高原区新建阳曲水电站大坝，在其特殊的地理环境和气候环境条件下大坝施工过程中施工导流和水流控制设计特点。

【关键词】导流；截流；进占

一、坝区基本情况

1 水文气象

阳曲电站地处高原气候区，主要受高空西风环流和西南季风影响，干、湿季分明。电站所属流域多年平均降水量在500-2470mm之间，分布趋势由南向北递增。流域内雨日多，连续降雨日数较长。流域内多年平均蒸发量处1166-2500mm之间，总的趋势由南向北递减。流域内多年平均气温-4.9℃-19.7℃。水电站坝址10月份、11月份旬平均流量成果见表1-1。

2 水文地质

坝址区地下水类型为孔隙潜水和基岩裂隙水，孔隙潜水分布于河床两岸冲洪积层及两岸山坡平缓处的崩坡积层中，其补给来源主要来自大气降水。由于坝区地形较陡，降雨多迅速形成地表径流，只有少量渗入地下形成基岩裂隙水。河床覆盖层由全新统混合土卵石组成，表层见漂（块）石，中细砂填充，局部架空状，呈中密状，漂石粒径以数十厘米至数百厘米为主。河床覆盖层为主要的孔隙性含水层，由浅至深部透水性变弱。根据钻孔抽水试验，渗透系数一般为15.4-59.6m/d，最大达666m/d，呈透水性。电站大坝施工根据其地质特性采用土石围堰一次拦断河床的隧洞导流方式，右岸布置2条导流洞，导流洞为城门洞型。

二、 施工导流规划

1 初期导流

根据施工进度安排，初期导流阶段由围堰挡水，右岸2条导流隧洞泄流，围堰挡水设计标准采用全年20年一遇洪水，相应设计洪水流量为6460m3/s，大坝洗涤浇筑高程超过上游围堰高程，大坝具备临时挡水度汛条件，开始挡水度汛，初期导流阶段结束。

2 中期导流

中期导流阶段在设计洪水情况下，由坝体挡水，大坝临时挡水度汛标准采用100年一遇洪水，相应设计洪水流量为7940m3/s。大坝由两条导流隧洞和四孔泄洪中孔联合泄流，导流隧洞开始下闸封堵，水库初期蓄水，至此中期导流阶段结束。

3 后期导流

从导流隧洞封堵开始，至封堵完成，为后期导流阶段。本阶段由坝体挡水，坝体挡水标准采用枯水期200年一遇洪水，流量为4020m3/s。

三、截流方式及截流方案

1 截流方式选择

根据水电站坝区的地形和施工条件，导流洞进口底板较高、河床较陡、截流指标较高、右岸山体陡峭以及布设道路不便等特点，本次设计截流采用双戗单向立堵截流方式。

2 截流设计

2.1 截流标准及时段

根据《水电工程施工组织设计规范》（DL/T5397-2007）规定，截流标准可采用截流时段重现期5-10年的月或旬平均流量，考虑到水电站工程规模较大，截流工程的成败直接影响到发电工期，故选择截流标准为10年一遇旬平均流量。结合施工进度、截流难度综合分析，选择11月中旬截流，相应10年一遇旬平均流量为710m3/s。

2.2 大坝上、下游围堰设计

大坝上、下游围堰采用全年围堰方案，挡水标准为全年20年一遇重现期洪水，流量为6460m3/s， 上游围堰采用土石心墙围堰方案，堰体防渗分上下两部分，上堰体采用复合土工膜防渗，下堰体及基础采用混凝土防渗墙形式。对于堰体混凝土防渗墙与基础接触部位渗透率较大（q>5Lu）的部位，采用防渗墙预留的灌浆孔进行帷幕灌浆处理，帷幕灌浆防渗标准为： 灌浆界线为5Lu线，单排孔，灌浆孔距2m；透水率q≤5Lu。

大坝下游围堰布置考虑与尾水出口枯期围堰相结合，即尾水出口枯期围堰作为下游围堰的一部分。下游围堰采用全年土石围堰方案，堰体防渗分上下两部分，上堰体采复合土工膜防渗，下堰体及基础采用混凝土防渗墙型式。对于堰体混凝土防渗墙与基础接触部位透水率较大（q>10Lu）的部位，采用防渗墙预留的灌浆孔进行帷幕灌浆处理，帷幕灌浆防渗标准为： 灌浆界线为10Lu线，采用单排孔，灌浆孔距2m；透水率q≤10Lu。

2.3 龙口位置及龙口宽度选择

2.3.1 截流龙口宽度确定

根据相关实验研究成果，结合河床特性，上戗堤右岸预进占戗堤总长15m，其中预进占前10m用石渣料全面抛投，后5m用钢筋笼进行裹头保护。左岸预进占戗堤全面抛投石渣料，直到龙口宽度为70m时，左岸戗堤堤头石渣料开始抛填，预进占结束。下戗堤右岸预进占戗堤总长15m，其中预进占前10m用石渣料全面抛投，后5m用钢筋笼进行裹头保护。左岸预进占戗堤全面抛投石渣料，直到龙口宽度为42m时，左岸戗堤堤头石渣料开始抛填，预进占结束。

2.3.2 截流戗堤设计

截流戗堤挡水标准采用11月中旬10年一遇旬平均流量为710m3/s。上戗堤设计上游水位1991.13m，戗堤顶高程取1993.50m，戗堤顶宽20.0m，长约120m，上、下游边坡均为1：1.4，进占向堤头边坡为1：1.3。上戗堤设计上游水位1986.21m，戗堤顶高程取1989.50m，戗堤顶宽20.0m，长约115m，上、下游边坡均为1：1.4，进占向堤头边坡为1：1.3。

2.3.3 龙口分区

根据试验结果，将龙口进占从左至右分为四个区：Ⅰ区、上戗堤龙口宽75m-50m，下戗堤龙口宽45m-30m；Ⅱ区、上戗堤龙口宽50m-35m，下戗堤龙口宽30m-23m；Ⅲ区上戗堤龙口宽35m-20m，下戧堤龙口宽23m-15m；Ⅳ区、上戗堤龙口宽20m-0m，下戗堤龙口宽15m。

3、截流施工

3.1 戗堤右岸非龙口段进占

1）先上、下戗堤右岸裹头施工完成。

然后戗堤非龙口段开始按围堰全断面预进占。左岸下戗堤形成截流龙口开始进占。分别进占至龙口初始设定宽度，完成河床截流合龙。

2）戗堤非龙口段进占抛投材料，一般用石渣料全断面抛投施工，进占过程中，如发现堤头抛投材料有流失现象，可在堤头进占前沿的上游角（按戗堤轴线上游侧控制）先抛一部分较大块石，在其保护下，再将石渣抛填在戗堤轴线的下游侧。

3）非龙口进展施工流量按逐月平均流量控制。根据水情预报在当月流量较小时段，并在堤头前沿3-5m范围内，用钢筋石笼抛在上游角压坡脚，使其形成防冲裹头，以防止遇当月10%频率最大瞬时流量时，堤头冲刷坍塌。

3.2 戗堤龙口段合龙进占

1）龙口段合龙进占是截流成败的关键，合龙的具体日期应根据水文情况和各项准备工作的进展情况相机确定。在龙口合龙进占开始前，要验收检查导流洞是否通畅，龙口合龙进占施工道路需满足大型机械设备必须检修合格，操作人员配备齐全、并经过训练，龙口段合龙抛投材料规格及备用数量需满足设计要求，并按要求备放在据截流戗堤较近的截流基地上，截留施工道路须满足大型机械通行，畅通无阻地要求；水文观测设施装备齐全，观测手段落实，具备观测条件，通讯联系通畅，指挥系统完善。

2）龙口合龙抛投材料应按设计分4个区进占。

Ⅰ区（口门宽75-50m）为用块石及石渣全戗堤断面进占，如发现堤头抛投材料有流失现象，可在堤头进占前沿的上游角（戗堤轴线上游侧）先抛一部分钢筋石笼或大块石，在其保护下，再将块石及石渣抛在戗堤轴线的下游侧。

Ⅱ区段（口门宽50-35m）为合龙的困难区段，可采用凸出上游挑角的进占方法。在上游角（与戗堤轴线成45°角）集中中石和大块石，控制在戗堤轴线上游12-15m，使上游角凸出10m左右，将水流自堤头前上游角挑出一部分，从而使堤头下侧形成回流缓流区，可用块石及石渣进占。

Ⅲ区段（口门宽35-20m）合龙最困难的区段，可采用凸出上游角的进占方法。在上游角（与戗堤轴线成45°角）集中大块石和钢筋石笼，控制在戗堤轴线上游12-15m，使上游角突出10m左右，将水流自堤头前上游角挑出一部分，可用块石从戗堤轴线上游侧进占，再将块石及石渣抛在戗堤轴线下游侧。

Ⅳ区段（口门宽20-0m）可用块石从戗堤轴线上游侧进占，再将块石及石渣抛在戗堤轴线下游侧。

4、堰体填筑跟进施工

合龙之后应及时加高、培厚。对于下水部分，自卸汽車直接沿戗堤边坡卸料；水上部分则要分层填筑碾压。采用液压反铲装车，25t自卸汽车运料，戗堤前沿配推土机平整，18t振动碾碾压，局部边角采用手持式打夯机夯实。加高、培厚完成后填筑反滤料，填筑方式与堰体相同，在填筑碎石反滤料的同时，紧随进行闭气材料的抛填，尽早闭气。

参考文献：

[1]水利水电工程施工导流探析[J]. 袁远强. 科技风. 2012（12）

[2]分水江水利枢纽工程施工导流方案比较与研究[J]. 金晔军，杨协水. 浙江水利水电专科学校学报. 2002（02）