石龙水电站大坝施工导截流设计

郑希娟，迟浩宇

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

1 工程概况

石龙水电站位于吉林省抚松县境内，第二松花江上游的松江河上，双沟水电站下游，为松江河梯级电站第三级电站。枢纽由混凝土重力坝、引水隧洞、地面厂房及开关站组成。水库总库容为0.4×108m3，共2台机组，单机容量35MW，多年平均发电量为1.257×108kW·h。混凝土重力坝最大坝高43.00m，坝顶长218.00m，引水隧洞布置在左岸，2条引水隧洞长分别为187.00m和193.00m，洞径为6.20m，地面式厂房尺寸为64.76m×30.20m×51.93m（长×宽×高）。

2 自然条件

2.1 气象水文

抚松县地处寒温带气候区，多年平均气温为4.3°C，极端最高气温为34.9°C，极端最低气温为-37.7°C。流域内冬季多偏西风和东南风，最大风速为18.0m/s，相应风向为西南。流域降雨多集中在6—9月，占全年的60%～70%。多年平均蒸发量为1126.5mm，4—9月的半年蒸发量约占全年蒸发量的80%。

工程施工期洪水按水文特性划分，见表1。石龙水电站坝址处分期最大入库流量见表1，坝址处月、旬平均流量见表2。

表1 石龙水电站坝址处分期最大入库流量表m3/s

表2石龙水电站坝址处月旬平均流量表m3/s

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2.2 地形、地质

坝址区平水期水面宽60.0～82.0m，水深1.1～1.9m。河谷呈“U”形。左岸山体比高为120.0m，坡度约为30°；右岸山体比高为100.0m，坡度为40°～60°，右岸坝轴线下游附近有玄武岩崩塌堆积体，厚4.0～8.0m，局部可达10.0m以上，块径一般为0.2～0.5m。

上游围堰右岸坡地形较陡，覆盖层厚1.0～2.5m，主要为粉土夹碎块石，稍密。下游围堰河床段覆盖层主要为砂卵砾石，厚0.7～2.0m，岸边覆盖层主要为粉土夹碎块石，厚2.0m左右。玄武岩崩塌堆积台地上部为厚4.0～6.0m的块石夹粉土，其下为厚10.0m左右的玄武岩，岩石较破碎。玄武岩下伏为厚6.5～8.0m的砂卵砾石、粉土夹碎块石、粗砂的夹层，其中砂卵砾石、中粗砂为中密～密实，含泥量较高，透水性较弱。

基岩为熔岩凝灰岩，强风化岩体厚约1.2m，岩质软弱，完整性较差，为中等透水岩体；中等风化岩体，岩质坚硬，岩石较完整，属弱透水岩体。

3 大坝施工导流

大坝施工采用分期导流：一期围左岸，由右岸束窄河床过流，进行大坝二期纵向混凝土围堰和大坝左岸8～14号坝段主体工程的施工，其挡水时段为第一年汛后至第二年大汛前；二期围右岸，由一期形成的底孔过流，进行坝体其余部分的施工。

3.1 一期导流围堰设计

3.1.1 设计标准

石龙水电站工程为Ⅲ等工程，大坝为3级建筑物。根据SDJ338—89《水利水电工程施工组织设计规范》规定，大坝导流建筑物的级别为5级。

根据石龙水电站施工进度安排，大坝一期土石围堰的作用：在其围护下进行大坝二期上、下纵向混凝土围堰和大坝左岸8～14号坝段施工，其挡水时段为第一年汛后至第二年汛后。

大坝一期土石围堰设计挡水标准为汛前期P=20%洪水，流量Q=491m3/s，相应的上、下游水位分别为455.40m和452.20m，设计堰顶高程分别为456.40m和453.20m；纵向围堰挡水位为455.40～452.20m，设计堰顶高程为456.40～453.20m。

大坝一期加高围堰采用草袋土围堰，设计挡水标准为大汛P=20%洪水，流量Q=927m3/s。上游草袋土围堰挡水位为457.40m，设计堰顶高程为458.40m；下游草袋土围堰挡水位为453.20m，设计堰顶高程为454.20m；纵向草袋土围堰挡水位为457.40～453.20m，设计堰顶高程为458.40～454.20m。3.1.2围堰布置

一期围堰纵向段与坝轴线大致垂直布置，围堰轴线最小转弯半径为25.00m，堰顶轴线长290.74m。草袋土加高围堰沿土石围堰轴线布置在土石围堰堰顶，草袋土围堰迎水侧堰脚距土石围堰迎水侧堰顶0.50m。

3.1.3 围堰结构型式

大坝施工导流一期上、下游土石围堰型式为粘土斜墙堆石围堰，堰顶宽5.00m，迎水侧边坡为1∶2.5，背水侧边坡1∶1.3。一期围堰上游桩号K0+000.00～K0+083.34m段和下游桩号K0+259.34～K0+290.74m段迎水面采用块石护坡，围堰结构由迎水面到背水面依次为块石护坡、反滤料、粘土、反滤料、堆石，顶宽均为1.0m。一期围堰纵向桩号K0+083.34～K0+259.34m段迎水面采用铅丝石笼护坡，围堰结构由迎水面到背水面依次为铅丝石笼、反滤料、粘土、反滤料、堆石，顶宽均为1.0m。

草袋土加高围堰由草袋土砌筑而成，顶宽2.0m，两侧边坡均为1∶0.5。

3.2 二期导流围堰设计

3.2.1 设计标准

根据石龙水电站施工进度安排，大坝二期上下游土石围堰的作用：在与大坝二期上、下游纵向混凝土围堰共同围护下，进行大坝右岸1～7号坝段的施工，大坝二期上游土石围堰的挡水时段为第二年汛后至第三年汛前，大坝二期下游土石围堰的挡水时段为第二年汛后至第三年汛后。

大坝二期上游土石围堰设计挡水标准为汛前期P=20%洪水，流量Q=491m3/s，相应的设计水位为456.90m，设计堰顶高程为457.90m。大汛期上游围堰过水，由坝体挡水。大坝二期下游土石围堰设计挡水标准为大汛期P=20%洪水，流量Q=927m3/s，相应的设计水位为454.00m，设计堰顶高程为455.00m。

3.2.2 围堰布置

二期上游土石围堰与上游纵向混凝土围堰于坝上K0-027.81m处相交，与纵向混凝土围堰堰顶轴线夹角为100°51′59″，二期上游土石围堰长75.02m；二期下游土石围堰与下游纵向混凝土围堰于坝下K0+068.08m处相交，与纵向混凝土围堰堰顶轴线夹角为129°54′24″，二期下游土石围堰长111.78m。为了避免占压下游右岸岸坡上的现有房屋，二期下游土石围堰与岸坡接头处采用折线折向上游侧，转折角度为120°35′1″。

考虑交通要求，大坝施工导流二期上、下游土石围堰堰顶宽度均为5.00m。

3.2.3 围堰剖面结构

大坝二期施工导流上下游土石围堰型式为粘土斜墙堆石围堰，堰顶宽5.00m，迎水侧边坡为1∶2.5，背水侧边坡为1∶1.3。围堰结构由迎水面到背水面依次为块石护坡、垫层、粘土、反滤料、堆石，各填筑料顶宽均为1.00m。其中堆石两侧边坡为1∶1.3，堆石与粘土之间的反滤设计边坡为1∶1.75，反滤层前抛投粘土斜墙边坡为1∶2.5，在反滤料上面抛投块石护坡。

二期下游土石围堰岸坡段需开挖至不透水层，并回填粘土，与粘土斜墙连成一体防渗。二期下游土石围堰桩号XK0+048.61～XK0+070.94m段围堰基础采用钻孔灌浆防渗，灌浆平台高程为452.65m，灌浆钻孔间距为2.00m。灌浆部位控制透水率不大于5Lu。

4 截流设计

4.1 截流时间

根据施工总进度安排，2007年11月上旬，大坝导流底孔和纵向混凝土围堰基本完工，具备截流条件。石龙水电站工程大坝二期上、下游围堰截流时间的选择，不但应有利于截流，而且应有利于围堰的后期施工。根据上述原则，通过分析水文、气象条件，考虑前期工程的实际进度和大坝围堰的填筑强度，截流时间在2007年11月中下旬。截流计划：11月上旬，戗堤进占；11月中旬，形成20.00m宽龙口，进行裹头处理；11月中下旬，龙口合龙。

4.2 截流流量

工程施工洪水受上游水库调节，截流流量主要受上游的小山电站发电流量控制（共2台机，满发时流量210m3/s），且截流时段上游小山电站～石龙区间流量较小。根据上述施工洪水特点，经综合分析，确定戗堤设计洪水标准按汛后期5年重现期，流量Q=248m3/s；龙口合龙设计流量考虑上游小山电站调节，按小山电站～石龙区间11月份5年重现期，流量Q=44.9m3/s。

4.3 截流方式

截流设计采用单戗堤进占，立堵截流方式。根据大坝上游围堰附近交通道路的布置、河床宽度及截流水力学计算成果，大坝上游围堰戗堤进行预进占，待大坝导流底孔具备过流条件，大坝一期纵向围堰和上下游围堰拆除后，戗堤自右岸进占合龙。

4.4 截流戗堤顶高程的确定

围堰进占戗堤顶高程是按汛后5年重现期流量（Q=248m3/s）的水位z=454.10m控制，加超高后确定上游进占戗堤顶高程为455.10m。

4.5 截流材料

根据截流水力学计算，龙口最大平均流速为3.24m/s。对开采出的石料中粒径超过50cm的大块石应单独存放，在截流困难时使用。

5 结语

石龙水电站根据第二松花江水文特性、坝型、工程布置以及坝址处的地形地质条件，进行大坝导流设计，采用时段挡水的导流标准，选用了较为合适的导流流量，降低了施工期上游水位，既减少了导流工程投资，又减少了施工期淹没范围，为工程带来了较大的经济和社会效益。导截流工程的成功实施，极大保障了电站正常投产运行目标的实现。