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1、沙湾水电站二期截流设计与施工水利水电第七工程局公司第三分局赵 然摘要：沙湾水电站施工采用二段二期导流方案。截流设计流量1150m3/s，采用单戗堤立堵截流，且龙口在深厚砂卵石覆盖层上，截流存在较大的难度和风险。但由于二期工程开工时间推迟近2个月，龙口段护底无法按期进行，同时受上游铜街子电站发电的影响，流量和流速极不稳定，驳船在龙口位置抛投护底材料无法达到预期效果，安全风险极大，通过调整护底方案，降低了截流难度，化解了施工安全风险。2008年11月底12月初择机实施截流，12月8日成功实现二期截流。关键词：沙湾水电站 截流 单戗立堵 龙口 护底 难度 风险 1 工程概况沙湾水电站分两期施工，采用
2、二段二期常规施工导流方式，一期围护右岸，束窄左岸河床导、泄流；二期围护左岸，由一期已建成的五孔冲砂闸分流、导泄流。一期主要施工任务为五孔冲砂闸、电站主、副厂房、右储门槽、安装间、右岸接头坝、尾水渠、升压站等土建及金属结构安装工程；二期主要施工五孔泄洪闸工程、左储门槽、左岸非溢流坝（含基础处理）、二期纵向围堰加高、二期过水围堰等的土建以及金属结构设备安装。根据工程总工期要求，2009年3月底要实现首台机组发电，二期上游围堰必须具备挡水发电条件，所以二期截流至关重要，必须确保一次性成功。同时由于沙湾水电站河床为深厚的砂卵石覆盖层，截流流量大，水流量变化大，石碴料缺乏，截流存在较大的难度和风险。2
3、截流设计2.1 截流时段及截流标准根据截流时段选择原则，经过咨询业主、设计、监理等单位，最终确定在2008年10月下旬开始上、下游戗堤非龙口段预进占，11月底12月初择机进行戗堤截流合拢，具体时间可根据水文站水文预报及监测情况分析选择后期小流量时间进行。根据截流时间，取频率P=10%，查表可得天然来水流量为981m3/s，实际操作时考虑协调上游龚嘴、铜街子电站水库调度、调控发电机组数目来改变上游河床来水流量，使其更有利于截流施工，最终选择上游铜街子电站两台机组发电设计流量1150m3/s作为实际截流计算流量。2.2截流水力学计算通过相关水力学理论知识计算龙口不同宽度时落差及流速，以此作为选择合
4、理的截流方式、截流龙口段分区特性、截流材料粒径及重量选择，截流抛投材料备料等理论依据。表1 截流单戗堤立堵水力指标计算汇总表2.3 戗堤设计根据河床流量水位曲线，结合挡水设计流量Q=1780m3/s，并考虑一定超高值，考虑确定戗堤顶高程。上游围堰戗堤顶面长度262.30m，根据水力计算，上游修筑围堰后其水位雍高6.52m，确定上游截流戗堤顶高程：417.28+6.52m=423.8m，考虑波浪爬高及安全超高，上游戗堤顶高程取424.70m，兼顾后期防渗墙施工操作平台，上游非龙口段宽戗堤预进占，顶宽按36.8m设计；考虑截流抛投强度，龙口段戗堤顶宽按20m设计，上、下游边坡坡面坡比设计为1：1.
5、5。下游围堰戗堤顶面长度264.5m，下游围堰戗堤顶高程：419.5m+1.0m420.5m，堰高4.0m，戗堤顶宽按11m，上、下游边坡坡面坡比设计为1：1.5。2.4 截流方案经计算及分析比较，选用单戗单向立堵的截流方案，即先施工上、下游围堰戗堤预进占（右岸预进占70m，左岸预进占140m），束窄原左岸河床，冲砂闸分流，上游围堰缺口110m，下游围堰缺口130m，立即进行上、下游左、右侧戗堤裹头防护及上游戗堤河床中部靠右岸50m段作截流龙口进行干地施工护底，然后采用上游围堰单戗堤单向从左至右截流合拢，右岸在截流戗堤进占困难时辅助左岸进占。2.5 龙口位置及宽度B选择龙口段布置在靠近右岸、逼
6、近分流区（距分流区4050m），利于截流时改善分流效果；按照单戗单向立堵方式进占，考虑减小抛投强度，上游龙口宽度选择截流合拢龙口宽度B为50m，平均速度3.61m/s，龙口分流量为377.64m3/s，下游戗堤龙口预留口门宽65m。2.6 龙口段护底及裹头根据水力计算结果，龙口段流速高达4.0m/s以上，需作相应的护底施工，因主要选用单戗单向进占方式，则只对上游戗堤龙口段进行护底，采用铅丝笼、麻袋装卵石或大块石平面护底。护底工作必须在戗堤进占度过深槽段前完成，其块体尺寸需满足抛投施工期间稳定及截流期间不被冲刷，截流最大流速高达4.97m/s，计算得护底厚度1.0m，长度50m，宽度30m，工程
7、量1500m3，选择在龙口戗堤轴线上、下游侧及靠近深槽侧。采用铅丝石笼和大块石对戗堤裹头进行防护，裹头防护范围为上、下游戗堤龙口左右端部。上游裹头迎水面宽5m，仅做戗堤部分裹头；下游裹头宽5m，仅做戗堤的上游半侧，工程量1128m3。为减小后期防渗墙施工造成难度，防渗墙轴线位置端部不进行裹头防护。3 龙口段分区及材料选择3.1区段划分及抛投料物数量截流戗堤龙口从左岸向右岸单向立堵进占，为便于施工时控制抛投材料，根据合龙过程中不同龙口宽度的流速、落差等水力学指标，进占时将龙口划分为三个区段：第一区段：龙口宽50m35m，龙口最大流速4.68m/s，最大落差1.81m。抛投材料为直径0.4m以下石
8、碴和直径 0.4m0.8m的石料，抛投量2502m3；第二区段：龙口宽35m18m，龙口最大流速4.97m/s，最大落差3.25m。抛投材料为直径0.4m以下石碴、直径 0.4m1.1m石料、铅丝石笼和砼杩槎体，以及钢绳串石，抛投量2876m3；第三区段：龙口宽18m0m，龙口最大流速4.46m/s，最大落差3.52m。抛投材料为直径0.4m以下石碴、直径 0.4m0.8m石料、铅丝石笼和砼杩槎体，抛投量1594m3。 3.2 材料及备料上游围堰戗堤截流龙口段根据河床原始断面计算出的净抛投材料总量6972m3，储备量13944m3（备料系数2.0）。抛投料物石碴（d0.4m）、大石料（d=0.
9、4m0.8m）、超大块石料（d=0.8m1.1m）、铅丝笼、块石钢筋笼、砼杩槎体按富裕系数2.0备用，护底及裹头铅丝石笼按富裕系数1.5备用，材料量见表2。表2 龙口段截流材料备料表4 截流施工4.1 一期围堰拆除一期围堰拆除料主要用于二期围堰上、下游右侧戗堤两个时间段的预进占： 9月中旬开始进行一期上、下游横向围堰内侧瘦身；11月中旬将一期围堰剩余拆除料直接用于二期上、下游围堰右侧戗堤预进占，进占具体长度以普通粒径砂卵石不满足进占要求后暂停。退挖拆除清理上游过流缺口宽度，形成“侧堰”过流，引导水流通过已建的五孔冲砂闸分流，再高强度施工二期围堰右侧戗堤第二次预进占，完成戗堤预进占剩余部分；考虑
10、一期围堰拆除工程量较大，且二期围堰截流难度及风险较大，为确保二期截流一次性成功，除左岸高强度抛投材料进占截流外，还需考虑右侧辅助抛投材料作为安全可靠储备，将部分有用料堆存在纵向围堰临时堆存点，用于截流施工。4.2 二期围堰预进占施工4.2.1 右侧戗堤预进占施工 道路布置：上下戗堤右侧预进占从二期纵向围堰开始推进进占；限于预进占期间一期上、下游围堰通道基本被挖断，无施工通道，因此布置一条从上坝公路横穿坝顶公路，沿一期冲砂闸8#闸墩与导墙布置一条“手肘形”3#道路至一期纵向围堰，分上、下游两条通道至上、下游戗堤。 施工方法：用一期围堰拆除有用料直接进行上、下游戗堤预进占一定距离后暂停，其他剩余有
11、用料堆存在纵向围堰上、下游端临时有用料场地内，以备截流龙口段使用，多余料运输至弃碴场内；待冲砂闸分流后，河床流量减小，继续右侧戗堤预进占至设计龙口右戗堤位置，为戗堤端头施工钢筋铅丝笼裹头提供工作面。 施工工艺：上、下游戗堤同时预进占，采用大块石或铅丝笼“上、下挑角法”将急流挑出一部分，然后中下部在回水缓流区抛投普通砂卵石料紧跟进占。4.2.2 左侧戗堤预进占施工 道路布置：上、下戗堤左侧预进占从左河岸开始进占，道路主要利用已形成的通往王坝子碴场的2#道路，在河岸边各设置一卸料回车平台，并布置一条岸坡与戗堤连接的斜坡道路。 施工方法：利用上挑角法进行施工，直到预进占形成龙口后停止进占，施工龙口戗
12、堤临时裹头。 施工工艺：上、下游戗堤同时预进占，采用大块石或铅丝笼“上、下挑角法”将水流挑出一部分急流，然后在回水缓流区抛投普通砂卵石料紧跟进占。4.3 龙口护底及裹头施工4.3.1龙口护底施工由于大渡河水情受上游电站发电的影响较大，流量和流速极不稳定，抛下的护底材料根本无法达到预期效果，施工难度极大，同时驳船在龙口位置难以保持平稳，安全风险极高。因此采用挖除右岸已填筑戗堤采用长臂反铲干地施工护底的方式，即首先采用反铲挖除戗堤水上部分，长臂反铲尽量捞挖水下部分，然后反铲布置在右岸的平台上抛投护底材料，护底顶高程控制在高程418m，中部为铅丝笼或块石，上下游迎水面为钢筋笼防护。抛投和加固完成后，
13、反铲再次退挖，如下图所示。以上形成一个循环，不断向后延伸，直至完成5060m的护底施工。4.3.2 戗堤裹头施工右岸上、下游戗堤两次预进占过程中做临时裹头及龙口戗堤裹头各一次。裹头保护采用进占过程中的“上挑角法”所用的大块石或铅丝笼直接施工。4.4 截流施工布置4.4.1 场地布置共布置5个料场，运距均在1km以内。有用石碴料场位于左岸王坝子挡墙与围堰之间；临时备料场布置于左岸上、下游2#公路附近区域；一期围堰拆除满足条件的材料堆存在原一期纵向土石围堰上或上游围堰提前宽戗堤进占，用于截流龙口段不同分区的特殊材料；铅丝笼加工场布置在河床左岸靠业主办公楼外河边空旷场地内；砼预制场布置在左岸上游王坝
14、子碴场内，主要堆放截流期间特殊材料砼杩槎体、四面体及六面体。4.4.2 截流道路布置截流施工道路布置考虑与围堰填筑施工道路相结合，并尽量利用场内现有施工道路，因截流施工运输车辆吨位大、数量多、车次流量大，故要求主要截流道路路基夯实坚固，路面平整，宽度满足车流量要求，各施工道路特见下表。表4 截流施工道路布置特性表4.5 截流强度及机械配置 截流合龙时间初步按T=15小时计算，以工程量及截流历时选择机械设备，并校核施工强度，为确保设备配置合理充足，按单戗单向进占方式进行考虑，强度分析时需考虑吊装耗时、装特殊料物车辆排队等待时间影响等因素。 上游龙口共抛投设计截流料物约6972m3，龙口高峰计算抛
15、投强度为465m3/h，考虑一定系数后，抛投强度取500m3/h。考虑每个卸料点平均每小时卸料17车次（考虑布置3个卸料点）。上游龙口截流施工运输设备主要有 25t/20T自卸汽车32辆（平均运输强度39m3/h.辆，运输强度1248m3/h）；挖装设备有液压反铲6台（CAT330C反铲3台、CAT375、SK350、EX250反铲各1台）、推土机2台、ZL50(3m3)装载机3台，25t汽车吊2台，履带吊备用一台用于重量级特殊料物吊卸，挖装能力达到880m3/h。挖装及运输设备总生产能力达到880m3/h，保证系数为1.47。二期截流平面布置如下图所示。 5 截流实施由于右岸采用退挖已进占戗堤的方式形成了50m的龙口护底，而原设计的偏左侧龙口位置分流量自然增大，不断冲刷形成了一段深槽区，截流前必须完成深槽区的戗堤进占。11月28日，一期工程顺利过流后，即开始深槽区的戗堤进占。由于护底区高于深槽区，进占相当困难，经过11个小时的连续高强度抛投，11月29日中午11点终于完成深槽区的戗堤进占，形成龙口。此次总抛投量为5160m3，其中普通石碴3150m3，杩槎体、六面体、铅丝笼、大块石等特殊料物2010m3，平均抛投强度达469m3/h，最大流量为875m3/s，最大落差1.8m，最大流速3m/s。在经过龙口束窄及裹头的防护等施工，截流的各项准备工作于12月
