1、东西关电站闸坝二期大江截流设计与施工20o4.No.6 四川水利?l3?东西关电站闸坝二期大江截流设计与施工张建文.林晓平(中国水利水电第七工程局,乐山,614997)【摘要】由于嘉陵江具有流量大,河床底部为砂卵石的特点,东西关水电站进行二期大江截流有一定的难度和风险.通过设计及实施,上下游围堰采用 1/2 立堵法截流 ,圆满成功,取得宝贵的经验.本文主要介绍了截流工程设计,包括截流时间与设计流量,截流龙口设计,进占分区与截流料物,并具体介绍了截流施工组织与实施情况.【关键词】截流设计截流施工东西关水电站1 工程概况东西关水电站位于四 JiI 省武胜县烈面镇,系嘉陵江中游一个利用河道截弯取直,
2、以闸坝挡水,明渠引水发电的中型水利枢纽工程,由闸坝枢纽,厂区枢纽,船闸三部分组成.电站装机l8 万 kW.该工程由华能集团公司与地方合资兴建,电力工业部成都勘测设计研究院设计,中国水利水电第七工程局承建.根据合同工期,闸坝于 1992 年 l0 月 1 日开工,1995 年 l2 月 31 日竣工,总工期 39 个月.闸坝枢纽位于嘉陵江干流纤腾槽河段,由左岸 9 孑 L 泄洪闸,左右岸溢流坝及挡水坝组成,坝轴线长 640m.该工程采用枯水期施工方案,导流方式为“两导三围 “,即二期导流围三次围堰方式.一期导流河水由右岸临时航道通过,先施工左岸基坑内 9 孑 L 泄洪闸及左溢流坝,挡水坝,利用两
3、个枯水期完成施工.第三个枯水期围右岸,进行二期大江截流,河水由左岸 9 孑 L 泄洪闸通过.第三个枯水期从 1994 年 l0 月 20 日至次年 5 月 20 日,施工时间短,强度高,汛前坝体需浇至 242m 高程,具备初期发电条件.2 截流工程设计2.1 截流时间与设计流量嘉陵江水量丰沛,多年平均流量为 891m/s,5 一 l0 月为丰水期,114 月为枯水期;汛期十年一遇洪峰流量为 22100m/s,洪枯水位变幅达15m 一 20m.截流时间初步选在 11 月 1 日进行,届时根据水情再作调整.根据武胜水文站 1944 年一 1984 年 40 年的水文资料分析,选择 11 月上旬 5
4、 年一遇旬平均流量 910m/s 作为截流设计流量.由于上,下游围堰预进占将在 l0 月上,中旬开始进行,选择l0 月中旬 5 年一遇最大流量 2570m/s 作为戗堤前期设计流量.表 1 东西关 1011 月各频率洪水流量单位:m/sP=0.10 的洪峰流量 347024201700P=0.20 的洪峰流量 257018701370图 1 二期大江截流布置图?14?张建文,林晓平 :东西关电站闸坝二期大江截流设计与施工 2004.No.62.2 截流龙口设计2.2.1 截流方式及戗堤设计根据闸坝右岸地形特点及水电七局在东西关的施工机械状况,采用上游围堰单戗堤从右至左立堵法截流.上游围堰戗堤顶
5、宽 20m,按四车道设计.戗堤顶高程按截流设计流量 910m/s,上游最高水位 233.3m 考虑,确定为 234m.在预进占过程中,戗堤高程按 235m234.5m 控制.迎水面坡度 1:1.5,背水坡为 1:1.21:1.5.根据水力计算成果,截流开始前流速控制在 3m/s 以下,从而确定龙口顶宽 60m,底宽约 45m.为了有利于分散龙口落差,下游围堰于 l0月上,中旬开始预进占,最终预留口门宽 80m,顶高程为 234,5m,顶宽 18m,堰体坡度 1:1.21:1.5.2.2.2 龙口位置选择龙口位置由上游围堰处地形,地质条件及左戗堤进占的可能性决定.上,下游围堰座落在砂卵石覆盖层上
6、,砂卵石厚 2m9m.根据右岸临时航道开挖情况及地质剖面图推测,在临时航道部位,岩基顶面高程约 226m,水深 5m7m,覆盖层厚度在 3m 以下;靠右岸为一漫滩地,基岩顶面高程下降呈一“u“形槽,覆盖层厚 5m9m,基岩顶面高程约为 223m,水深较浅.因此,靠临时航道布置龙口较为适宜.同时,因左侧预进占主要采用一期围堰的拆除料堆筑,渣料粒度较小,所以向右侧作大量预进占不太可能,为此龙口选择在原临时航道处.2.2.3 龙口护底及裹头龙口位于砂卵石覆盖层上,在截流设计流量910m/s 情况下,根据一期上,下游围堰的拆除要求及左岸 9 孔泄洪闸(底板高程为 230m)分流情况,经水力计算,截流时
7、龙口最大平均流速为 5.71m/s,远大于砂卵石的起动流速.为此决定进行龙口护底并作左侧裹头,以免龙口覆盖层冲失而增大抛投量,同时防止左侧戗堤被冲垮.龙口护底宽度为 50m,戗堤轴线以上采用竹笼护底,沿水流方向长 8m(约为水深的 1.3倍),总方量 280m;轴线以下用块石铅丝笼护底 20m(约为水深的 3 倍),总方量 700m.竹笼,铅丝笼规格为:直径 0.7m,长度 2.5m.上游堰左侧裹头是稳定左戗堤的必要措施,采用铅丝笼装块石护砌,厚 1m,从河床底沿戗堤端坡护至 234m 高程,总方量 410m.图 2 上游围堰与戗堤位置(尺寸单位:cm)2.2.4 龙口水力计算成果龙口水力指标
8、与围堰拆除情况关系较大,要求一期上,下游围堰拆至 230m 高程与泄洪闸底板同高,但考虑到各种不利因素,计算时按231m 考虑.各项指标如下:最大落差 z=1.32m;最大单宽流量 q=19.48m/sm;最大平均流速 V 一=5.71m/s;最大单宽能量 N=20.24kW/m.表 2 龙口水力学指标【Q=910m/s)2.3 截流进占分区及截流料物2.3.1 进占分区抛投根据龙口水力学指标,将龙口从右至左分为I区 ,每区宽均为 20m.按实测龙口水下断面及戗堤尺寸计算,并考虑抛投料物冲失 20%,龙 I 区计划抛投 2990m,龙区 4750m,龙区 1670m,共计抛投9410m.龙 I
9、 区前 10m 水深,流速在 3m/s 左右,抛投一般石渣即可;后 10m 流速已达 3m/s4m/s,应结合抛投铅丝笼,一般石渣跟进.2oo4.No.6 四川 I 水利?l5?龙区平均流速达 4m/s 一 6m/s,尤其当龙口尚余 20m 宽时,流速最大,采用石串,特大石,铅丝笼及混凝土杩槎体在戗堤上,下游抛投,一般石渣中间跟进,必要时 3 个杩槎体(或铅丝笼)连在一起抛投.龙区流速逐渐下降,应抓住时机用特殊料物抛投,一般石渣跟进.图 3 龙口纵断面(单位尺寸:cm)为稳定左裹头,同时加快截流合龙进程,进人龙区末段时,应在左侧戗堤作支援性抛投.2.3.2 截流历时龙口预计抛投量为 9410m
10、,按每分钟抛投1.5 车配备施工机械,每车按 6.5m 计,预计截流将进行 l6 个小时.2.3.3 截流料物上,下游围堰左侧戗堤进占,采用一期围堰拆除料堆筑.截流一般石渣备料,除考虑在截流进占过程中使用外,还计人了部分围堰加高用料.一般石渣备料总量为 4 万 m,特殊料场备料 4115m(其中 ,护底及裹头用料 1390m,抛投用料 2725m).根据当地实际情况,参考其它工程经验,特殊料物选用混凝土杩槎体,铅丝石笼,特大石及石串等 4 种.表 3 备料计划一揽器去 zm(003 截流施工组织与实施情况3.1 一期上,下游围堰的拆除一期下游围堰拆除量 2.8 万 m,要求从236m 高程拆至
11、 230m 高程,堰体为砂卵石及部分石渣,拆除渣料主要用于左岸栈桥路堤堆筑及二期下游围堰预进占.根据截流时间要求,下游围堰安排在 1994 年 8 月中旬至 9 月下旬拆除,配备 WY160 反铲 2 台,T140 推土机一台,20t自卸汽车 6 台.围堰拆除分层进行,233m 高程以上为第一层,以下为第二层;拆除顺序先水上,后水下,从右至左进行.一期上游围堰拆除量 4 万 m,要求拆至230m 高程,主要为石渣堰体,拆除料用于二期上,下游围堰预进占.拆除时间安排在 9 月下旬至 lO 月下旬,配备 962 反铲及 eat245 反铲各一台,推土机 2 台,20t 自卸汽车 6 台,分水上,水
12、下两层拆完.为便于大型施工机械从左岸转移到右岸施工,在上堰破堰前且在 lO 月 10 日以后(十年一遇流量小于 3840m/s),行走至一期纵堰 237m 高程平台待命,待截流后直接下基坑.lO 月中旬由于嘉陵江上游降雨,出现 Q=1800m/s 的枯期洪水,将尚未破堰的上游围堰冲成数段,给拆除工作造成了很大困难,为将一期围堰尽量拆干净以减小截流难度,水退后在两岸采用砂卵石回填一期围堰至冲槽边缘,然后用反铲一次退挖到底.至 lO 月 25 日止,一期上,下游围堰全部拆除完毕.3.2 二期上,下游围堰左,右岸预进占3.2.1 下游围堰左侧预进占,于 1994 年 9月下旬开始,lO 月中旬结束.
13、由于采用的料源仅来自一期下堰拆除料,粒径较小,进占较困难,最终进占至 H 点以右 50m 处(临时航道边缘).堆筑方量 1.2 万 m.3.2.2 上游围堰左侧预进占,于 lO 月中旬开始,至 lO 月 25 日结束.由于进占料来自一期上堰拆除,粒径小,进占过程中冲刷较严重,进占速度缓慢,最终进占至 H 点以右 48m 处开始作裹头.堆筑方量 1.5 万 m.3.2.3 上,下游围堰右岸预进占,于 10 月上旬逐渐开始.前期采用右坝肩开挖石渣堆筑,后期分别用 1,4 料场渣料堆筑.在正式截流?16.张建文,林晓平:东西关电站闸坝二期大江截流设计与施工 2004.No.6前,上游戗堤进占至 H.
14、点以下左 137m 处,龙口上口宽尚余 50m,堆筑量 1.8 万 m;下游围堰进占至 H 点以左 65m 处,堆筑量 1.1 万 m,口门区实际宽约 85m.3.3 龙口护底及裹头的实施龙口护底于 1994 年 l0 月上旬开始,10 月中旬结束,采用 20t 一 30t 铁壳船满载块石,空笼定位于抛投预定位置,块石装笼后抛人水中.定位用岸边地锚系钢丝绳加浮筒,于水面与船连接,调节钢丝绳长度即可使船任意移动.实施时租用了两条船进行作业.裹头防护在上堰左侧预进占到位后开始进行,在岸边将块石装笼后推人水中,水面以上则将空笼定位后再装满块石.左裹头于 l0 月 29 日下午 2 点施工完毕.3.4
15、 截流施工布置3.4.1 料场布置二期大江截流共布置 5 个料场,运距均在1km 范围以内(见图 1).1 料场为一般石渣料 ,位于上游围堰右岸接头处,采用洞室爆破备渣料1.8 万 1TI.2 料场位于上游围堰上游 80m 一180m 范围河滩,为特殊料物场,备用混凝土杩槎体 346 个,铅丝石笼 750 个,石串 120 串.3料场为特殊料物场,位于江临寺沟口,备有混凝土杩槎体 146 个.4 料场为一般石渣,位于江临寺沟内,备用竖井及洞室爆破石方 0.6 万 m.5 料场为左岸支援性料场,位于一期纵向围堰上,备有混凝土杩槎体 41 个,铅丝笼 82 个.右坝肩开挖料在预进占过程中直接使用约
16、 1.6 万m3.3.4.2 截流交通布置截流施工道路布置在右岸,共计 4 条.1 路为高线公路,路面宽 7.5m,为前期进行右坝肩开挖及截流准备的干线公路,于 1994 年 8 月初步形成,10 月全面形成.2 一 4 路分别沿岸边约236m 高程布置,为截流干道,路基宽 9m.截流道路于 1994 年 l0 月上旬全部形成.左岸可通过泄洪闸后临时施工栈桥至一期纵向围堰内 5 料场.由于截流量大,平均抛投强度要达到 1.5 车/min 以上.为此,上游围堰右戗堤按四车道设置,宽度 20m.第一道为特殊料物重车待命线,第二道为空车线,第三,四道为一般料物重车卸料线.在四车道之外,分别于戗堤两边
17、布置 D85推土机各一台.截流过程中,戗堤回车平台处设车辆指挥 2 名,要求各型车辆各行其道.3.5 截流施工机械配备根据截流抛投强度的需要,结合东西关工地设备拥有情况,实际配备挖装机械 9 台,特殊料场吊车 8 台,推土机 8 台,15t 一 20t 自卸汽车 42台.3.6 截流实施情况截流的各项准备工作于 1994 年 l0 月 29 日上午就绪,下午 13 时 30 分战前动员,l4 点截流正式开始.经过 12 小时 46 分钟的奋力拼搏,于 30 日 2 时 46 分胜利合龙,比合同工期提前 3天完成,截流时段比计划缩短了 3 小时 l4 分钟.此次截流实测最大流量为 605m/s,
18、龙 15 最大落差 2.2m,最大流速 6.5m/s,总抛投量 1217车,折合 8520m,平均抛投强度为 1.6 车/rain.在截流进行的前 5 个小时内,平均抛投强度 22车/min.特殊料物实际抛投量 2080m,占计划备料量 2725m 的 76.3%,为实际备料量 2558m.的81.3%,合龙后,特殊料物余杩槎体 239 个,其余均抛完.截流过程中,合龙前料物抛投总量及合龙后下游侧跟进抛投量共计 8975m,为计划抛投量9410m 的 95.4%.截流正式开始时,实际已进人龙 I 区约10m,龙口实际上口宽为 50m.在截流过程中,各型施工机械均充分发挥了作用.1 料场四方挖掘
19、机装一般石渣,实际统计班产量达 2400m.戗堤三重一轻四车道运输线满足了 2 车/min 抛投强度的需要,在高强度的抛投过程中,车辆各行其道,秩序井然,未发生堵车现象.戗堤进占至龙区末时,左侧裹头下游侧淘刷较严重,铅丝笼裹头局部出现垮坍现象.在左戗堤迅速进行了强有力的接应性抛投,稳定了左裹头,加快了合龙进程.从基坑抽干后的情况看,在龙口下游侧有部分 3 个连体的混凝土杩槎体,距原抛投位置约位移 10m,说明在抛投最困难的区段,15t 重的抛投体亦发生了移位,但在2004.No.6 四川水利?l7-沙湾电站一期围堰塑性混凝土防渗墙施工刘舒平(四川省水利水电勘测设计研究院,成都,610072)【摘要】乐山大渡河沙湾电站一期围堰防渗,采用塑性混凝土防渗墙.本文介绍了
