沐若水电站截流设计与施工

2015-03-15彭冲彭涌

湖南水利水电 2015年6期

彭冲彭涌

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市 410007）

1 概述

沐若水电站工程地处马来西亚婆罗洲岛的沙捞越州，坝址位于拉让（Rajang）河流域源头沐若河上，距民都鲁市约200km。

施工导流采用土石围堰全年挡水、左岸导流洞分流方式。挡水建筑物为全年挡水土石围堰，设计洪水标准P＝3.33%，流量Q3.33%＝3000m3/s。原设计在左岸布置2条导流隧洞，洞径10.5m，2条隧洞泄流的导流方式。实际施工中1#导流隧洞发生塌方，设计根据现场情况，将2#导流隧洞上游段与1#导流隧洞出口段结合，对已经施工部分扩挖，形成单洞导流方案。单洞方案为城门洞型，断面尺寸为10.0m× 15.9m，过流面积约137m2。考虑导流洞运行需要，需尽量降低施工期导流洞水头和减小洞内流速，施工导流方案拟调整变更为采用过水围堰+左岸导流洞（单洞）分流方式。截流边界条件与原设计截流条件略有改变，截流时，上游水位有所抬高，给截流工作增加了难度。

2 基本条件

2.1 水文条件

沐若河洪水主要由降雨汇流形成，径流对降雨的快速响应是沐若河洪水的主要特点，降雨期间沐若河洪水流量增加很快，随着雨后径流的减少沐若河洪水流量也迅速消减。从水文资料月平均流量计算成果来看，7～8月流量较小为172m3/s，其他月份变化不大，变幅在（217～326）m3/s之间，沐若河枯水期很短，持续1～2个月，洪枯月平均流量最大相差147m3/s。

（1）设计洪水。沐若水电站坝址处施工期各种频率设计洪水见表1。

表1 坝址各种频率设计洪水洪峰流量

（2）坝址水位流量关系。各导流建筑物所处位置水位流量关系变化较大，导流隧洞进、出口、上游土石围堰及下游土石围堰4个断面相应位置水位流量关系见表2，本阶段采用导流洞出口水位流量关系推算。

2.2 地址条件

上、下游围堰距坝轴线分别约为173m和227 m，坝址区河道均覆盖第四系冲、洪积物，岸边可见巨大的砂岩块石，部分直径大于（10～20）m。

表2 沐若水电站水位流量关系水位：m 流量：m3/s

坝区岩石可分为三种类型：

（1）砂岩、杂砂岩：为细粒到中粒砂岩，其强度、颜色、抗风化、裂隙间距、孔隙率和物质组成等方面变化大。

（2）粉砂岩、泥岩、页岩：岩相与岩性变化较大，裂隙发育，钻孔取芯常可裂为薄片状。

（3）砂岩与泥岩或页岩互层：砂岩与泥岩或页岩呈有规律的互层状产出。

3 截流设计

3.1 截流设计时段及标准

根据水文资料，6～8月为旱季，月平均流量为（160～210）m3/s，截流时段选择为2010年4月底，截流龙口合龙的时间初步选定为2010年4月26～28日,实际合龙时间为2010年5月1日。

按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303-2004）规定，截流标准采用截流时段重现期5～ 10年的月或旬平均流量，考虑到本工程截流的重要性及水文资料、导流洞施工进度等不确定性，选取4月10%月平均流量435m3/s作为截流设计流量。

3.2 截流设计条件

3.2.1 导流洞泄流能力

截流阶段Q=500m3/s以下导流隧洞泄流能力按明渠流由下游水位推算，按导流洞进口预留岩埂的拆除高程420m、423m、426m进行计算修正，计算结果见表3及图1，Q=500m3/s以上计算成果见图2。

表3 预留岩埂拆除后导流隧洞泄流能力表

图1 Q=500m3/s以下导流洞泄流能力修正曲线（计算值）

图2 Q=500m3/s以上导流洞泄流能力曲线（计算值）

3.2.2 截流边界条件

沐若水电站采用左岸单洞导流方案。根据设计提供的导流洞水位流量关系曲线资料以及导流洞进出口水位流量资料，按导流洞进口岩埂拆除残留3 m（EL.423m）对导流洞过流曲线进行修正，计算截流合龙时上游水位约428.37m。由于河床比降较大，合龙时截流落差约2.87m。进口岩埂拆除高程对截流水力学影响很大，因此要求尽量将岩埂拆除至423m高程以下，以降低截流难度。

3.3 截流戗堤布置及戗堤高程的确定

大坝轴线距导流洞进口约400m，该范围内河谷较为狭窄。经比较，选择截流戗堤布置在距大坝轴线上游约300m处。

合龙时，在435m3/s流量下，上游最高雍水水位为428.37m，考虑到戗堤安全超高，龙口段戗堤顶部高程取430m即满足挡水需求。另考虑到沐若河水陡涨陡落的特性和截流道路布置情况，最终确定预进占临时戗堤高程为435m，戗堤顶面宽15m，端头坡比按1∶1.25控制，上游面坡比为1∶1.3，下游面坡比为1∶1.5。

截流后进行围堰填筑，根据水情需要可快速加高戗堤至高程439m。

在左右岸上游预先作好防冲裹头，依托江边大石，用大块石（粒径>0.7m）或钢筋石笼（2m×1.2m× 1.25m）护坡。

3.4 截流方式与龙口位置

根据现场地形条件，利用左岸坝肩开挖料，料源充足，运输距离近，左岸沿江道路能保证机械设备顺利进场，而右岸渣料较少，拟采用从单向进占单戗立堵截流方式，右岸设裹头，龙口设在左岸，且龙口区不需要进行平抛垫底，但应视预进占时间设置防冲裹头。

3.5 截流水力计算

截流设计按导流洞进口岩埂拆除至423m高程、戗堤进占洪水标准500m3/s进行计算,龙口水力学特性见表4及图3。

表4 （岩埂3m）预留龙口55m宽度时龙口合龙水力学特性表

图3 岩埂高程423m截流水力学特性曲线图

3.6 龙口宽度的确定

考虑边坡的稳定,结合截流水利学计算及施工道路布置情况，龙口宽度确定为55m。在左右岸做裹头，对左岸岸坡堰体预先填筑部分，作为道路、回车平台用。

下游围堰戗堤进占在上游截流后进行，由于河床落差较大，下游戗堤为静水填筑。

3.7 龙口分区特性

3.7.1 龙口抛投料粒径

抛投料粒径的尺寸取决于龙口的流速,根据截流合龙过程中的水力条件变化,不同宽度龙口抛投料块体粒径按该区段可能出现的最不利水力条件计算求得。上游龙口不同宽度的抛投料粒径见表5。

表5 不同龙口宽度时抛投物粒径大小

3.7.2 龙口施工区段划分

根据合龙过程中不同龙口宽度的水力学指标,将上游截流龙口分为4个区段：

两岸裹头及预进占：抛投料粒径以中小石为主，抛投适量大石，并用部分大块石作为护岸；

第一区段：龙口宽度从55m束窄至40m，龙口平均流速为（2.39～2.70）m/s，龙口最大落差为0.895 m，抛投料粒径以小石、中石为主，大石为辅；

第二区段：龙口宽度从40m束窄至30m，龙口平均流速为（2.70～3.01）m/s，龙口最大落差为1.78 m，抛投料粒径以中石、大石为主，小石为辅；

第三区段：龙口宽度从30m束窄至20m，龙口平均流速为（3.01～1.76）m/s，龙口最大落差为2.38 m，抛投料粒径以中石、大石为主，小石为辅；

第四区段：当龙口宽度束窄至小于20m时，龙口最大流速为1.76m/s，抛投料粒径以小石、中石为主，大石为辅。

3.8 截流材料

根据沐若水电站的施工条件及当地材料状况，选用石渣料及大块石作为截流抛投材料。

截流戗堤材料数量按龙口分区水力学计算成果及龙口抛投技术确定。

上游龙口抛投料工程量的计算：龙口段考虑1.2的流失系数,备料按1.3计，截流各阶段抛投料粒径及工程量见表6。

表中裹头进占抛投量为3277.02m3，另须进行部分堰体填筑（约5000m3）作为道路、回车平台用。

下游围堰戗堤在上游截流后进占，直至龙口合龙。抛投最大粒径为0.3m以下的石碴混合料，由于河床落差较大，下游戗堤为静水填筑，不计流失系数。

表6 龙口段戗堤材料特性及工程量表 m3

3.9 截流施工

3.9.1 施工程序

非龙口段先开始进占施工，上游戗堤非龙口段按设计宽度填筑，并做好堤头保护措施，形成宽55 m龙口，接着完成龙口段合龙，实现截流。

上游的戗堤施工程序为：前期准备→岸坡段防渗施工→裹头施工→截流戗堤进占→龙口合龙→戗堤闭气→戗堤加高。

3.9.2 施工方法

（1）设备选型。挖装主要选用CAT320（斗容1 m3）、CAT330（斗容1.6m3）反铲挖掘机，VOLVO360 (斗容2m3）反铲挖掘机，CLG856（斗容3.0m3）装载机。挖装大块石选用2m3反铲挖掘机，挖装石渣选用2m3、1.6m3反铲挖掘机以及3.0m3的装载机；钢筋石笼吊装采用LW250-2（25t）吊车，运输车辆均采用20t的自卸汽车。

（2）截流预进占。非龙口段填筑料采用自卸汽车运输，端进法抛填，使大部分抛投料直接抛入江中，推土机配合施工；深水区进占时，为确保安全，部分采用堤头集料，推土机赶料抛投。

预进占抛投材料，一般用石渣料全断面抛投施工，进占过程中，如发现堤头抛投料有流失现象，则在堤头进占前沿的上游先抛投一部分块石形成挑角，在其保护下，再将石渣抛填在戗堤轴线的下游侧。

必要时采用防冲裹头保护。根据实测的水文、水情预报，当流量较大时（流速达4m/s），采用抛投块石（或钢筋石笼）进行裹头保护。在进占的同时，戗堤顶部碎石尾随铺筑，并派专人养护路面，确保龙口合龙过程中大型车辆畅通无阻。

（3）龙口段施工。上游戗堤堤头车辆行驶线路，在戗堤堤头分成两路纵队。堤头线路布置共分为3个区：抛投区（长20～25m），编队区（长25～30m）和回车区。为减少倒车距离，加快抛填速度，利用跟进填筑的堰体部分进行回车。为满足强度要求，在上游戗堤堤头布置2个卸料点。在上游戗堤一路靠上游侧抛填块石，另一路在中间及靠下游侧抛填石渣。主要采用自卸汽车直接抛投,堤头有塌滑趋势时采用堤头集料、推土机赶料进占。所有运输车辆须挂牌，对运输的材料分别配以不同颜色标志，堤头指挥人员以相应颜色的旗帜分区段按要求指挥编队和卸料。

堤头抛投方式主要采用全断面推进和凸出上挑角两种进占方式。

第Ⅰ区段：龙口宽度从55m束窄至40m,龙口平均流速在2.70m/s以下，龙口最大落差为0.895 m，抛投料粒径以小石、中石为主，采用块石及石渣全断面进占，靠近束窄口门堤头处位置采用块石抛投在迎水侧抗冲，石渣料跟进。为满足抛投强度，视堤头的稳定情况，主要采用自卸汽车直接抛填，部分采用堤头集料，推土机赶料方式抛投，在塌滑频繁区，全部采用堤头集料方式填筑。

第Ⅱ区段：龙口宽度从40m束窄至30m，龙口最大流速为3.01m/s，龙口最大落差为1.78m，抛投料粒径以中石、大石为主，小石为辅。为减少冲刷流失，采用凸出上挑角施工，用块石从戗堤轴线上游侧进占，再将石渣抛填在戗堤轴线下游侧。在施工中以堤头集料，推土机赶料方式抛投为主。

第Ⅲ区段：龙口宽度从30m束窄至20m，龙口最大流速为3.01m/s，龙口最大落差为2.81m，抛投料粒径以中石、大石为主，小石、中石为辅。为减少冲刷流失，采用凸出上挑角施工，用块石从戗堤轴线上游侧进占，再将石渣抛填在戗堤轴线下游侧。在施工中以堤头集料，推土机赶料方式抛投为主。

第Ⅳ区段：当龙口宽度束窄至小于20m时，龙口最大流速为1.76m/s，抛投料以小石、中石为主。此区段水深逐渐变浅，有利于戗堤的稳定，为减少冲刷流失，采用凸出上挑角施工，用块石从戗堤轴线上游侧进占，再将石渣抛填在戗堤轴线下游侧。在施工中以汽车直接抛投为主。