劉同林

摘要： 金沙水電站導(dǎo)截流工程具有流速大、截流落差高、施工工期緊等特點(diǎn)。為保證截流成功，利用水力學(xué)計(jì)算并開展模型試驗(yàn)，選取了預(yù)進(jìn)占單戧立堵截流、截流戧堤與圍堰分開布置的方法進(jìn)行施工。結(jié)果表明：針對河道較寬和導(dǎo)流明渠狹窄、流速大的情況，預(yù)進(jìn)占單戧立堵截流能有效降低截流風(fēng)險(xiǎn)和截流難度，可實(shí)現(xiàn)快速截流并降低投資成本。研究成果可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)截流; 圍堰工程; 導(dǎo)流明渠; 金沙水電站

中圖法分類號：TV551.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.003

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0010 - 04

0 引 言

截流工程是水利樞紐施工的關(guān)鍵，可直接影響工程進(jìn)度。截流過程中，龍口位置的選擇和龍口水力條件的改善尤為關(guān)鍵，若處理不到位將導(dǎo)致截流物料沖刷嚴(yán)重，增大截流風(fēng)險(xiǎn)。本文以金沙水電站二、三期截流施工為案例，通過借鑒三峽、二灘、觀音巖等水電站截流經(jīng)驗(yàn)，分析了單向立堵截流的經(jīng)濟(jì)性與安全性;通過截流模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了明渠截流在地形地質(zhì)條件受限、龍口落差及流速增大等諸多影響因素情況下的戧堤布置與解決方法。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，該河段范圍從觀音巖水電站壩址至烏東德水電站庫尾，天然河道長57 km，落差38 m，平均比降0.69‰。金沙水電站采用明渠分期導(dǎo)流方式，共分3期，導(dǎo)流明渠布置于右岸。一期進(jìn)行右岸導(dǎo)流明渠和混凝土縱向圍堰施工;二期主河床截流，在二期土石圍堰和混凝土縱向圍堰的保護(hù)下，對3孔河床溢流壩段、廠房壩段和左岸非溢流壩段進(jìn)行施工，水流從導(dǎo)流明渠下泄;三期進(jìn)行明渠截流，在三期上、下游枯水期土石圍堰和混凝土縱向圍堰保護(hù)下，對三期基坑內(nèi)的2孔右岸溢流壩段和右岸非溢流壩段進(jìn)行施工。

2 水文地質(zhì)條件

金沙江河道較寬，左岸為緩坡地帶，右岸邊坡稍陡，圍堰一帶河床覆蓋層以卵石為主，河床覆蓋層厚度20～45 m，透水性強(qiáng)。觀音巖水電站已建成運(yùn)行，本文主要考慮觀音巖水電站對金沙水電站施工分期設(shè)計(jì)洪水可能產(chǎn)生的影響。將觀音巖水電站滿發(fā)流量3 225 m3/s加上觀音巖至金沙江區(qū)間的分期設(shè)計(jì)洪水作為金沙水電站壩址施工分期設(shè)計(jì)洪水。

3 截流難點(diǎn)

（1） 二期截流工程導(dǎo)流主要采用一期工程已建的導(dǎo)流明渠泄流，且要求一期上、下游圍堰拆除及上游河床疏浚工程在二期圍堰戧堤截流前完成，滿足較好的分、過流條件。一期和二期工程分屬不同單位施工，需由業(yè)主協(xié)調(diào)一期工程導(dǎo)流滿足截流相關(guān)水力要求。

（2） 二期截流工程截流時(shí)間不明確，戧堤預(yù)進(jìn)占時(shí)間較施工合同約定時(shí)間推遲，戧堤進(jìn)占施工不連續(xù)，給后續(xù)圍堰防滲工程、填筑施工進(jìn)度和防洪度汛造成壓力。

（3） 三期截流工程采用截流流量Q=1 470 m3/s，根據(jù)截流模型試驗(yàn)，龍口中心線處最大垂線平均流速達(dá)6.93 m/s，龍口下游的最大流速為9.31 m/s，截流最終落差為4.53 m，水力學(xué)指標(biāo)高，截流難度大。

（4） 三期截流工程基本上是在導(dǎo)流明渠內(nèi)截流，導(dǎo)流明渠過水面相對較窄、水深流急，導(dǎo)致拋投料容易流失，截流困難。

（5） 三期戧堤填筑道路必須經(jīng)上游索道橋至戧堤堤頭，上游索道橋通行能力低，且有限制（雙/單車載重通行限制總重45 t/55 t、間距100 m、限速5 km/h），上游索道橋右岸橋頭至戧堤堤頭道路狹窄、道路坡度陡，不利于高強(qiáng)度截流施工。

4 截流方案對比

根據(jù)截流特點(diǎn)和已建成的三峽電站、二灘電站、觀音巖電站等電站相關(guān)截流經(jīng)驗(yàn)，金沙水電站二、三期截流均采用立堵截流方案，各備選了3種方案。通過對不同方案優(yōu)缺點(diǎn)分析，最終確定最優(yōu)截流方案。

4.1 二期截流工程

（1） 方案一采用單戧、單向立堵截流，從左岸向右岸進(jìn)占，龍口位于河床右側(cè)。該方案預(yù)進(jìn)占工程量較小，協(xié)調(diào)量小，下游圍堰拋投施工容易。但是，上游戧堤合龍過程中，流速高，落差大，戧堤端頭沖刷大，所需截流特殊物料較多，成本較高，且增加后期圍堰填筑量，不能盡早提供防滲墻施工操作平臺，造成后期工期緊張，截流失敗風(fēng)險(xiǎn)高。

（2） 方案二采用提前全斷面預(yù)進(jìn)占，單戧（寬戧）單向立堵截流。該方案雖能盡早提供部分上游圍堰防滲施工工作面，工期有保證，截流較容易。但是，前期預(yù)進(jìn)占工程量較大，截流工程量大，特殊物料備料較多，經(jīng)濟(jì)成本較高。

（3） 方案三采用上游提前全斷面預(yù)進(jìn)占，單戧（寬戧）單向立堵截流，下游圍堰全斷面跟進(jìn)，先施工上游戧體圍堰（防滲墻平臺）預(yù)進(jìn)占（左岸預(yù)進(jìn)占約60 m，右岸上游預(yù)進(jìn)占約20 m），河床靠右岸形成90 m龍口后，立即進(jìn)行上游左側(cè)戧堤端頭裹頭施工，然后進(jìn)行上游龍口戧堤進(jìn)占截流合龍。方案三具有方案二的優(yōu)點(diǎn)，工期有保證，同時(shí)右岸預(yù)進(jìn)占，龍口位置選擇在覆蓋層相對較淺的靠右岸的淺灘上，降低截流難度，但預(yù)進(jìn)占使龍口束窄，單寬流量、流速增大，物料流失較多，特殊物料備料較多，經(jīng)濟(jì)成本較高[1]。

根據(jù)截流前分析，截流時(shí)間較投標(biāo)階段相應(yīng)推遲，造成后續(xù)施工進(jìn)度受擠壓。2011年所測地形資料與2016年截流施工復(fù)測地形存在偏差，經(jīng)多年沖刷，河床高程有所降低，對截流時(shí)的龍口流速及流量有一定影響。綜合各種因素，為降低截流風(fēng)險(xiǎn)，保證截流一次成功，經(jīng)對比優(yōu)選方案三（圖1）。實(shí)踐證明，方案三大大降低了截流風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了盡早提供圍堰防滲施工平臺的目的，為二期圍堰滿足防洪度汛要求創(chuàng)造了條件。

4.2 三期截流工程

三期截流時(shí)，金沙水電站2個(gè)表孔、1個(gè)表孔缺口與4個(gè)排沙孔同時(shí)泄流，泄流條件復(fù)雜，加之明渠截流落差超4 m，明渠岸坡陡峭、渠底平整光滑不利于拋投料的穩(wěn)定堆積，截流難度較大。為實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)截流，進(jìn)行了截流模型相關(guān)試驗(yàn)[2]。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選取3種軸線位置進(jìn)行模型試驗(yàn)，試驗(yàn)流量選取了Q=480 m3/s（最低流量），Q=950 m3/s（近幾年常見流量），Q=1 470 m3/s（設(shè)計(jì)截流流量），按照3種截流方式進(jìn)行分析，試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

（1） 方案一將截流戧堤布置于三期上游圍堰處，由右向左采用單戧立堵方式進(jìn)占，該方案需在截流前增設(shè)一條馬道，以便拋投料的運(yùn)輸，馬道高程1 007.0 m，寬7.0 m。坡度1∶1.5接明渠底板。但是，該方案的截流戧堤軸線位于壩軸線上游89.9 m處，其右側(cè)為陡峭山體，需在明渠內(nèi)鋪設(shè)道路，以便進(jìn)料車進(jìn)出，道路施工困難，成本較高。

（2） 方案二是戧堤與圍堰不結(jié)合，將戧堤軸線一端布置在縱向圍堰頭部，另一端與右岸道路相接，戧堤起點(diǎn)距離高程1 007.0 m的馬道依然有近80 m的距離，同樣需要預(yù)先鋪設(shè)道路，以便進(jìn)料車進(jìn)出。該方案的截流戧堤軸線位于明渠進(jìn)口處，道路交通較為方便。

（3） 為達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)截流目的，方案三對方案二的截流戧堤軸線再次進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)占起點(diǎn)直接從高程1 007.0 m寬平臺開始，另一端仍位于縱向圍堰頭部。戧堤頂高程為1 003.0 m，頂寬10 m。該方案的截流戧堤軸線位于明渠進(jìn)口處，不用進(jìn)行道路鋪設(shè)，減少鋪筑工程量[3-4]。

從表1可知，3個(gè)截流方案的截流落差、流速等水力學(xué)特性參數(shù)相差不大。但由于截流戧堤設(shè)計(jì)頂高程至少1 003.0 m，進(jìn)出口底板高程分別為993.0，992.0 m，戧堤高10.0 m左右，采用截流方案一和方案二均需在明渠內(nèi)填出路面寬至少7m的截流道路，而導(dǎo)流明渠寬僅35 m，截流道路必然占用導(dǎo)流明渠很大部分過流斷面，致使明渠過流斷面嚴(yán)重束窄、流速增加，截流戧堤及截流道路填筑期間必然會造成大量拋投料流失[5]。因此在考慮截流道路的填筑及截流拋填量以及截流難度等因素的情況下，截流方案三更為合理。實(shí)際截流中，針對制約截流的場地、道路、物料的粒徑均做了相應(yīng)優(yōu)化，通過密切配合協(xié)調(diào)，導(dǎo)流明渠順利實(shí)現(xiàn)三期截流。

5 結(jié)論與建議

二、三期截流是金沙水電站建設(shè)中的重大關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，截流的成功和圍堰的良好運(yùn)行為后續(xù)金沙水電站按期發(fā)電奠定了良好的基礎(chǔ)。

（1） 及時(shí)掌握上游電站下泄流量極其重要。二、三期截流洪水標(biāo)準(zhǔn)主要受上游觀音巖水電站發(fā)電泄水量的控制，因此業(yè)主加強(qiáng)了與觀音巖水電站業(yè)主及電力調(diào)度中心的聯(lián)系，及時(shí)準(zhǔn)確掌握了截流時(shí)段內(nèi)觀音巖水電站的泄水情況，并據(jù)此實(shí)施二、三期截流和后續(xù)圍堰填筑工作，避免戧堤截流失敗的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際截流情況，截流時(shí)段泄水流量小于投標(biāo)階段設(shè)計(jì)流量，降低了截流風(fēng)險(xiǎn)，順利完成了二、三期截流[6]。

（2） 金沙水電站二、三期截流充分利用了水力學(xué)計(jì)算與模型試驗(yàn)成果，借鑒了三峽電站、觀音巖電站等電站的截流經(jīng)驗(yàn)。尤其在導(dǎo)流明渠截流方面，解決了導(dǎo)流明渠底板光滑，設(shè)計(jì)流量和水流流速較大，截流初始進(jìn)占困難等問題。通過將戧堤布置在明渠進(jìn)口處，使圍堰與戧堤分開布置，降低了截流難度和經(jīng)濟(jì)成本，提高了施工效率。

（3） 三期截流前，二期圍堰瘦身和拆除工作安排較為關(guān)鍵，需結(jié)合二期工程的實(shí)際完成情況、驗(yàn)收情況和洪水標(biāo)準(zhǔn)情況擇機(jī)進(jìn)行。在金沙水電站三期截流過程中，三期截流工程與二期上游圍堰拆除時(shí)間部分重疊，造成三期截流水位略有壅高，給截流造成部分壓力，但由于截流前儲備了四面體和大塊石，將2～3個(gè)四面體或大塊石串成一體拋投，使得戧堤固根作用明顯[7]。

（4） 三期截流工程中，根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化了戧堤軸線，采用戧堤與圍堰分離布置的形式，減少了截流難度。但是，期間出現(xiàn)了截流后戧堤閉氣效果不佳的現(xiàn)象，在圍堰防滲體系未徹底形成前，戧堤的滲流造成了圍堰出現(xiàn)滑坡、堰體底部出現(xiàn)管涌等情況。因此，雖然戧堤與圍堰分離布置可使施工效率提高，但截流過程中高速水流沖刷戧堤填料，使得戧堤填筑物料級配不連續(xù)，無法達(dá)到閉氣效果。因此，如何在截流后提高戧堤閉氣效果需進(jìn)一步研究。

（5） 在預(yù)進(jìn)占和截流合龍過程中，隨著龍口束窄，流速變大，造成拋投物料沖刷增大，雖然投標(biāo)階段已明確了物料的流失系數(shù)，但由于上游流量大小的不確定性與物料選擇等因素，易出現(xiàn)拋投物料工程量增減等合同爭議。為防止出現(xiàn)合同爭議，截流工程前后應(yīng)對截流和基坑河床進(jìn)行地形測量，測量精度須達(dá)到1/500;同時(shí)，應(yīng)做好截流前水文監(jiān)測工作，尤其在臨近合龍前需安排非龍口段每2 h觀測1次，龍口段每1 h觀測1次且需晝夜不停檢測，以便針對拋投物料粒徑進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

（6） 金沙水電站截流施工場地狹窄，又受山梁子搶險(xiǎn)工程、花石崖危巖體、冷軋廠堆積體影響，截流能否成功具有不確定性。為此，通過金沙水電站各參建單位協(xié)同配合、詳細(xì)規(guī)劃，對不穩(wěn)定因素加強(qiáng)監(jiān)測，順利完成了分期截流。

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（編輯：江 文）

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