绰斯甲水电站首部枢纽截流设计及施工研究

王根书

（中国安能集团第三工程局有限公司，四川 成都 611100）

绰斯甲水电站首部枢纽工程采用枯期隧洞导流方案，首部枢纽主体工程利用枯期建设。首部堆积体上游段护坡施工采用束窄河床导流方案，为避免抽水量过大，采用两期导流。两期导流施工项目包括土石方填筑、混凝土浇筑。但是在施工建设之前，对其地质勘察及分析显得尤为重要[1]。本文以绰斯甲水电站首部枢纽为对象，分析施工过程中遇到的难点和对策，对绰斯甲水电站首部枢纽截流进行设计和计算，为后续相关水电站建设积累了宝贵经验。

1 绰斯甲水电站施工的难点及对策

1.1 绰斯甲水电站施工的难点

（1）虽然截流流量较小，但是单宽流量、龙口流速较大。

（2）河床砂卵砾石强透水层较厚，对首部防渗体系施工质量要求较高。

（3）汛期围堰作为过流通道使用，河水流量较大，过流时水力情况复杂，易对围堰过水部分产生严重损害。

（4）导流洞进口位于国道占压段，需分两期施工，分别位于枯水期、汛期施工，导流程序复杂、围堰设置难度大。

1.2 绰斯甲水电站施工应对对策

（1）做好截流设计，做足截流准备。设计采取以右岸进占为主、左岸为辅的单戗双向进占、单向截流方式，增大抛填强度。通过计算，截流戗堤采用堤顶高程2776 m，宽15 m，保证堤头卸车强度和抛料质量。

（2）针对高压旋喷防渗墙施工，进场后立即进行地质复勘，及时调整施工工艺方案。在实际施工时，选取部分高压旋喷防渗墙段作为生产性施工试验段，及时对施工参数、工艺做进一步调整，保证施工质量。

（3）在围堰过水设施施工过程中，严格把控混凝土面板、钢筋石笼及灌注混凝土施工质量。为防止护脚大块石失稳，用钢筋将3～5块大块石串成串，增加护脚大块石的稳定性。

（4）将导流洞进口引渠段与钢筋石笼护坦段分两期导流施工。利用2021 年枯水期进行一期土石围堰导流，完成基坑内钢筋石笼护坦施工和二期混凝土导流围堰施工，二期混凝土围堰导流标准为Q10%=1170 m3/s。引渠段在混凝土围堰保护下完成施工。

2 截流设计

截流设计标准：围堰采用土石围堰，导流标准采用10年一遇，根据历史水文资料，截流设计流量Q=106 m3/s。

2.1 截流方式

本工程导流洞为城门洞型，洞泾5.0 m，进口高程2770.0 m，考虑提供的现场水文地质情况、料源和现场道路情况及现场踏勘情况，截流料场距离戗堤约3.8 km，且左岸道路有G317线可利用，比右岸交通更为便利。结合类似工程截流实施方案[2-5]，因此选用以左岸进占的单戗单向立堵截流方式，先左右岸同时预进占，然后做好右岸裹头防护，最后再从左岸向右岸截流。

2.2 截流戗堤的布置和断面选择

2.2.1 戗堤顶高程的确定

根据相关资料，截流设计流量按10 年重现期，11 月截流Q10%=106 m3/s，截流戗堤相应上游水位2775.83 m高程，考虑堤顶安全超高，为有效降低截流期间戗堤抛填强度和抛投料抛投质量，堤顶高程拟定为2776 m，戗堤最大高度9 m。

2.2.2 截流戗堤顶部宽度及结构

考虑截流强度，设计戗堤顶宽15 m，满足2～3台自卸车同时卸料，上、下游坡比均为1∶1.5。截流戗堤布置在围堰轴线下游约19.8 m处，由堤顶向外侧排水，排水横坡为2%。在截流施工前根据需要考虑进行围堰跟填。工程将根据截流的水力学模型试验成果，对理论计算参数和戗堤布置进一步进行验证和修正。

2.3 龙口位置及宽度

由于戗堤处河谷深槽居中，左岸较平缓，交通紧邻国道317 线，右岸有滑坡体，为避免将截流过程中对滑坡体产生扰动，故龙口布置于河道中心偏左。根据截流水力学计算成果、戗堤堤头使用材料的抗冲能力、合龙抛投强度及道路交通布置，经综合比较研究，确定本工程预留龙口宽20 m，左岸预进占5 m，右岸预进占20.5 m。

2.4 截流的水力学计算

2.4.1 导流洞水力学计算

（1）长短洞判别

当流量一定时，若正常水深等于临界水深，即该底坡为临界底坡。根据招标文件截流戗堤相应上游水位2775.83 m高程，小于导流洞顶2776 高程可知，此时隧洞为明流，可近似按矩形明渠计算。

则正常水深h0=（Q2/b2C02i）1/3，临界水深hk=（Q2/gb2）1/3，两式子联立可得：i=g/C02，

其中：i为底坡坡率； g为重力加速度，取9.81；C0为谢才系数； C0=1/nR1/6，n为导流洞糙率取0.014，R为水力半径取1.38，故 C0=75.37；为动能修正系数，取1.0。

可得i=0.173%＜0.466%，故导流洞为陡坡，则其泄流能力按短洞计算。

（2）导流洞流量水位计算

导流洞分流量计算公式：Q=σmBk（2g）1/2H03/2（《水利水电施工导流设计规范》）

其中：Q为导流洞泄流量；σ为淹没系数，查《水利水电施工导流设计规范》，取1.0；m为流量系数，取3.5。

通过计算，可得导流洞流量-水位关系见图1。

图1 导流洞流量-水位关系图

2.4.2 龙口宽度水力特性计算

（1）计算假定

1）根据绰斯甲水电站闸址流量-水位关系曲线图，截流期间对应某一来流量下游水位保持不变；

2）计算龙口过流能力时不计上游河槽中的调蓄流量和戗堤渗透流量，不计回弹落差；

3）合龙过程中，不考虑龙口范围河床覆盖层冲刷对过水断面的影响，同时也不计龙口波状水面的影响；

4）对于一般立堵截流情况，合龙过程中大部分区段水流特性接近宽顶堰，因此将龙口视作梯形或三角形宽顶堰，淹没标准采用原武汉水利电力大学和长江水利委员会联合推荐的淹没标准。

（2）龙口水位流量计算

其计算公式采用：Q=σnmBCP（2g）1/2hu3/2（《水电水利工程截流施工技术规范》）。

式中：Q为龙口泄流量；σn为淹没系数，查巴甫洛夫淹没系数表或别津斯基淹没系数表确定；m为考虑收缩影响在内的淹没系数，一般取0.30（三角形）～0.32（梯形）；BCP为龙口平均水面宽度；hu为龙口上游水深。

通过试算法计算，可得龙口流量-水位关系见图2。

图2 龙口流量-水位关系图

（3）截流抛投粒径计算：

式中：d为抛投粒径大小；Vmax为龙口平均流速；k为综合稳定系数，查《水电水利工程截流施工技术规范》；ρm为抛投体密度；ρ为水的密度；g为重力加速度。

（4）龙口分区

针对各段水流流速和抛投材料的特性，将龙口段分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区，各区的布置见图3。

图3 截流龙口分区示意图

3 结语

河床截流在整个水电站建设过程中是一个非常重要的环节。绰斯甲水电站截流施工难度大，只有通过科学合理的设计，顺利截流，才能为后续水利水电工程施工环节奠定坚实基础。这为类似工程截流设计施工积累了宝贵的经验。