巴塘水電站河床截流設計

廖 有 林， 杜 曉 凡， 陳 志 剛

(華電金沙江上游水電開發有限公司巴塘分公司，四川 成都 610041)

1 概 況

巴塘水電站位于金沙江上游河段四川省和西藏自治區的界河上，正常蓄水位為2 545 m，總庫容1.41億m3，電站裝機750 MW。主要建筑物包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及左岸岸邊發電廠房、尾水渠和生態放水管。電站采用一次攔斷河床，采用隧洞導流。導流洞布置于金沙江左岸，進口底板高程為2 487 m，導流洞洞長795 m，導流洞為12×14 m城門洞型，洞內坡度i=0.005。

巴塘水電站截流設計流量322 m3/s，根據截流水力學計算機模型試驗成果，截流最大落差4.53 m,平均流速4.78 m/s。該水電站在截流時，落差大、流速快，增大了截流難度。因電站地處高山峽谷地區，可利用的施工場地有限，能利用的主要場地為壩址上、下游兩岸的階地及壩址上游支溝內的臺地，且左、右岸主要通過上游橫跨金沙江的臨時索橋來聯通。該橋位于壩址上游約1.1 km處，鄰近和達通溝，設計荷載單車60 t，為單跨雙幅索道橋，下行橋通行重車，上行橋通行空車。河床截流時填筑強度高，左、右岸交通有限，運輸難度大。

2 截流總體規劃

2.1 交通

巴塘水電站壩址區左右岸場內道路按高程分層布置。用于截流施工的道路主要有：右岸低線道路(2號路)、上游臨時索道橋、左岸1號施工道路。

截流料源至戧堤主要運輸路線如下：

石渣料、塊石料運輸線路：1號回采場→2號道路→上游臨時索道橋→左岸1號施工道路→截流戧堤，運輸距離1.2 km。

2.2 時段選擇

截流時段要結合現場實際情況，充分考慮難度系數，在枯水期流量小、流速慢、風險較低的時段進行[1]，且應當為后續工作預留充足時間。結合當地氣候條件及工期安排，選擇在2020年11月進行預進占，12月底開始截流，按照10年一遇12月下旬平均流量322 m3/s考慮。

2.3 截流戧堤位置選擇

在截流時，為考慮減少后期臨建工程量，保證圍堰填筑進度，選擇戧堤和圍堰相結合布置[2]。根據巴塘水電站現場實際情況分析，上、下游圍堰均可作為截流部位。由于下游圍堰河谷較寬、河床高程較低，在相同的條件下，導流洞分流能力較差，將增大上、下游落差，增加截流難度，戧堤工程量較大；另外，選擇下游圍堰處截流，運距較遠。因此，經綜合比較后，選擇上游圍堰處截流，截流戧堤與上游圍堰結合布置。

上游圍堰防滲系統采用混凝土防滲墻+土工膜斜墻型式。參照國內外工程經驗，從壩體滲透穩定、圍堰基礎沖刷及防滲墻施工難度等方面考慮，將戧堤布置在圍堰軸線處。

2.4 截流方式及龍口位置

目前，國內外水利水電工程截流方式主要有立堵和平堵截流兩種方式。立堵截流施工簡單、快速、經濟，截流流速快，底部沖刷嚴重，龍口合龍難度大[3]；平堵截流龍口流速分布較均勻，整體施工難度大，需架設棧橋，施工周期長，投資大。巴塘水電站工程截流方式的選擇，主要考慮了以下幾個方面的因素：

(1)工程所在的金沙江是以夏汛為主的河流，流量以降雨和雪山融水為主，截流時間選擇在枯水期，截流流量相對較小。立堵截流在我國水利水電工程中應用較為廣泛，積累了豐富的施工經驗，且準備工作相對簡單，造價低。因此，采用立堵截流較好。

(2)工程導流洞底寬12 m，進口布置高程較低，分流條件較好，截流后的總落差不大，采用單戧堤截流可滿足要求。

(3)上游圍堰右岸可結合現有2號道路布置截流施工道路，截流備料場在和達通溝溝口處，交通及施工布置滿足要求。

根據實際需要，采用單戧立堵截流，左右岸預進占，龍口設在河床中部，從右側向左側進占。戧堤布置位置河床斷面較寬，約243.6 m，先進行左右岸戧堤預進占118.6 m，然后右岸預進占45 m，最后形成龍口寬度80.0 m。

2.5 龍口水力特征及分區

根據水力學模型試驗及水力學計算，龍口寬度水力特性指標見表1。

表1 龍口寬度水力特性指標表

經水力學模型試驗及水力學計算，確定初始龍口寬度為80.0 m。龍口進占分四個區見表2：

表2 龍口分區表

3 截流措施

3.1 截流

截流過程中，根據截流設計要求及現場施工特點，合理規劃、統籌安排，塊石串、鋼筋石籠等特殊材料應于截流前半個月準備就緒。

為滿足截流時拋投強度，在單戧堤堤頭位置規劃3處卸料點，車輛分三路縱隊，在卸料車之間保證空車回路。

根據填筑料的不同,對車輛進行編隊，分別配以不同顏色或者號碼標志,以方便指揮人員指揮卸料。

截流過程中應根據拋投料的流失量，及時調整拋投料組合粒徑，當截流進入困難段時，應采取5～6輛車并排同時拋投，并適時將特殊料由推土機推入龍口。

在進占時,采用級配較好的石渣料在戧堤頂部進行鋪筑，并整平路面，確保大型機械設備通行順暢。

在龍口各區段進占過程中，應先在戧堤上游側拋投大塊徑料形成挑角，然后在下游側拋投小塊徑料。

預進占至設計位置后，采用預制混凝土塊、鋼筋石籠等作裹頭保護,保護預進占戧堤不被水流破壞[4]。

3.2 合龍

為更快更好實現上游截流戧堤合龍，截斷金沙江，在施工過程中，塊石串、鋼筋石籠等要以堤頭集料為主，中石、石渣等以汽車拋投為主。

龍口總寬80.0 m，當龍口進占到30.0 m時，龍口落差4.53 m，最大平均流速達到4.78 m/s，為保護左岸戧堤堤頭的穩定，先在堤頭拋投大塊石及鋼筋石籠，形成裹頭保護，為爭取截流時間，減少拋投材料流失量，進占主要采用塊石拋投。

龍口進占合龍時，壓低堤頭，緊貼水面，隨著戧堤一步步推進，對戧堤后部進行適當加高。龍口隨著慢慢進占，過流斷面將逐步成三角形，快速組織機械設備全面拋投大、中塊體，一氣呵成，直至合龍[5]。

4 截流備料

4.1 料源

截流材料按規格分類堆放，堆場應立牌，標出堆場編號、物料名稱、面積尺寸、堆料數量等，便于運輸調配，主要堆放材料見表3。

表3 截流料源堆放規劃表

4.2 各區用量

截流材料取自1號回采場及截流備料場。上游圍堰截流備料場位于壩址上游右岸和達通溝口上游階地上，主要供應土石方填筑料。截流特殊材料如塊石串、鋼筋石籠等預制完成后，主要堆放于1號渣場，少量堆存于右岸裹頭附近。左岸預進占段利用混凝土臨時毛料堆存場存放的開挖棄料。

在合龍時，拋投材料用量在不同龍口段是不同的。龍口各區段進占時，拋投工程量見表4。

表4 各區拋投材料表

在實際截流過程中，因受水流速度、龍口位置、截流材料等各種因素影響，可能出現不利情況，因此，在備料時應考慮一定的儲備系數。根據國內一般截流經驗，安全儲備系數通常為1.2～1.4，該拋投料儲備系數取上限值。

5 結 語

河床截流在整個水電站建設過程中是一個非常重要的環節，只有通過科學合理的設計，使其順利截流，才能為后續水利水電工程施工環節奠定堅實基礎。巴塘水電站地處于高山峽谷地區，可利用的施工場地有限，具有截流運輸難度大、邊界條件復雜、拋投強度高等特點，通過對截流總體規劃設計和科學合理的組織管理，成功實現了該水電站截流目標任務。為后續相關水電站建設積累了寶貴經驗，可為以后類似工程提供參考。