孫周輝，沙曉玲

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站，壩址位于四川甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)。大渡河為不通航河道，樞紐無漂木任務。壩型為礫石土心墻堆石壩，電站裝機容量2 600MW，水庫正常蓄水位1 690m，相應庫容10.44億m3，壩頂高程1 697m，最大壩高240m。

電站施工導流采用土石斷流圍堰，2條初期導流洞均布置在右岸，導流方式采用斷流圍堰隧洞導流方式。導流洞過水斷面均為12m×14.5m，進口高程均為1 482.00m，出口高程均為1 475.00m。上、下游土石圍堰均按50年一遇洪水標準(流量5 790m3/s)設計，上游圍堰堰頂高程1 530.50m，最大堰高57m，堰頂全長168m，堰基河床覆蓋層最大厚度約82m，枯期河床水面寬80～106m。

2 截流實施方案研究

2 .1 截流設計與截流實施面臨的主要難題

(1)施工交通條件差、施工場地狹窄、交叉影響大。河床兩岸山勢陡峭，呈典型的“V ”形河谷，只有在右岸有一條通道，截流時將道路加寬至15～20m，作為截流主通道，左岸不具備布置截流道路的條件。戧堤部位場地狹小，道路布置困難。

(2)截流河段自然落差大，左岸岸坡地形陡直，河流主槽靠右岸，下切較深，形成急流，不利于截流。河床由漂卵石組成，最深處達82m，結(jié)構(gòu)復雜，透水性極強，架空現(xiàn)象普遍，河床沖刷情況嚴重，從而加大截流難度。

(3)截流戧堤落差大、流速高、水深，堰址最枯水深9～15m，河床坡降大，在圍堰軸線上、下游200m范圍內(nèi)自然落差超過3m，截流實測戧堤未閉氣狀態(tài)下截流總落差達9.6m ，戧堤頭部最大平均流速為7.6m/s。

(4)截流合龍拋投強度受限。受道路條件等限制，截流主要料源均布置在右岸壩肩范圍內(nèi)，且左岸不具備進占條件，因此右岸單向進占對道路要求條件較高。本工程截流只能采用單向立堵進占，由于只有一條主通道連接上、下游戧堤，拋投強度受道路和場地狹窄限制，無法實現(xiàn)高強度的拋投，成為制約高強度施工的關(guān)鍵因素。

(5)導流條件差。河流自然流態(tài)偏左岸，受前期條件影響2條導流洞均布置于右岸，導流洞自然分流效果差，增加截流難度。

2.2 截流時段選擇

大渡河流域6～9月為主汛期，10月為汛后過渡期，11月～翌年2月為穩(wěn)定退水期。根據(jù)實測的2010年10月水情，來流量已經(jīng)開始穩(wěn)定下降，逐漸降至模型試驗所選定的流量以下，且截流備料也已經(jīng)充分準備，為保證后期防滲墻工程有足夠的時間施工，選定在10月下旬～11月上旬截流。

2.3 截流戧堤位置的確定及戧堤互動研究

鑒于上、下戧堤之間河床的自然落差較大，在截流合龍到一定時間段時，可能因上戧水頭落差較大會導致合龍困難，所以截流之前提前考慮移動雙戧的方案即在截流前實施了降低截流難度的丁壩措施。在下戧堤進占到一定程度后，對上戧上、下游水位落差失去調(diào)節(jié)作用，上戧在進占時戧堤上游水頭迅速抬高而下游水頭抬高不明顯，導致上、下游水位差增大明顯，上戧合龍進占效果不明顯，沖刷嚴重，此時下戧堤的進占已經(jīng)失去作用；在進行到此階段時上、下游戧堤進展都比較困難，此時移動上戧至丁壩處，原上戧堤變成現(xiàn)在的下戧堤(為了概念明確分別用丁壩、上戧、下戧來說明，不采用變動后的上、下戧的說法)，因為丁壩與上戧之間原河床段的天然落差較小，上戧龍口段流速很大時丁壩附近流速緩慢，進占能順利進行，此時集中力量進行丁壩進占，在進展到困難階段時采用大型塊石串穩(wěn)定堤，進行上游戧堤進展，直至合龍成功。上戧軸線位于圍堰軸線上游側(cè)68.3m，下戧軸線位于圍堰軸線下游56.7m，丁壩位于上戧上游約70m處。

2.4 截流模型試驗研究及成果

2.4.1 模型設計

2008年委托四川大學采用正態(tài)、整體、動床水力模型試驗，對截流進占各區(qū)段水力條件進行論證，并提出各段的水力學指標和拋投方式、拋投料尺寸、重量和數(shù)量，為截流工程備料設計提供依據(jù)。通過模型試驗選擇合理的戧堤位置、進占方式、進占分區(qū)及拋投物料，觀測了解進占各區(qū)段的水流條件和各種水力特性指標，為截流設計提供設計參數(shù)和施工依據(jù)。

2.4.2 試驗研究工況

通過動床水力模型試驗，對不同流量、不同工況(導流洞有無殘埂、是否需要護底等)組合情況下多種截流方案的比選，優(yōu)化得出以下主要結(jié)論：

(1) 當截流時段選擇在11月下旬，來流流量Q≤652.0m3/s較小時，可采用從右向左的單戧立堵方案，戧堤軸線為上游圍堰軸線上游68.3m；而當來流流量Q>652.0m3/s后，則應采用雙戧立堵截流方式。

(2) 當截流時段選擇在10月下旬或11月上旬、流量Q=1 180m3/s或Q=838m3/s時，采用雙戧從右向左單向立堵進占能夠成功截流。截流戧堤與上游圍堰結(jié)合，上戧堤軸線位于上游圍堰軸線上游68.3m，下戧堤軸線位于上游圍堰下游56.7m。預進占方式為：上戧右岸預進占長度為15m，左岸不布置裹頭，上戧龍口寬度55.0m，上游戧堤頂高程為1 492m，頂寬20m，上下游坡度為1∶1.5；下戧左戧堤預進占長度15m，并用大塊石或塊石串做裹頭，厚度不小于8.0m，下戧右戧堤預進占10m，下游戧堤頂高程1 488m，頂寬20m，上下游坡度為1∶1.5。進占方式皆為從右向左單向進占，截流方式為雙戧單向立堵截流。模型試驗階段雙戧截流龍口水力學計算成果見表1和圖1。

表1 模型試驗階段龍口水力學計算成果(Q=838m3/s)

2.4.3 截流戧堤布置及龍口位置

截流設計流量為838m3/s，上游戧堤頂高程為1 492m，頂寬20m，上下游坡度為1∶1.5；下游戧堤頂高程1488m，頂寬20m，上下游坡度為1∶1.5。

截流戧堤選在上游圍堰上、下趾處，上戧堤軸線位于上游圍堰軸線上游68.3m，下戧堤軸線位于上游圍堰下游56.7m。雙戧進占分區(qū)見圖2。

龍口位置由地形、地質(zhì)及水力條件決定，龍口周圍應有廣闊的場地，距離料場較近，力求放在覆蓋層淺或基巖裸露的地段，盡量避開有順流向的陡坡和深坑。根據(jù)本工程的地形位置及現(xiàn)場條件，河道右岸有施工道路通過，且經(jīng)過上游圍堰處公路路面高程1 491.00m左右，與截流戧堤高程相當，截流由右岸向左岸單向進占，截流龍口布置在河道左岸。同時為了使上、下龍口錯開，有利于分擔落差，在下戧堤左岸預進占15m時做10m長的大石及鋼筋石籠裹頭。雙戧互動進占龍口寬度曲線見圖3。

2.5 模型試驗階段與實施階段條件對比

圖1 截流參數(shù)曲線(Q=838m3/s)

圖2 雙戧進占分區(qū)示意

長河壩工程原計劃于2008年截流，由于受客觀條件限制，2008年未實施截流，后計劃于2010年10月下旬實施截流。2008～2010年期間，河道兩岸其他相鄰工程施工時，部分石渣滾落河床，河道已經(jīng)縮窄，且經(jīng)過兩個汛期上游圍堰下戧堤及其下游河床受洪水淘刷有所下降。與2008年相比，同時段實測水面線在上游圍堰上戧堤及其上游河床壅高約2m，下戧堤及其下游河床水面線下降約1.5m。同時從實測導流洞分流情況、不同龍口寬度水力學計算成果與原模型試驗成果進行比較分析后認為，2010年10月底實施截流仍可以原模型試驗成果作為截流設計、施工依據(jù)，但為降低截流難度、確保截流成功，在具體實施過程中應考慮適時調(diào)整方案。

圖3 雙戧互動進占龍口寬度關(guān)系曲線

3 截流方案設計

3.1 截流時段和截流流量

根據(jù)長河壩電站總體工程進度安排，計劃10月下旬至11月上旬實施截流，截流標準采用10年一遇11月上旬平均流量838m3/s。

3.2 截流方案選擇

根據(jù)2008年水力模型試驗成果，采用岸邊堆渣、雙戧單向(從右岸至左岸)進占立堵法實施截流。雙戧截流方案的選擇主要根據(jù)現(xiàn)場的條件，原因是上戧堤左岸岸壁陡峭，水流流速較大，在左岸修筑進占道路難度極大，而下戧堤左岸為2號支洞口平臺處，該場地為左岸唯一的應急備料場，亦不具備進占條件。

3.3 截流水力學計算成果

本工程采用岸邊堆渣、雙戧單向進占截流。根據(jù)目前岸邊堆渣后的導流隧洞泄流曲線、10%頻率流量838m3/s及相關(guān)實測地形資料等進行截流水力學計算，主要截流水力學計算成果見表2。

表2 龍口水力學計算成果(Q=838m3/s)

4 截流施工準備

4.1 截流材料備料

根據(jù)現(xiàn)場地形條件和確保截流時能高強度地拋投，將截流特殊材料的儲備料場全部規(guī)劃在上、下游圍堰施工區(qū)域附近，共規(guī)劃16個截流備料、施工場地，截流備料系數(shù)見表3。

4.2 截流道路布置

根據(jù)截流實施方案結(jié)合現(xiàn)場施工條件，在截流施工主干道道路右岸、左岸布置一條應急通道。

本工程截流為雙戧單向立堵截流，從右往左依次推進，右岸截流施工道路是本次截流的主要道路，保證截流干道寬15～20m，同時在上下游戧堤之間形成一個較大的回車平臺，以便于進占車輛在上下游戧堤上的行車、倒車，方便指揮管理，提高拋投強度。在左岸利用場內(nèi)交通洞從2號支洞口穿出，該道路將作為左岸部分截流材料的備料道路。

表3 截流備料系數(shù)

5 截流施工

5.1 截流預進占

5.1.1 上戧堆渣預進占

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為降低截流施工難度，在上戧堤軸線上、下各25m范圍堆渣填筑10m寬的平臺。

5.1.2 挑流丁壩進占

為增加導流洞分流效果，在上游1號導流洞進口填筑一石渣挑流丁壩。

5.1.3 截流戧堤非龍口段進占

戧堤非龍口段進占施工于2010年9月20日～10月20日進行。

上游戧堤：左岸不設裹頭，右岸采用小石料預進占20m，預留龍口寬度30m。

下游戧堤：左岸裹頭前5m采用石渣料進占，后10m在1 486m高程以下采用大石料進占以形成裹頭，1 486m高程以上用石渣料填鋪。右岸采用石渣料拋投預進占10m，預留龍口寬度45m。

5.2 截流戧堤龍口段進占

5.2.1 上戧堤進占

上戧堤龍口段進占于2010年10月20日8時正式開始，經(jīng)過12小時高強度拋投，至21日8時，上戧堤龍口寬度約16m，對應龍口流速5.9m/s，戧堤上、下游水位落差2.57m，丁壩與上戧堤之間的水位落差0.8m。隨后采取特長大塊石串先行，中石、小石料跟進的方式進占，至21日18時，上戧堤龍口寬度約10m，對應龍口流速6.8m/s，戧堤上、下游水位落差3.53m，丁壩與上戧堤之間水位的落差1.07m。此后繼續(xù)拋投大量特大塊石串，歷時4小時龍口縮窄不明顯。至22日0時，龍口寬度7.5m,上戧上下游水位落差4.89m，隨著龍口的縮窄，水位落差一直變大，到合龍時落差達到5.5m。

5.2.2 下戧堤進占

至20日16:30時，下戧堤龍口寬度約29.9m，戧堤上、下游水位落差0.31m。隨后減緩下戧進占速度，組織車輛開始進行丁壩的進占，至21日11時，下戧堤龍口寬度約24.8m，戧堤上、下游水位落差0.21m。此后因上戧堤流速湍急，水流直沖下戧堤龍口，歷時3個小時下戧堤無法進占。此時開始丁壩進占輔助上戧堤進占單向立堵截流，放棄下戧進占，下戧進占全面停止。

5.3 丁壩進占

20日16:30時，截流困難，上戧持續(xù)拋投進占緩慢，拋投料損失嚴重，此時上下戧上下游水位差持續(xù)變大，由初始的2.2m增大到3.3m，上戧龍口流速達到6.5m/s，上戧水頭落差達到2.3m，水流流態(tài)為急流并且產(chǎn)生明顯的遠驅(qū)水躍，上戧龍口寬度16m，導流洞分流比45%左右，此時進行丁壩進占有著至關(guān)重要的作用，即集中中小石拋投丁壩進占，進占順利并且迅速。至21日8時至18時，丁壩龍口寬度由38縮窄至8m，進占效果非常好。22日0時，龍口寬度5.5m，丁壩上下游水位落差1.25m，隨著龍口的縮窄，水位落差一直變大，到合龍時落差達到2.96m。截流成功時，丁壩上游至下戧下游總的水位落差達到9.58m。

6 截流成功經(jīng)驗總結(jié)

長河壩工程截流于2010年10月20日8時開始戧堤龍口段進占，10月22日7時成功合龍。通過本次截流總結(jié)了以下幾點成功經(jīng)驗：

(1) 高度重視。截流前，業(yè)主、設計、監(jiān)理及施工單位參考截流水力模型試驗召開多次專題會，對截流設計方案、截流施工方案進行討論研究，并邀請專家審查。

(2) 充分準備。2010年10月18日完成拋投料備料工作，設計拋投量約4.28萬m3，實際儲備約9.39萬m3，備料系數(shù)達2.19。2010年10月18日截流所需設備及備用設備全部就位，且保證工況良好。提前對參與截流施工各級人員進行技術(shù)、安全交底，并對有特殊要求的人員(堤頭作業(yè)人員、指揮員等)進行系統(tǒng)培訓。

(3)合理組織。截流前進行實戰(zhàn)演習，驗證截流關(guān)鍵程序“料場裝車→拋投料運輸→堤頭指揮卸料→推土機散料→空車有序返回”的合理性。

(4)因地制宜：①采用移動雙戧的新思路?！峨p戧立堵截流的水力控制條件研究》總結(jié)出：采用雙戧堤立堵截流的基本原則應是,截流全過程中,上、下戧堤各自的截流最大困難度,都必須小于用單戧堤立堵的最大困難度；雙戧堤立堵截流的控制水力條件應在保證下戧堤截流的最大難度小于單戧堤截流的最大難度的前提下,能夠壅水,達到可以改善上戧堤合龍難度的目的。②截流特殊拋投材料的合理選擇。在本工程截流過程中，上游挑流丁壩填筑對降低龍口過流量發(fā)揮了重要作用，同時特長大塊石串(前一串與后一串首尾相連)的成功應用有效地減少了拋投物料的流失量，在合龍最困難段10～0m形成一個倒直角三角區(qū)域的高速深水泄水槽，對單塊3m3以上大塊石采用25mm的鋼絲繩將5～7塊串在一起形成15～20m長的特大塊石串，回填高速泄水槽。合龍段總共回填塊石串7 240m3。采用推土機將石串推到龍口內(nèi)，對束窄龍口寬度、降低龍口流速效果明顯，降低了截流難度。本工程最大的拋投特點就是，完全沒有采用人工制作的混凝土四面體，而是全部采用天然大石制作成的特大塊石串，極大地降低了工程成本。

7 結(jié)束語

長河壩工程截流屬峽谷河床地帶高流速、大落差雙戧截流。本工程截流成功對保證長河壩電站總體工期發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。截流成功當天，從下游圍堰至上游圍堰河床段接近1 000m內(nèi)，根據(jù)對河床內(nèi)的拋投料損失情況的觀察，出乎意料的是基本上沒有見到人工截流的拋投料，河床內(nèi)呈天然砂礫石構(gòu)造，沒有大石或者串石，拋投料幾乎無損失。