TB水電站截流規劃設計

陳 俊，王福初，虞東亮，卿篤興，陳 鈺

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司,湖南 長沙 410014)

1 工程概況

TB水電站位于云南省迪慶州維西縣中路鄉境內，距維西縣城公路里程約56km，距香格里拉(中甸)約269km，距昆明市約694km。其上游為里底水電站，下游為黃登水電站

水電站屬Ⅰ等大(1)型工程，樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪建筑物、右岸地下輸水發電系統等組成。擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高158.00m。地下廠房安裝4臺單機容量為350MW的混流式機組，總裝機容量1400MW。

2 基本資料

2.1 水文氣象

TB水電站壩址區屬亞熱帶季風氣候區，年平均降水量為792.1mm，洪水主要由暴雨形成，洪枯流量相差懸殊，每年6—10月為汛期，11—次年5月為枯水期。

(1)設計洪水。壩址處各頻率旬平均設計流量見表1。

表1 TB水電站壩址處各頻率旬平均設計流量

(2)水位—流量關系。TB工程開工后壩址區河道地形及水流條件發生了變化，在2021年4月最新測量的水下地形圖的基礎上，壩址區水位-流量關系見表2。

表2 壩址區水位-流量關系 水位:m；流量：m3/s

2.2 地形地質

(1)地形條件。自北往南奔流的瀾滄江，經吉介土后大江即進入長約5km的“V”型峽谷區，至中路村出峽谷，壩址位于峽谷中段，地形較齊整，左岸地形坡度35°～55°，其中高程1635.00～1645.00m為殘存的Ⅱ級階地，最大寬度100.00m；右岸地形較陡，地形坡度一般為40°～55°，其中壩址中部高程1720.00m以下為臨河陡崖，以上地形變緩，地形坡度25°～45°。

(2)地質條件。上游圍堰河床部位巖體相對較完整，屬Ⅲ類巖體，局部為Ⅳ類。兩岸邊坡表部巖體主要為Ⅳ類。河床及左岸階地覆蓋層較厚，左岸階地覆蓋層(水上部分)的抗沖流速為0.7～1.5m/s，河床沖洪積物的抗沖流速為1.5～2.2m/s。

考慮到河床底部流速較斷面平均流速小，并且2020年實測流量超過3000m3/s，對應斷面平均流速超過3m/s，故取截流戧堤處斷面平均抗沖流速為3m/s左右。

3 截流規劃設計

3.1 截流時段及標準

截流時段的選擇一般是根據水文條件，選擇枯水期開始的時段，同時盡可能增加截流后的圍堰施工工期。

根據NB/T 10491—2021《水電工程施工組織設計規范》規定，并考慮到本工程規模較大，且河床截流時間制約第1臺機組發電時間，因此截流設計標準采用11月上旬10年一遇旬平均流量751m3/s。

考慮到截流時間為11月上旬，則非龍口段預進占時間選擇為10月下旬，所以非龍口段預進占設計標準采用10月下旬10年一遇旬平均流量964m3/s。

3.2 截流方式

立堵截流是我國水電水利工程中傳統的截流方式，具有施工簡單、快速經濟、施工場地及交通布置較易解決、國內施工經驗豐富等明顯優點。單戧堤方案較雙戧堤方案物料組織協調難度小，按期截流保證率高，投資小。綜合分析，本工程推薦采用單戧立堵截流方式。

3.3 龍口位置及進占方式的選擇

從地質條件分析，左岸古河槽覆蓋層臺地，抗沖流速較小，而右岸多為基巖裸露，相對抗沖流速大。若龍口布置在左岸，合龍過程中，河床覆蓋層易被沖刷而引起截流戧堤塌滑失事，且此時在河床覆蓋層基本不被沖刷的前提下，預進占長度受限，龍口寬度相對較大，合龍拋投工程量及拋投強度均較大，增加了截流難度。

從施工條件分析，右岸地形較陡，而左岸地形較緩，便于施工道路布置，且左岸戧堤附近有比較寬闊的場地，作為截流施工場地及備料區。

因此，綜合考慮選擇將龍口設置于右岸。

龍口設置于右岸，在進占過程中，河床不斷束窄，流速增大，上游水位抬升，為防止右岸邊坡沖刷或垮塌，需對右岸進行岸坡保護，所以具體進占方向為：非龍口段預進占以由左岸向右岸單向進占方式為主，同時對右岸進行邊坡修整并做岸坡保護，龍口段進占按由左岸向右岸單向進占的方式。

3.4 截流戧堤布置及斷面型式

考慮圍堰能盡快形成基礎防滲墻施工平臺，以不影響圍堰混凝土防滲墻施工為原則，將截流戧堤布置于上游圍堰內背水側，作為堰體的一部分，截流戧堤軸線與堰軸線平行，在圍堰軸線下游50.00m處。

截流戧堤設計斷面為梯形，其上游、下游及堤端邊坡均為1∶1.50。龍口段戧堤頂寬30.00m，按堤端邊坡1∶1.50對應非龍口段戧堤頂寬22.50m，

3.5 截流水力計算

3.5.1計算的基本原則

(1)截流水力學屬恒定流。

(2)非龍口段預進占，導流洞不分流，由束窄河床單獨泄流。

(3)龍口分流按梯形或者三角形過水斷面的寬頂堰流計算。

(4)不考慮上游河槽的調蓄作用，不計戧堤滲透流量。

3.5.2非龍口段水力計算及龍口寬度選擇

非龍口段預進占長度以進占材料不流失及覆蓋層不被沖刷為原則，在右岸修整坡度并做岸坡保護預進占約1m后，左岸不同預進占長度下龍口水力特性計算結果見表3。

表3 左岸不同預進占長度下龍口水力特性表

從表3可知，當左岸預進占長度為15m時，龍口斷面平均流速為3.04m/s，接近河床覆蓋層抗沖流速，堤頭邊坡穩定性較好，因此左岸預進占長度取15m，對應的非龍口段戧堤頂高程取1627.500m。

此時對應的龍口段戧堤頂(高程1625.000m)軸線長度為41.5m，即龍口寬度為41.5m。

3.5.3龍口段水力計算

(1)導流洞分流能力。工程截流時，導流洞流態為無壓流，按寬頂堰流計算，①、②導流洞泄流曲線及其聯合泄流曲線見表4。

表4 ①、②導流洞泄流曲線表

龍口段合龍后由導流洞泄流，在設計流量751m3/s下，上游水位查表4為1623.093m，考慮預留一定安全超高，合龍段戧堤頂高程取為1625.000m。

(2)合龍水力學計算。在龍口段進占過程中，導流洞與束窄河床聯合泄流，合龍過程中龍口段水力特性見表5，如圖1所示。

表5 合龍過程中龍口段水力特性表

圖1 合龍過程中龍口段水力特性曲線圖

3.6 龍口分區特性

3.6.1截流拋投料特性

截流拋投體粒徑及質量主要取決于龍口流速，不同寬度龍口拋投料塊體粒徑及質量按該區段可能出現的最不利水力條件計算。非龍口段、龍口段拋投料粒徑及質量分別見表6—7。

表6 非龍口段拋投料粒徑及質量表

3.6.2龍口分區

為便于施工時控制拋投材料，根據合龍過程中不同龍口寬度的水力學指標及拋投料特性等，將截流龍口段劃分為3個區段，如圖2所示。

圖2 龍口分區示意圖

3.7 截流材料選擇及拋投物數量確定

根據截流工程的難易程度、巖石特性，截流拋投料物主要選擇石渣、中石、大石、特大石或鋼筋石籠(鋼筋石籠串)，但考慮到截流過程中不確定因素較多，為安全起見，有條件的情況下，可提前預制數個10t混凝土四面體以備不時之需。

鑒于截流水力條件較為復雜，同時導流洞進、出口圍堰巖埂爆除及清渣存在一定的不確定性，因此截流備料很難達到既不浪費又恰到好處的要求。

為保證順利截流合龍，備料量較設計會有所增加，考慮預進占非龍口段備料比例為10%，龍口段大石、特大石(鋼筋石籠(串))備料比例為80%，龍口段石渣、中石備料比例為40%。非龍口段及龍口段不同分區拋投材料及其數量見表8。

表8 非龍口段及龍口段不同分區拋投材料及其數量表

3.8 龍口保護

右岸非龍口段邊坡修整結束后，應及時在右岸預進占戧堤范圍內進行護岸。此外，應對龍口護底。

由于非龍口段預進占過程中，斷面平均流速較小，對河床覆蓋層影響較小，可不對預進占河床進行護底。而龍口段在合龍過程中，斷面平均流速最大值達到了4.87m/s，為防止河床覆蓋層嚴重沖刷，須進行龍口護底。

按照DL/T 5741—2016《水電水利工程截流施工技術規范》進行護底，此時戧堤軸線上游仍有部分截流戧堤所在河床未護底，為安全起見，截流戧堤所在河床均應護底，則護底范圍最終取值為：戧堤軸線下游約取36m，戧堤軸線上游約取34m，總護底長度約為70m。護底的寬度為非龍口段預進占之外的河床底寬約為5m。

護底與護岸拋投材料的粒徑按最大流速4.87m/s控制計算得0.53m，取0.53～0.70m(中石)，考慮備料比例為10%，則共需備料總量約為974m3，其中護底約230m3。

表7 龍口段拋投料粒徑及質量表

4 龍口段施工強度分析

考慮拋投料流失系數，戧堤合龍段拋投量約為19353m3，按36h合龍計算，平均拋投強度為538m3/h，考慮1.2的不均勻系數，最大拋投強度為645m3/h。

上游龍口截流單車循環時間約20min，20t車按12m3裝載量考慮，則在備用比例為30%的情況下，20t自卸汽車共需要25臺(包含備用量6臺)，戧堤頂寬30m，可同時布置3個卸車點，每個點需卸0.32車/min。根據現有設備及施工能力，可以滿足強度要求。

5 結語

截流規劃設計為實際截流施工過程提供了指導和數據支撐，為TB水電站的成功截流奠定了基礎。

但截流規劃設計所采用的輸入參數與截流當時的參數一般會存在出入，為確保截流順利完成，還應加強截流過程中的水情預報及相關監測工作，適時調整截流過程中的輸入輸出參數，充分做好截流前的準備工作，完成截流前的工程形象面貌，并制定相應的技術措施，采取有效的應急措施等。