淺議瀑布溝工程截流設(shè)計(jì)

1、淺議瀑布溝工程截流設(shè)計(jì)    摘要：瀑布溝工程截流最大落差5.69m,最大流速達(dá)8.61m/s, 截流段河床地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,本篇在截流模型試驗(yàn)成果基礎(chǔ)上對截流過程中可能出現(xiàn)的困難進(jìn)行了分析，然后提出截流設(shè)計(jì)方案。  關(guān)鍵詞：瀑布溝水電站截流設(shè)計(jì)  1 工程概況及截流特點(diǎn)  1.1工程概況 瀑布溝水電站工程位于大渡河中游漢源與甘洛兩縣境內(nèi)，是以發(fā)電為主，兼有防洪、攔砂等綜合利用的大型水電工程。電站裝機(jī)容量330萬KW。電站樞紐由礫石土心墻堆石壩、地下廠房系統(tǒng)、開敞

2、式溢洪道、泄洪洞及尼日河引水工程等組成。擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩，最大壩高為186m。 大渡河在壩址處由南北流向急轉(zhuǎn)近東流向，平面上呈“L”型。上游圍堰布置于轉(zhuǎn)彎段，此段附近坡陡流急。上游圍堰河段呈較寬緩的不對稱“V”型 河谷，河床部位有較深厚覆蓋層約60m，自下而上由Q1-14卵礫石層（層厚520m）、Q1-24含漂卵石層（層厚20m左右）、Q24漂（塊）卵石層（層厚17m左右）三大層組成。各層滲透系數(shù)K值差異不大，滲透系數(shù)一般為2.3×10-21.04×10-1cm/s，具有強(qiáng)透水性，均屬強(qiáng)透水層。 工程采用圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流、大壩基坑

3、全年施工的導(dǎo)流方式。初期導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，設(shè)計(jì)流量7320m3/s。上、下游圍堰堰頂高程分別為722.5m、682.5m。工程擬采用立堵截流方式于2004年11月中旬實(shí)施河床截流，由兩條導(dǎo)流隧洞過流，截流流量選用11月中旬10年一遇旬平均流量1000m3/s。導(dǎo)流洞進(jìn)口高程673.0m，出口高程668.0m，洞身為馬蹄形斷面，寬13m、高16.5m，斷面面積 201m2。1#導(dǎo)流洞洞長926.429m，底坡5.4，2#導(dǎo)流洞洞長1003.435m，底坡為5.0。 1.2截流特點(diǎn) 1、大渡河天然河床坡降大，水流湍急，11月中旬截流流量1000m3/s，模型試

4、驗(yàn)戧堤落差達(dá)5.69m，最大流速8.61m/s，屬大落差、高流速截流，截流難度大。 2、壩址處河床覆蓋層厚度一般4060m，截流動(dòng)床模型試驗(yàn)中，戧堤下游最大沖坑深度5.41m。由于河床狹窄，水流流速大，無法進(jìn)行戧堤龍口護(hù)底施工。 2 截流設(shè)計(jì)  2.1截流時(shí)段和截流流量 根據(jù)設(shè)計(jì)文件以及大渡河瀑布溝水電站工程截流模型試驗(yàn)大綱評(píng)審會(huì)會(huì)議紀(jì)要精神，截流試驗(yàn)研究以11月中旬截流作為基本研究條件。截流流量采用11月中旬10年一遇旬平均流量1000m3/s，非龍口段預(yù)進(jìn)占流量采用11月上旬10年一遇旬平均流量1340m3/s，預(yù)進(jìn)占戧堤裹頭保護(hù)

5、流量采用11月（11月6日11月30日）20年一遇最大流量1490 m3/s。 2.2截流方式、截流戧堤布置及龍口位置 2.2.1截流方式 在初步設(shè)計(jì)中，截流戧堤位于上游圍堰堰體內(nèi)，為大壩永久工程的一部分，戧堤軸線平行于大壩軸線。由于大渡河在該處由南北向急轉(zhuǎn)向東流向，致使戧堤軸線不與主流垂直，截流水力學(xué)條件比較復(fù)雜。在試驗(yàn)大綱評(píng)審會(huì)中，專家們對截流戧堤布置進(jìn)行了討論，一致認(rèn)為，截流戧堤從原圍堰中分離出來，垂直于河床，在不影響導(dǎo)流洞進(jìn)口流態(tài)條件下盡量上移至導(dǎo)流洞進(jìn)口附近既有利于降低截流難度、改善截流水流條件，又有利于縮短戧堤長度，減少龍口合攏時(shí)間，同時(shí)截流

6、材料的選擇也可不受圍堰填筑材料和施工工藝要求的*，因此專家推薦采用該方案。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場施工條件，確定了截流戧堤采用單戧立堵、雙向進(jìn)占的截流方式。 2.2.2截流戧堤布置 （1）戧堤平臺(tái)頂高程、斷面 由于按11月中旬Q=1000 m3/s流量截流時(shí)，截流終落差試驗(yàn)成果表明，圍堰合攏閉氣后，圍堰上游水位為681.26m，考慮波浪爬高及安全超高，戧堤頂高程定為684m（模型試驗(yàn)高程683m）。戧堤頂面長度103m，戧堤斷面為梯形，上下游坡由進(jìn)占拋投料自然形成。為滿足施工強(qiáng)度要求，同時(shí)考慮戧堤防滲，戧堤頂寬定為30m，其中上游側(cè)5m采用有利于防滲的土料或小粒徑跟

7、進(jìn)。 （2）戧堤位置 在模型試驗(yàn)中，經(jīng)多軸線方案對比，發(fā)現(xiàn)截流戧堤距導(dǎo)流洞進(jìn)口約70m時(shí)，進(jìn)入上圍堰防滲墻施工部位的拋投料流失料很少，大石和中石更少；同時(shí)導(dǎo)流洞進(jìn)口水流流態(tài)也沒有明顯變化；另外，戧堤軸線再往上移的余地較小。因此，截流戧堤軸線最終定在距導(dǎo)流洞進(jìn)口約70m處。軸線控制點(diǎn)坐標(biāo)見表1。表1、戧堤軸線控制點(diǎn)坐標(biāo)表軸線控制點(diǎn)XY左岸34581155.003233267.50右岸34581053.803233250.50 （3）龍口位置及龍口寬度選擇截流戧堤軸線全長約103m，現(xiàn)有河床水面線寬度70m左右。地質(zhì)資料表明，戧堤位置無適合最終合攏的淺薄覆蓋層地段。綜

8、合考慮截流戧堤備料基本在左岸和右岸截流戧堤地勢開闊等因素，選定的龍口位置位于河床偏左岸，以利兩岸同時(shí)進(jìn)占，均衡拋投。截流龍口寬度指截流戧堤預(yù)留的最小寬度，亦即合攏的起始口門寬。龍口寬度的選擇沒有進(jìn)行不同寬度的對比分析，但綜合考慮了如下因素：（1）進(jìn)占流量1490m3/s時(shí)，經(jīng)龍口束窄壅高后的水位不高于戧堤平臺(tái)頂高程684m；控制左、右岸非龍口段堤頭流速，保證中、小石基本不被沖刷流失。避免因采取裹頭保護(hù)措施而增加工程費(fèi)用。當(dāng)非龍口段進(jìn)占形成B=70m龍口，左堤頭中石裹頭、右堤頭小石裹頭，遭遇裹頭防沖保護(hù)流量1490m3/s時(shí)，戧堤落差0.18m；左堤頭最大流速2.83m/s，右堤頭最大流速1.4

9、1m/s，龍中最大流速4.71m/s；左右堤頭材料穩(wěn)定性較好，基本不流失。（2）龍口工程量能在二天左右完成。（3）合攏前兩岸的進(jìn)占長度滿足有關(guān)截流施工的準(zhǔn)備工作要求。2.3分流建筑物及其泄流能力 工程截流期間，主要通過左岸兩條導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流。導(dǎo)流洞進(jìn)口高程673.0m，出口高程668.0m，洞身為馬蹄形斷面，寬13m、高16.5m，斷面面積 201m2。1#導(dǎo)流洞洞長926.43m，底坡5.4，2#導(dǎo)流洞洞長1003.44m，底坡為5.0。 導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰殘埂對截流的影響較大，進(jìn)口圍堰殘埂必須挖除到1m以下。截流設(shè)計(jì)按照上游圍堰殘埂拆除到1.0m以下。相應(yīng)泄流水位

10、流量關(guān)系曲線見表2和圖1。 表2、導(dǎo)流洞泄流流量與截流戧堤上游水位關(guān)系表Q(m3/s)500750100015002000300040004800水位(m)678.61679.50680.81683.49685.97690.31693.91698.142.4.戧堤進(jìn)占方案2.4.1進(jìn)占程序截流進(jìn)占采取雙向進(jìn)占。非龍口段左岸進(jìn)占12m，右岸進(jìn)占21m，形成B=70m龍口。龍口段進(jìn)占左、右岸堤頭進(jìn)占長度按1：2控制。見PBGJL-001截流設(shè)計(jì)圖。龍口段進(jìn)占拋投強(qiáng)度按1.5萬m3/d控制，其中左堤頭0.5萬m3/d，右堤頭1.0萬m3/d。2.4.2截流戧堤非龍口段進(jìn)占及其水力學(xué)參數(shù)11

11、月上旬，導(dǎo)流洞具備分流條件后，進(jìn)行非龍口段進(jìn)占，左岸進(jìn)占12m，右岸進(jìn)占21m，形成B=70m寬龍口。此時(shí)龍口流量950927 m3/s，龍口平均流速3.08m/s，龍口最大流速4.54m/s，落差0.16m。堤頭按照Q=1490m3/s進(jìn)行裹頭防沖保護(hù)。左岸小石進(jìn)占10m，然后用中石進(jìn)行裹頭護(hù)腳2m左右，左岸總進(jìn)占長度12m。右岸小石進(jìn)占21m，小石裹頭。2.4.3截流戧堤龍口段進(jìn)占及其水力學(xué)指標(biāo)龍口段進(jìn)占流量Q=1000m3/s，左、右岸堤頭進(jìn)占長度按1：2控制。進(jìn)占拋投強(qiáng)度按1.5萬m3/d強(qiáng)度控制，其中左堤頭0.5萬m3/d，右堤頭1.0萬m3/d。水力學(xué)主要參數(shù)見表3。表3

12、、截流水力學(xué)參數(shù)表龍口寬(m)戧堤上游水位（m）戧堤落差（m）左堤頭最大流速（m/s）右堤頭最大流速（m/s）龍口最大流量(m3/s)龍口最大流速（m/s）70678.740.162.702.359504.5450678.472.074.274.409274.9435679.194.036.716.716776.9820680.405.697.787.784508.610681.07-1、B=70m50m進(jìn)占本進(jìn)占段左堤頭共進(jìn)占6.7m，右堤頭共進(jìn)占13.3m。左堤頭小石全斷面進(jìn)占5m后，上挑角采用小石進(jìn)占中石突前進(jìn)占，其它部位小石進(jìn)占。右堤頭小石全斷面進(jìn)占。2、B=50m35m進(jìn)占本進(jìn)占段左

13、堤頭共進(jìn)占5m，右堤頭共進(jìn)占10m。此區(qū)段開始B=50m時(shí)，左堤頭采用中石進(jìn)占4.3m后，上挑角用大石配合中石進(jìn)占，軸線以下仍用小石滯后2m進(jìn)占。左堤頭大石進(jìn)占2m（此時(shí)B=44m）時(shí)，換用特大塊石于上挑角突前進(jìn)占。左堤頭進(jìn)占3m（此時(shí)B=41m）時(shí)，流失料堆積體與左堤頭下坡腳相接，此時(shí)戧堤軸線以下部位適當(dāng)使用中石配合小石進(jìn)占。右堤頭上挑角中石突前進(jìn)占4m（此時(shí)B=44m）時(shí)，換用大塊石于上挑角突前進(jìn)占，軸線以下仍用小石滯后2 m進(jìn)占。右堤頭進(jìn)占6m（此時(shí)B=41m）后，戧堤軸線以下部位進(jìn)占適當(dāng)使用中石配合小石進(jìn)占。形成B=35m龍口時(shí)，戧堤最大落差4.03m。左堤頭最大流速7.05

14、m/s，右堤頭最大流速為7.05m/s。3、B=35m20m進(jìn)占本進(jìn)占段左堤頭共進(jìn)占5m，右堤頭共進(jìn)占10m。左右堤頭均采用少量特大塊石配合大石突前進(jìn)占，拋投料一部分于堤頭坡面累積，一部分隨水流滾動(dòng)，于戧堤下坡腳處的堆積料表面及上游停留。上挑角進(jìn)占比較緩慢，但龍口堆積體在不斷向上游延伸，龍口底部也在不斷抬升。此時(shí)應(yīng)加大進(jìn)占拋投強(qiáng)度，以減小拋投料的流失量。戧堤軸線以下進(jìn)占拋投材料應(yīng)以中石和大石為主，少量小石、特大塊石配合進(jìn)占。B=28m時(shí)，戧堤軸線處龍口已形成三角形斷面。在戧堤軸線處加大特大塊石的拋投量，以便保證更多的拋投材料穩(wěn)定在龍口戧堤范圍內(nèi)，減少流失量。形成B=20m龍口時(shí)，戧堤落差5.6

15、9m。左堤頭最大流速7.78m/s，右堤頭最大流速為7.78m/s。龍口最大流速8.61m/s。4、B=20m0m進(jìn)占合攏左、右堤頭進(jìn)占端面拋投材料均以大石為主，部分中、小石配合進(jìn)占。進(jìn)占至B=10m時(shí)，龍口拋投材料露出水面，采用小石進(jìn)占直至合攏。龍口段進(jìn)占合攏過程中，戧堤上游面約5m寬采用小石、石渣料始終滯后進(jìn)占戧堤35m跟進(jìn)，以增強(qiáng)戧堤防滲能力，避免因滲流量過大造成戧堤下游側(cè)坍塌。戧堤合攏后，戧堤上游為大片順時(shí)針方向的回流區(qū)，上游坡腳處最大回流流速0.82m/s，坡腳外8 m處最大回流流速0.71m/s。2.5拋投材料粒徑及數(shù)量的選定 2.5.1拋投材料用量 

16、在不考慮拋投材料流失系數(shù)的情況下，拋投材料總用量約30500m3（不含高程683m684m填筑量4500m3），其中小石(0.2 m0.4m)約占57.5%，17550m3；中石(0.4 m0.7 m)約占20.3%，6200m3；大石（0.7m1.0m）約占11%，3350m3；特大石（1.01.3m）約占11.2%，3400m3。拋投材料分區(qū)見PBGJL-001，用量見表4。表4、戧堤進(jìn)占拋投料使用情況表進(jìn)占區(qū)段（m）戧堤進(jìn)占長度（m）小石（m3）中石（m3）大石（m3）特大塊石（m3）各區(qū)段總量（m3）10370左戧堤12.0155000 0

17、60;4100右戧堤21.02550 0 0 0 7050左戧堤6.71600 5000 0 5200右戧堤13.328502500 0 5035左戧堤5.01150900400300 7250右戧堤10.0240013005003003520左戧堤5.01150900500600 8750右戧堤10.0180012001200 1400200左戧堤6.78004503501005200右戧堤13.31700700400700 小計(jì)-1031755062003350

18、3400合計(jì)-3050030500各級(jí)拋投料占總量的百分比（%）57.520.31111.2- 2.5.2拋投材料備存量拋投料粒徑的選擇是根據(jù)模型試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，參考水工模型試驗(yàn)成果，并結(jié)合其它工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出?？紤]材料中間運(yùn)輸流失、截流沖刷流失等因素的影響，確保截流萬無一失，截流備料總量以理論拋投量的1.8倍計(jì)，則總的材料備用量按照表4的1.8倍考慮，分別為小石31690m3；中石11160m3；大石6030m3；特大石6120m3，合計(jì)55000m3。2.5.3混凝土四面體、鋼筋籠的拋投在截流進(jìn)占過程中，由于龍口落差大、流速大，拋投材料產(chǎn)生一定的流失。為減少流失量，預(yù)制30塊20噸砼四面體、20個(gè)鉛絲籠，在龍口段進(jìn)占過程中進(jìn)行拋投，起到攔石坎的作用，減少后續(xù)拋投材料的流失量。隨著龍口縮小，根據(jù)現(xiàn)場水力條件的變化情況，繼續(xù)拋投砼四面體或者塊石串等，直至拋投的大中塊石基本穩(wěn)定為止。混凝土四面體結(jié)構(gòu)見附圖二。3 防滲平臺(tái)的跟進(jìn)施工