彭 崢, 孔 科, 周 順 文, 張 有 山

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

0 引 言

中國目前在建大中型水電站大都位于高山峽谷地區(qū),河道兩岸滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),當(dāng)滑坡體堵塞河道形成堰塞湖,潰決洪水流量常遠(yuǎn)超天然洪水,將給下游帶來巨大危害。周興波[1]等分析了兩次白格堰塞湖的形成過程,在分析堰塞湖成因和堰塞體特征基礎(chǔ)上反演論證了應(yīng)急搶險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)方案與工程措施;陳祖煜[2]等對(duì)白格滑坡殘留體再次堵江的潰壩洪水進(jìn)行了模擬,并指出葉巴灘水電站壩前庫容對(duì)下游防洪安全具有明顯作用;鄢勇[3]研究了白格堰塞湖潰決對(duì)下游梯級(jí)電站的影響,分析提出了有效應(yīng)對(duì)措施;周招[4]等通過野外模型試驗(yàn)研究了不同斷面形式下的引流槽潰決洪水特點(diǎn),并提出了防護(hù)措施以延緩潰決、削減洪峰;李松培[5]分析了梨園水電站在白格堰塞湖事件中應(yīng)急處置的重難點(diǎn)和對(duì)策成效,并提出了寶貴建議。

對(duì)下游在建水電工程而言,電站尚未建成投產(chǎn),未形成完善的防災(zāi)調(diào)度能力,電站施工常遭受到更為嚴(yán)重的破壞和影響,工程施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)增大。面臨不可預(yù)知的突發(fā)災(zāi)害,在考慮上游堰塞湖的影響下,對(duì)水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,以適應(yīng)建設(shè)條件的不利變化,降低工程損失,保證在建工程順利建設(shè)實(shí)施。

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川白玉縣與西藏貢覺縣交界的金沙江干流降曲河口以下約350 m河段上,是金沙江上游規(guī)劃13級(jí)開發(fā)方案中的第7級(jí),上游為波羅水電站,下游為拉哇水電站。電站壩址控制流域面積為173 484 km2,工程的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電,采用壩式開發(fā),正常蓄水位2 889.00 m,相應(yīng)庫容10.80億m3,調(diào)節(jié)庫容5.37億m3,具有不完全年調(diào)節(jié)能力;電站裝機(jī)容量2 240 MW,多年平均年發(fā)電量為102.05億kW·h。電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電建筑物組成?；炷岭p曲拱壩壩頂高程2 894.00 m,最大壩高217.0 m;泄洪消能建筑物由壩身泄洪表孔、深孔、水墊塘及二道壩組成;引水發(fā)電建筑物位于河道右岸,采用首部式地下廠房、長(zhǎng)尾水的布置方案。葉巴灘水電站樞紐及導(dǎo)流工程平面布置見圖1。

圖1 葉巴灘水電站樞紐及導(dǎo)流工程平面布置

該工程采用隧洞導(dǎo)流方案,初期導(dǎo)流在左右岸各布置了一條12 m×14 m導(dǎo)流洞,由上下游全年土石圍堰擋水,基坑全年施工。按照工程建設(shè)進(jìn)度計(jì)劃,原定于2018年11月份導(dǎo)流洞過流并大江截流,形成主體基坑,隨即開始大壩邊坡及基坑主體工程施工。導(dǎo)流工程是電站施工的關(guān)鍵工序,大江截流是工程建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),直接影響到主體工程的順利開工以及電站投產(chǎn)發(fā)電時(shí)間,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義十分重大。

2 白格堰塞湖災(zāi)害影響

(1)堰塞湖潰決洪水直接破壞水電站。

2018年10月11日和11月3日,位于在建葉巴灘水電站上游的金沙江右岸白格滑坡體先后兩次失穩(wěn),滑坡體堵塞河道均形成了巨大的堰塞湖。其中“10·11”堰塞湖庫容2.5億m3,堰塞體自然潰決,潰口處最大洪水流量約11 000 m3/s,葉巴灘壩址最大洪水流量約7 770 m3/s;“11·3”堰塞湖庫容7.75億m3,實(shí)施人工干預(yù)后堰塞體潰決,潰口處最大洪水流量約33 900 m3/s,葉巴灘壩址最大洪水流量約28 300 m3/s。堰塞湖潰決洪水遠(yuǎn)超天然洪水,對(duì)在建葉巴灘水電站工程造成了巨大損壞,已投運(yùn)低線交通道路被沖毀,在建的導(dǎo)流洞工程被破壞,致使原定2018年11月下旬大江截流無法按期實(shí)現(xiàn)。堰塞湖潰決洪水直接破壞情況,導(dǎo)流洞進(jìn)口工程受災(zāi)情況見圖2,導(dǎo)流洞洞身工程受災(zāi)情況見圖3,低線交通受災(zāi)情況見圖4。

圖2 導(dǎo)流洞進(jìn)口工程受災(zāi)情況

圖3 導(dǎo)流洞洞身工程受災(zāi)情況

圖4 低線交通受災(zāi)情況

(2)殘留堰塞滑坡體持續(xù)威脅水電站。

洪災(zāi)過后,白格堰塞滑坡體未得到徹底處置,河床仍然殘留大量堰塞堆積體;河道兩岸岸坡仍有大規(guī)?；挛ｋU(xiǎn)體,經(jīng)初步評(píng)估,滑坡后(側(cè))緣殘留體總方量約340萬m3,其中處于蠕滑階段的開裂破壞危險(xiǎn)體約230萬m3,存在隨時(shí)加速滑動(dòng)失穩(wěn)垮塌的風(fēng)險(xiǎn);處于蠕動(dòng)變形階段的開裂變形危險(xiǎn)體110萬m3,存在進(jìn)一步變形蠕滑的可能。一旦邊坡開裂破壞危險(xiǎn)體失穩(wěn)下滑,可能會(huì)再次堵江形成較大規(guī)模的堰塞湖,潰決洪水對(duì)在建的葉巴灘水電站大壩造成新的破壞。河床殘留堰塞堆積體現(xiàn)場(chǎng)圖見圖5,河道兩岸滑坡危險(xiǎn)體分布情況見圖6。

圖5 河床殘留堰塞堆積體現(xiàn)場(chǎng)圖

圖6 河道兩岸滑坡危險(xiǎn)體分布情況

3 考慮堰塞湖洪災(zāi)影響下葉巴灘水電站導(dǎo)流動(dòng)態(tài)規(guī)劃研究

3.1 導(dǎo)流方案動(dòng)態(tài)調(diào)整

受到堰塞洪災(zāi)影響,左右岸導(dǎo)流洞不能按原計(jì)劃如期過流,截流時(shí)間預(yù)計(jì)將推遲至2019年3月底,原設(shè)計(jì)土石全年圍堰無法在2019年汛前施工完成,且在建工程、施工交通以及場(chǎng)地設(shè)備均受到損壞,施工外部環(huán)境和內(nèi)部條件均發(fā)生較大變化,導(dǎo)流方案需根據(jù)實(shí)際狀況、結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

導(dǎo)流方案動(dòng)態(tài)調(diào)整主要考慮到下述原則:①為應(yīng)對(duì)白格堰塞湖再次滑坡堰塞風(fēng)險(xiǎn),從根本上提高金沙江流域防災(zāi)減災(zāi)能力方面考慮,需加快葉巴灘工程建設(shè);②導(dǎo)流程序的調(diào)整應(yīng)確保在現(xiàn)有條件下,大壩主體工程邊坡與基坑開挖盡早實(shí)施,以挽回電站的受災(zāi)工期損失;③應(yīng)有效控制初期導(dǎo)流期間再次堰塞潰決洪水對(duì)基坑及下游的破壞風(fēng)險(xiǎn)。

基于上述原則,導(dǎo)流方案調(diào)整總體思路為:將初期導(dǎo)流細(xì)分為兩個(gè)階段,第一階段是2019年3月—2021年4月,為壩肩開挖期,大壩上下游采用土石過水圍堰擋水(攔渣),進(jìn)行常年水位以上壩肩開挖;第二階段是2021年5月—2024年4月,為基坑開挖和混凝土澆筑期,由大壩上下游由主體圍堰擋水度汛,進(jìn)行基坑開挖和大壩混凝土澆筑。調(diào)整后初期導(dǎo)流程序表見表1。

表1 調(diào)整后初期導(dǎo)流程序表

調(diào)整后的導(dǎo)流方案有利于大壩邊坡按期開挖,減少白格堰塞湖兩次滑坡堰塞對(duì)電站主體工程施工的影響;即便在壩肩開挖期間再次遭遇潰堰洪水,過水圍堰不會(huì)再發(fā)生潰決,不會(huì)額外增加下游的洪水災(zāi)害和損失。

3.2 主體圍堰結(jié)構(gòu)方案調(diào)整研究

初期導(dǎo)流第一階段由土石過水圍堰擋水,進(jìn)行大壩邊坡開挖施工;第二階段仍采用全年主體不過水圍堰擋水圍護(hù)基坑。根據(jù)大壩工程施工進(jìn)度初步分析,2021年4月開始大壩基坑開挖,2021—2023年汛期需要主體圍堰擋水度汛。為提高該工程建設(shè)期的抗災(zāi)能力,并考慮盡量減輕下游災(zāi)害,筆者分別研究了“碾壓混凝土上游主體圍堰”方案和“土石圍堰”方案,并進(jìn)行了綜合對(duì)比。

(1)“碾壓混凝土圍堰”方案

上游碾壓混凝土圍堰建筑物級(jí)別為4級(jí),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年重現(xiàn)期洪水,相應(yīng)流量為Qp=5%=5 050 m3/s,圍堰上游水位為2 756.50 m,考慮波浪爬高和安全超高后,確定圍堰頂高程為2 758.00 m,建基面高程為2 688.00 m,最大堰高70.00 m。堰頂考慮交通要求,圍堰頂寬8.00 m,堰頂軸線長(zhǎng)135.00 m。

上游混凝土圍堰施工:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況初步安排在2019年汛后枯水期進(jìn)行上游土石過水圍堰防滲墻施工;2020年汛后開始混凝土圍堰基坑開挖和混凝土澆筑,并在2021年汛前完工,具備擋水度汛條件。上游碾壓混凝土圍堰結(jié)構(gòu)斷面見圖7。

圖7 碾壓混凝土圍堰典型斷面圖

(2)“土石圍堰”方案

上游土石圍堰建筑物級(jí)別為4級(jí),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a重現(xiàn)期洪水,相應(yīng)流量為Qp=5%=5 670 m3/s,圍堰上游水位為2 763.21 m,考慮波浪爬高和安全超高后,確定圍堰頂高程為2 766.00 m,最大堰高約58.0 m。圍堰基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻,最大防滲深度約39.0 m;堰體采用土工膜心墻防滲,最大防滲高度約38.0 m,復(fù)合土工膜兩側(cè)采用過渡料和墊層料保護(hù);河床基巖進(jìn)行墻下帷幕灌漿,帷幕灌漿深度應(yīng)深入相對(duì)不透水層(透水率<10 Lu)5.0 m,墻下帷幕采用埋管法施工,最大造孔深度約60.0 m,單排孔的孔距1.5 m;兩岸堰肩采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理,以減少地下水流繞滲量,帷幕灌漿最大造孔深度約為63.00 m?？紤]交通要求,圍堰頂寬10.00 m,堰頂軸線長(zhǎng)149.40 m。土石圍堰典型斷面見圖8。

圖8 土石圍堰典型斷面圖

(3)比較與選擇

①從施工進(jìn)度來看:“混凝土圍堰”方案和“土石主體圍堰”方案均需要先期實(shí)施一期過水圍堰,但是“土石主體圍堰”方案在完成圍堰混凝土防滲后就可進(jìn)行圍堰填筑施工,而“碾壓混凝土圍堰”方案在混凝土防滲墻施工完成后需要進(jìn)行基坑排水、混凝土圍堰基礎(chǔ)開挖和處理,然后才能進(jìn)行混凝土圍堰澆筑施工?！巴潦黧w圍堰”方案工期保證性高于“碾壓混凝土圍堰”方案。

②從施工交通條件來看:“土石圍堰”易于布置下基坑道路,“混凝土圍堰”的背坡不能布置下基坑道路,基坑出渣需繞行下游圍堰至渣場(chǎng),運(yùn)距增大,經(jīng)濟(jì)性差。

③從再次堰塞潰決對(duì)圍堰的影響來看:根據(jù)電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及潰堰洪水專題分析研究成果,若白格滑坡殘留體再次下滑堵江,無論采用“土石圍堰”還是“碾壓混凝土圍堰”,都無法抵御堰塞體潰決的洪水,都會(huì)帶來不可避免的損失。當(dāng)采用土石圍堰時(shí),白格滑坡體再次發(fā)生200萬m3以上方量的滑坡堰塞,可通過及時(shí)拆除圍堰,避免圍堰潰決后的洪水疊加影響。

④從工程投資來看:“土石圍堰”對(duì)地基的要求較低,可充分利用工程開挖料,造價(jià)低廉;“混凝土圍堰所需”的水泥、粉煤灰等主要建材均需外購,而該工程地理位置偏遠(yuǎn),海拔較高,對(duì)外交通條件較差,運(yùn)費(fèi)高昂。經(jīng)投資估算,“碾壓混凝土圍堰”方案較“土石圍堰”方案投資增加約9 500萬元。

經(jīng)綜合分析比較,推薦采用“土石主體圍堰方”案。

4 方案實(shí)施及運(yùn)行情況

白格堰塞湖事件之后,葉巴灘水電站導(dǎo)流洞工程于2019年3月基本完工并開始過流, 2019年3月30日大江成功截流。一期上、下游過水圍堰于2019年3月31日開工,4月19日填筑到頂開始擋水度汛。2021年4月,二期主體圍堰加高填筑到頂,開始擋水度汛。一期過水圍堰安全運(yùn)行23個(gè)月,安全度過2個(gè)汛期,期間多次汛期過水。主體圍堰至今已安全運(yùn)行24個(gè)月,安全度過2個(gè)汛期。大壩邊坡開挖于2019年4月開始,2022年8月8日完成大壩邊坡及基坑開挖施工,8月31日大壩首倉混凝土開始澆筑。一期過水圍堰防沖面板見圖9,一期圍堰汛期過水見圖10,一期圍堰成功度汛見圖11,主體上游圍堰運(yùn)行見圖12。

圖9 一期過水圍堰防沖面板

圖10 一期圍堰汛期過水

圖11 一期圍堰成功度汛

圖12 主體上游圍堰運(yùn)行

運(yùn)行實(shí)踐證明,針對(duì)白格堰塞湖洪災(zāi)對(duì)主體工程施工的影響,對(duì)施工導(dǎo)流方案的動(dòng)態(tài)規(guī)劃調(diào)整和圍堰結(jié)構(gòu)的分期設(shè)計(jì),符合工程建設(shè)實(shí)際,有效降低了導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn),為主體工程順利施工保駕護(hù)航。

5 結(jié) 語

筆者在考慮白格堰塞湖災(zāi)害對(duì)在建葉巴灘電站施工的影響下,對(duì)電站施工導(dǎo)流規(guī)劃進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整研究,達(dá)到了降低工程損失、提高工程防災(zāi)能力的效果。將葉巴灘電站初期導(dǎo)流細(xì)分為兩階段:第一階段實(shí)施一期過水土石圍堰,并在2019年3月份大江成功截流,保證了大壩邊坡盡早開挖施工;第二階段實(shí)施全年擋水圍堰,保證了大壩基坑開挖及壩體澆筑施工順利進(jìn)行;經(jīng)研究比較選擇了經(jīng)濟(jì)合理的主體圍堰結(jié)構(gòu)型式,降低了導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約了工程投資。