宗格鲁水电站截流规划设计与施工

李小明

摘 要：本文介绍了宗格鲁水电站截流规划设计，并根据卡杜纳河的水文特点、截流的流量以及戗堤布置等方面，分析了宗格鲁水电站的截流施工方案。实践证明，截流规划合理准确。

关键词：宗格鲁水电站;截流规划;设计施工

中图分类号：TV551.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）32-0069-03

Abstract： In this paper， the closure plan and design of the Zungeru Hydroelectric  Station was introduced， and the closure construction of the project was analyzed according to the hydrological characteristics of the Kaduna River， the flow of the closure and the layout of the dike. The practice has proved that the closure plan is reasonable and accurate.

Keywords： Zonggelu Hydroelectric Station;closure planning;design and construction

宗格魯水电站是一座兼有发电、防洪、灌溉、养殖、航运等多用途的水电工程，电站装机容量为700 MW，正常蓄水位为230 m，设计洪水位为230 m，校核洪水位为231 m，死水位为223 m，工程总库容为114.19×108 m3，正常蓄水位对应库容为109.1×108 m3，死库容为82.43×108 m3，具有多年调节性能，上游有正在运行的希罗罗水电站。

电站枢纽由拦河大坝、坝后厂房、变电站等建筑物组成。二期导流建筑物为4个7.0 m×7.5 m（宽×高）导流底孔，底板高程为149 m，上游引渠底宽为40 m。

1 基本条件

1.1 水文气象

卡杜纳河位于尼日利亚境内，是尼日尔河左岸的一条重要支流，河流发源于乔斯高原，从河源至汇口河长约为575 km，流域面积约为73 300 km2。卡杜纳河流域位于西非稀树草原地带，属热带季风草原气候，主要分为旱季和雨季，季节分明。5—10月，受来自大西洋的暖湿气流影响，卡杜纳河流域形成雨季;11月至次年4月，受到来自撒哈拉的东北干冷气流的影响，形成旱季。雨季湿度较大，气温较低，受撒哈拉沙漠影响，12月至次年1月为哈马丹风季节，常有沙雾。

流域内降雨具有明显的季节变化规律，旱季降雨较少，一般来说，12月至次年2月，流域内基本无降雨;雨季降雨量较多，主要集中在7—9月，该时期内的降水占全年降水总量的60%。

1.2 工程地质情况

根据勘探和相关资料，坝址区地层岩性较为单一，均由含大量云母或绢云母矿物的千枚岩组成，河床部位石英、绢云母等矿物呈平行排列组合。其片理走向为NNE向，倾角近直立，稍倾向NE或SE方向，但总体大于85°。叶理层状非常薄，石英脉主要沿着叶理构造分布，带有丝状的纹理构造，厚度为1～40 cm。

坝址区内的风化岩体及新鲜岩体（包括破碎带）均进行了钻孔压水试验，结果显示，其总体透水率较低，通常小于5 L/（min·m），钻孔F15中出现过最大值8.2 L/（min·m）。

本工程河床段物探方法采用电法剖面法，第6剖面、第7剖面分别距离坝轴线上游约55 m和113 m，电法剖面物探成果显示，河床靠左岸有部分较浅的河床堆积物，适宜选择作为截流合龙地点[1-2]。

1.3 导流时段划分

本工程导流时段划分为三期。

一期导流时段为工程开工至截流，该时段由原河床过流，在纵向围堰的保护下，进行左岸主河床以外部分坝体及其附属结构的施工，包括修建导流底孔，导流底孔上下游明渠施工，左右岸碾压混凝土重力坝基础开挖、处理及浇筑等项目[3]。该时段导流设计标准为希罗罗水电站发电下泄流量+区间5 a一遇洪水，相应流量为1 000 m3/s。

二期导流时段为截流至下闸蓄水，采用围堰或坝体挡水，导流底孔泄流;该时段主要进行主河床坝段的施工。

三期导流为底孔下闸蓄水至首台机组发电，为坝体挡水，溢洪道泄洪。

1.4 围堰结构

上游围堰布置于坝轴线上游约97.844 m处，轴线全长为376.76 m，全年挡水围堰。围堰设计挡水标准为30 a洪水重现期，相应流量为2 860 m3/s，对应堰前水位为168.6m，堰顶宽为8 m，堰顶高程为170 m，最大堰高约为25 m，围堰典型断面详情如图1所示。

下游围堰轴线全长为337.3 m，围堰顶宽为8 m，最大堰高约为14.0 m，迎水面为黏土斜墙防渗体（右岸部分为均质堰），迎水面坡度为1.0∶1.5，背水面坡度为1.0∶2.5。下游围堰分左岸、右岸两段，左岸段靠近明渠出口，高程由160 m逐渐降低至157.5 m;右岸段高程为157.5 m。

2 截流规划设计

2.1 截流时段、截流标准及流量

综合考虑各种因素，根据本流域12月份为旱季、无降雨的特性，同时考虑近年希罗罗水电站发电流量的特征，本工程设计截流标准采用流量450 m3/s，约为希罗罗水电站三台机组（共4台）发电流量，该流量大于希罗罗水电站多年12月份最大发电流量平均值（436 m3/s）。

2.2 截流方式

根据宗格鲁水电站坝址的地形和施工条件，采用立堵方式截流。设计戗堤（控制高程155 m）先行、堰体灌浆平台（控制高程158.5 m）紧随其后，顶部总宽为71.96 m，其中灌浆平台（控制高程158.5 m）宽为48.71 m，戗堤宽为18 m，可以采用3辆自卸汽车同时抛投，抛投强度完全可以达到要求。经水力学计算分析，拟定本工程采用单戗堤单向（右岸向左岸）进占、立堵截流方式。

2.3 截流戗堤布置及龙口位置选择

本工程围堰均采用高喷灌浆防渗，为保证截流抛投大块石不影响防渗轴线，截流戗堤轴线布置在上游围堰轴线的下游30.8 m处，戗堤上下游坡比均采用1.0∶1.5。龙口尽量选择在河床覆盖层较薄处或基岩裸露处，根据设计院所测水下地形图及相关电法剖面物探成果，经测量杆测复核，将龙口选择在左岸导流明渠纵向围堰靠河部位，该部位地质条件较为清楚，对龙口合龙更易把握，风险更小。

3 截流施工方案

3.1 截流施工

在龙口施工前，堰体灌浆平台（控制高程158.5 m）施工随戗堤施工同步展开，最后龙口合龙，在左岸完成截流，同时灌浆闭气作业跟进施工，为围堰施工争取工期。

3.1.1 下游围堰预进占汛末施工。因导流底孔过流后流速可保持在12～15 m/s，要对下游围堰下游坡脚进行防护。拟定在11月上旬或河床水位下降至151 m左右进行下游围堰的预进占施工，以便对下游围堰左侧靠明渠出口部位的黏土斜墙、砼基础和护脚钢筋笼进行干地施工，并在明渠过流前完成。

3.1.2 截流预进占施工。截流预进占施工结合截流道路修建进行，灌浆平台施工随戗堤施工同步展开，上游围堰预进占从右岸开始，长度约为147 m。

预进占典型剖面如图2所示。

预进占的料源全部利用坝肩及厂房开挖石渣料。戗堤预进占施工时，龙口落差和流速相对较小，一般开挖石渣或毛料即可稳定，堤头呈流线型进占，即在戗堤前沿全线均匀抛投，全面推进，来车不论石渣大小，有空位即可卸料。

预进占堰体顶总宽为71.96 m，其中灌浆平台顶宽为48.71 m，戗堤顶宽为18 m，分别设置灌浆区、机械运转区、等待区和卸料等施工区域，以备下一步龙口合龙高强度施工之需。戗堤预进占施工完毕后，端部用大石、钢筋笼进行裹头保护，特别是上游面必须覆盖完全，不能出现空洞，坡脚均用鋼筋笼进行防护，以免高速水流回水掏刷戗堤。

3.1.3 龙口施工。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，为确保合龙时的连续性，前天将所有自卸车装满，具体施工方法如下。

3.1.3.1 凸出上游挑角法。在堤头上游侧与戗堤轴线成30°～42°角的方向，用大块石和钢筋石笼抛填形成一个防冲矶头，在防冲矶头下游侧形成回流区，中小石、石渣混合料尾随进占。

3.1.3.2 全断面推进。在水力条件较好、流速较小时，一般材料可满足，3个卸料点进占不分先后，齐头并进。

根据计算成果，并借鉴已建工程经验，龙口进占过程中，I区前半段采用全断面抛投进占，后半段采用上挑角法抛投进占;Ⅱ区采用上挑角法或上下挑角法交替抛投进占;Ⅲ区前半段采用上挑角法，后半段采用全断面进占直至合龙。

合龙时，按不同料，将运输车辆分组编队，做好标记，并在等待区有序排队，依次统一卸料，从上游往下游卸料排列为特大石→大石→中石→小石。

3.1.4 下游围堰合龙。下游围堰戗堤进行全断面施工至河中岛，待上游截流合龙后在静水中合龙，从右岸向河中岛推进，直至合龙。堤头进占以不承担截流水头为控制依据，保证抛投物料少流失。

3.2 围堰加高及防渗施工

3.2.1 围堰填筑施工。上游围堰待合龙以及高喷灌浆完成后，可一次填至设计高程170 m。下游围堰尾随上游围堰跟进合龙，下游围堰左岸段在截流前填至设计断面并对堰脚进行钢筋笼防护，右岸段可一次填筑至设计高程。围堰闭气完成后，可有序进行基坑抽排水工作。

3.2.2 围堰防渗施工。上游围堰灌浆平台（控制高程158 m）尾随戗堤（控制高程155 m）一起预进占后，迅速进行围堰的高喷灌浆施工。上游围堰采用高喷灌浆防渗，防渗墙入岩1 m，待灌浆完成后，进行顶部1.5 m黏土换填，确保有效搭接1 m。施工工期约为45 d。上游围堰填筑料严格按图纸进行分区和技术要求进行填筑，根据河床断面图知，龙口处高程大部分高于144 m，戗堤上游坡脚未到防渗墙，另外在龙口段原有一排的基础上再在上游处增加一排长约50 m的高喷灌浆防渗墙，从而确保龙口段高喷灌浆效果。

下游围堰黏土直接在开关站备料场取料，采用自卸汽车运输至围堰迎水面直接卸料，按技术要求分层碾压密实。

4 结语

在国际项目的截流规划设计中，根据当地气候及河流流域特点，合理选择截流流量，可大大降低截流施工难度。宗格鲁水电站根据上游电站发电流量，选择在无降雨的旱季进行施工，截流施工总体可控。在截流预进占的同时，选择截流戗堤和灌浆平台同步推进，可大幅缩减截流后围堰填筑量，也可缩短围堰灌浆时间，为项目工期争取时间。

参考文献：

[1]华栋，郭必文.南欧江三级水电站二期主河床截流规划设计[J].云南水力发电，2019（5）：90-94.

[2]王剑涛.云南澜沧江大华桥水电站截流工程规划设计[C]//中国水利水电勘测设计协会.2018.

[3]冯瑞林，李仕奇，陈贵斌.糯扎渡水电站截流规划设计[J].工程技术研究，2017（9）：228-230.