夹岩水利枢纽工程大江截流方案设计与施工

马现军 杨岁明 李威威

摘要：夹岩水利枢纽工程大江截流具有处在汛期末、挡水标准高、落差大等特点，制定合理的截流方案非常重要。在分析水文资料的基础上，通过截流水力学计算，确定了截流戗堤高程及结构、龙口分区及各分区材料，并制定了截流预进占、龙口合龙、堰体加高等实施方案，成功实现了大江截流。简要介绍了截流设计方案及施工过程，并对成功截流进行了经验总结，对类似工程具有借鉴意义。

关键词：截流设计;水力学计算;截流施工;戗堤填筑;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：TV551.2文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.006

Abstract： The river closure of Jiayan Hydro-complex Project has the characteristics of closing at the end of flood season， high water retaining standard， and big level dropping. Formulating a reasonable closure plan is an important research issue. Based on the analysis of hydrological data， the elevation and structure of the closure dike， closure gap subdivision and closure materials for the subdivisions were determined through the river closure hydraulics calculation， and the implementation plan of river closure pre-advancement， closing closure gap， heightening the closure dike， etc was formulated. The river closure goal was successfully achieved. This paper briefly introduces the design and construction process of river closure， and summarizes the experience of successful river closure， which has reference significance for similar projects.

Key words：closure design; hydraulics calculation; closure construction; berm filling; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程概况

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩工程”）位于贵州省毕节市及遵义市境内，由水源枢纽工程、毕大供水工程和灌区骨干输水工程三大部分组成，其中水源枢纽工程位于长江流域乌江支流六冲河七星关区与纳雍县界河段，坝址处在六冲河中游潘家岩处。

工程导流采用河床一次断流、上下游土石围堰挡水、导流洞泄流、主体工程全年施工的导流方式。

夹岩工程于2017年9月30日顺利完成大江截流。由于截流时段仍处于洪水期末且截流落差较大，致使截流施工难度较高。在仔细分析水文气象资料的基础上，通过截流水力学计算，在龙口进占时针对不同的水流流态及时调整抛投方式，并采取步步跟进的措施，最终确保了成功截流。

2 截流设计

2.1 截流时段和标准

根据施工总进度计划和SL 303-2017《水利水电工程施工组织设计规范》有关规定[1]，截流标准采用10 a一遇9月下旬旬平均流量，截流流量为121m3/s，截流时间确定为9月30日。

2.2 截流方式

根据夹岩工程坝址的地形和施工条件，具备立堵截流条件，且该工程截流落差相对较大，因此采用立堵方式截流。截流戗堤左岸地形相较右岸平坦，便于堆放截流材料和布置施工道路，因此龙口位置设在右岸，截流采用从左岸向右岸进占的单戗立堵法，截流填筑料选择左岸潘家岩脚弃渣场开挖弃料。

截流施工时，参照中国水利水电第十二工程局类似工程经验及水电水利规划设计总院专家的咨询建议，采用全断面齐头并进和大块石或特大块石、钢筋石笼裹头保护的截流方案，确保截流一次成功。

2.3 截流戗堤布置及龙口位置选择

因导流洞进口紧临峡谷出口处，为尽可能减少截流时受河道地形影響而增大水位壅高值，同时避免截流抛投的大块体漂移影响防渗墙施工，将上游截流戗堤布设在上游围堰下游侧，距围堰中心线60 m。

宽戗截流是介于双戗和单戗截流之间的一种技术，可以弥补双戗截流抛投强度要求大、组织复杂等缺点。在抛投强度不高、交通条件差的条件下适应性很强[2]。由于夹岩工程截流落差大，为减少龙口流速和加快施工进度，采用宽戗堤截流，戗堤顶宽15.0 m，河床截流后该戗堤结构将成为上游土石围堰堰体的一部分。

2.4 截流水力学计算

根据夹岩工程水文特性、截流流量、截流施工条件，针对截流过程中的不同阶段，采用相应的水力学计算公式，依据导流洞泄流曲线及龙口泄流曲线分析计算，截流龙口计算成果见表1。

2.5 截流戗堤高程及结构确定

河床高程为1 210.0 m，经计算相应截流戗体前水位为1 222.75 m，确定截流堤顶高程为1 224.0 m。由于夹岩工程截流落差大，为减少龙口流速并加快施工进度，采用宽戗堤截流，戗堤顶宽15 m，上下游边坡为1∶1.5，戗堤最大填筑高度为15.0 m，单个堤头采用2～3辆自卸汽车同时抛投。

2.6 截流材料及龙口分区

根据截流水力计算成果分析，当龙口底宽为20～5 m之间时，龙口流速最大，截流难度也最大，施工前采取护底措施，施工中适时采取抛投大块石、特大石等大物料截流。

根据截流的水力条件、工地的起重运输设备条件及截流材料的获得、装运、抛投条件等[3]，采用渣场存储的开采石料及石料场新开采块石料选择截流抛投料。

截流材料的尺寸取决于龙口流速及抛投材料抗冲流速， 根据计算成果，截流龙口处材料特性指标见表2。

戗堤施工分为非龙口段和龙口段。龙口段根据截流水力计算结果进行分区，抛投料分区见图2。根据各区不同流速计算上游戗堤进占各类材料用量计划，截流材料按照龙口计算工程量的150%～200%备料。特大石均重量为7～20 t，粒径为1.5～3.2 m;大块石重量为3～7 t，粒径为0.8～1.5 m。截流戗堤材料工程量详见表3。

3 截流施工

3.1 截流备料场规划

上游围堰截流备料料场布置在潘家岩脚渣场和石料场渣场，特大石备料场布置在导流洞施工支洞口及戗堤上下游龙口附近，大块石备料场布置在石料场渣场，石渣料和中石料料场布置在潘家岩脚渣场，下游围堰截流备料料场布置在陈家沟渣场。

3.2 截流预进占

根据截流戗堤设计和截流施工道路布置等条件，夹岩工程截流采用左岸预进占，预留龙口宽约45 m。预进占采用自卸汽车运输至戗堤端头，端进法卸料，戗堤行车路线布置3车道，堤头全面抛投。预进占分两次进行。

（1）第一次预进占为非龙口段，采用石渣料作为防渗施工平台进行基础防渗施工，每次按5 m进占，到位后，采用特大块石作裹头保护，保护水位以下预进占戗堤不被水流冲刷淘空。至进占结束时，龙口水面宽度16 m，龙口顶宽34.6 m，龙口水深约7 m，水面高程1 213.2 m。

因河底冲刷较大，龙口进占先采取自卸车装特大石直接倒入冲砸至河底，并用反铲在戗堤轴线上下游各30 m内的河底匀采用一层特大石及大块石护底，反铲作业高程高出水面约2 m，形成小台阶来回作业，每次用反铲进占2～3 m后，再用大块石及石碴压坡，以此循环。

（2）第二次龙口预进占在截流前3 d进行，按10 a一遇9月下旬旬平均流量121 m3/s为控制流量。先采取自卸车装特大石直接倒入冲砸至河底，并用反铲在戗堤轴线上下游各30 m内的河底匀采用二层特大石及大块石护底，反铲作业高程高出水面约2～5 m，形成小台阶来回作业，每次用反铲进占2 m后，再用大块石及石碴压坡，以此循环，逐渐进占至龙口顶宽度为12.6 m，完成Ⅱ～Ⅴ区进占。

3.3 龙口合龙施工

3.3.1 龙口进占施工

龙口段主要采用全断面推进和凸出上游挑角法两种进占方式[4]，具体施工方法如下。

（1）凸出上游挑角法。在堤头上游侧或下游侧与戗堤轴线成20°～30°方向，顺水流向用特大块石抛填形成2～3个防冲矶头，在防冲矶头下游侧形成回流区（紊流），大块石和中小石尾随进占。

（2）全断面推进。在水力条件较好、护底稳定时采用块石满足要求，3个卸料点进占不分先后、齐头并进。

根据计算成果以及实测上下水位龙口落差、上游流量、龙口估算流速及水流流态，进占过程中采用以下方式。

（1）I～II区采用全断面抛投进占，用特大块石抛填护底，每次护底循环进占约2～3 m，再用大块石和中小石尾随进占。裹头保护用大块石护至高程1216.0 m（高出水面约2 m）。

（2）III～Ⅳ区采用上挑角法，顺水流向用特大块石抛填形成2～3个防冲矶头，防冲矶头由龙口下游端向上游逐级或由龙口上游端向下游交换进行，采用反铲堆放稳定，每次护底循环进占约2 m，再用大块石和中小石尾随进占。裹头保护用大块石护至高程1 218.0 m。

（3）Ⅴ区采用上挑角法，顺水流向用特大块石抛填形成3个防冲矶头，防冲矶头由下游端向上游逐级采用反铲堆放稳定，每次护底循环进占约2 m，再用特大块石及大块石尾随进占，最后用组合钢桁架抗冲;裹头保护用大块石护至高程1 220.5 m，龙口戗堤顶高程为1 223.0 m，全断面进占直至合龙。

3.3.2 堤头抛投施工

堤头抛投采用直接抛投、集中推运抛投和卸料冲砸抛投3种施工方法，各方法具体操作如下。

（1）直接抛投。自卸汽车运料至堤头后直接卸料入水中，少量渣料由推土机配合推入水中。

（2）集中推运抛投。在堤头坍塌较严重，自卸汽车不便靠近堤头直接抛入水中时，自卸汽车卸料在堤头顶上，由大功率推土機将渣料集中推入水中。

（3）卸料冲砸抛投。将特大块石从自卸汽车上直接卸料抛入水中，冲砸抛投。

为此，龙口进占时将坡比调整为1∶0.55至1∶1，使特大石及大块石料快速冲砸到河床底，增加抛投体的稳定性。

3.4 堰体临时断面加高

由于汛期截流风险较大，由原设计挡P=20%、Q=203 m3/s的洪水标准，提高到挡P=10%、Q=301 m3/s的洪水标准，以高程1 228.0 m作为上游端堰体防汛控制高程，因此需要在2017年9月30日截流后尽快加高堰体上游端的临时断面，5 d内填筑达到高程1 228.0 m挡水标准，填筑量约6万m3，施工强度太大，且在这5 d内洪水随时可能发生。为此采取以下措施同时并进。

（1）为减少堰体上游端临时断面的填筑量，利用截流前时段先期进占，9月19～27日，共计填筑3.8万m3，进占约30 m，但存在龙口进占时水位壅高较快问题。分析后发现，截流戗堤轴线以上至上游悬索桥约300 m长范围内两岸陡峻、河面宽度较一致，故回水壅高较快，造成龙口段水位落差、流速增大。

（2）通过水情标段的水情雨情预测，9月26日至10月5日10 d内最大流量为80 m3/s，故对龙口Ⅴ区的戗堤高程控制在高程1 220.5 m（进占戗堤高程为高程1 224.0 m），随后在戗堤轴线上下游各25 m范围内用大块石进行护底、固坡保护，形成断面为底宽5.7 m、顶宽13 m、深3.5 m的泄水槽，当超标洪水来时，可确保防渗施工设备及人员安全。

3.5 下游围堰戗堤施工

经计算，相应下游截流戗体水位为1 209.8 m，确定截流堤顶高程为1 212.0 m，并兼做灌浆施工平台高程，堤顶宽6 m，最大填筑高度为5.5 m。截流戗堤施工中，根据实际水位情况，使截流戗堤临时断面堤顶高程始终保持在高于水面高程0.5 m以上。

由于上下游围堰间隔较远，轴线间距约1.0 km，且落差不大，当上游围堰截流后，区间内水位回落相对较慢，故下游围堰戗堤滞后于上游围堰戗堤，在上游围堰合龙后，再进行下游围堰戗堤的抛填施工，基本上在静水中抛填。

4 结 论

（1）抛投强度对截流顺利实施至关重要，要按照截流高峰强度提前储备截流材料，并利用截流处地形临近布置储备料场。夹岩工程截流材料按照龙口计算工程量的150%～200%备料，特别是受益于石料場备有充足的特大石及大块石料，对龙口处的护底及裹头保护，起到关键作用。

（2）龙口段截流进占过程中，要及时根据不同的水流流态调整抛投方式。本次龙口进占中采取步步跟进的措施，Ⅰ～Ⅲ区水位每次提升不大于50 cm，进占宽度每次为2～3 m;Ⅲ～Ⅳ区水位每次提升不大于40 cm，进占宽度每次为2 m;Ⅳ～Ⅴ区水位每次提升不大于40 cm，进占宽度每次为2 m。当上游水位达到高程1 216.3 m后，龙口进占难度增大后，现场顺水流向用特大块石抛填形成3个防冲矶头，最后采用1只5 m×5 m×4.5 m（长×宽×高）由22号工字钢、20号槽钢组合成钢桁架笼，沉入龙口轴线上游侧，并采用1块约19 t重的特大石保护右岸边坡的抗冲刷。

（3）在仔细分析水文气象资料的基础上，通过截流水力学计算，制定了合理的夹岩工程大江截流方案。通过精心组织、有序安排及实施时及时调整抛投方式，成功实现了大江截流，可为类似工程的截流设计和施工积累宝贵经验。

参考文献：

[1] SL 303-2017水利水电工程施工组织设计规范[S].

[2] 高利军. 官地水电站工程截流优化研究[J]. 水利与建筑工程学报，2010，8（6）：127-130.

[3] 高鹏. 向家坝水电站大江截流设计与施工[J]. 人民长江，2015，46（2）：67-70.

[4] 王继敏. 雅砻江锦屏二级水电站大江截流设计与施工[J]. 人民长江，2013，44（1）：89-91.

（编辑：唐湘茜）