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1、冲乎尔水电站导截流施工常继才 吴小华 刘一勤摘要 新疆冲乎尔水电站工程，施工设计拟定为分期施工，已于2007年11月4日成功实现二期截流，通过截流施工实例，介绍冲乎尔水电站导流方式及标准、围堰类型、截流设计及相应的水力学计算方法。关键词 围堰 截流 设计 施工 方案 1 导流方式和标准冲乎尔水电站采用分期导流，导流建筑物由一、二期纵横向围堰和泄洪底孔组成。结合施工总进度计划安排，导流分为三个阶段：一期导流、二期导流和坝体临时度汛阶段。一期导流阶段为2007年5月至2007年10月，利用束窄后的原河床过流、右岸一期纵横向围堰挡水，进行右岸坝0+237.90+545.0m坝段高程721.5m以下碾
2、压混凝土施工；二期导流阶段为2007年10月至2009年4月，利用底孔泄流、二期纵横向围堰挡水，进行左岸坝0+0000+237.9m坝段高程721.5m以下碾压混凝土及整个坝体721.5m725.0m高程碾压混凝土的施工；三期导流阶段为2009年5月至2010年5月由底孔泄流、坝体临时断面挡水。一、二期围堰的设计洪水标准均为10年一遇，最大洪水流量为1405m3/s，按此设计洪水标准进行导流工程建筑物的设计和施工。2 各期导流特性及设计2.1 一期围堰一期围堰导流建筑物特性见表1。一期上游纵向围堰堰顶高程708.0m，下游横向围堰设计顶高程为705.5m，采用土石围堰，堰顶宽为8m，迎水坡1：
3、2.25，背水坡1：1.5，围堰总长439m，最大堰高9.3m，围堰堰体和基础均采用高喷灌浆防渗，堰体迎水面采用块石护坡。2.2 二期围堰 二期围堰导流建筑物特性见表2。3 围堰设计3.1 截流戗堤设计审稿：王文彬根据设计提供的泄流底孔水位流量特性表可知，设计截流流量为70m3/s时，上游围堰水位约EL700m，根据截流水力学计算结果，截流时最高壅高水位为67m，考虑戗堤安全超高及行车需要，取1m的超高，故截流戗堤高程为708m，堤顶宽度为5m，水下部分边坡为自然坡，水上部分上游坡为1:3，下游坡为1:2。表1 一期导流建筑物特性表项目单位数量备注导流设计标准10全年导流设计洪峰流量m3/s1
4、405导流设计洪水位m706.55挡水建筑物一期围堰堰型高压喷射灌浆围堰堰顶高程m708.00Y0+000Y0+324.949m708705.5Y0+324.949Y0+364.949m705.5Y0+364.949Y0+439.000最大堰高m9.3堰前水位m706.55堰顶宽度m8.0迎水坡1：2.25背水坡1：1.5泄水建筑物束窄河床底宽m70束窄度37纵坡3.86流速m/s3.4水深m5.55表2 二期导流建筑物特性表项目单位数量备注导流设计标准10全年导流设计洪峰流量m3/s1405挡水建筑物二期上游横向围堰堰型土石围岩堰顶高程m721.50最大堰高m20.50堰前水位m720.14
5、堰顶宽度m8.0迎水坡1：2.0背水坡1：1.5二期上游纵向围堰堰型碾压砼围堰堰顶高程m721.50最大堰高m29.5堰前水位m720.14堰顶宽度m4.5二期下游横向围堰堰型土石围岩堰顶高程m712.00XH0+0000+140.833m712.00705.00XH0+140.8330+208.5最大堰高m13.8堰顶宽度m8.0迎水坡1：2.25背水坡1：1.5泄水建筑物泄水孔孔口尺寸mm78.5（宽高）两孔进口底板高程m702.00流量m3/s1231.623.2 围堰断面设计根据设计提供10年一遇洪水标准，流量1405m3/s，相应围堰上游水位720.14m，下游水位704m，考虑到安
6、全超高，取1.5m，二期上游纵横向围堰设计顶高程为721.5m。二期上游横向围堰最大堰高为21.5m，堰顶宽8m，堰顶长196.0m，迎水坡1:2.0，背水坡1:1.5；上游横向围堰设计为砂壤土芯墙土石围堰，防渗体顶高程为720.6m，芯墙底宽为10m，顶宽为2m的梯形断面，芯墙两侧设2.0m厚的过渡料；基础采用高喷灌浆防渗，深入基岩0.5m，最大深度18.7m。二期上游纵向围堰为碾压混凝土围堰，最大堰高29.5m，堰顶宽4.5m，长115m，迎水坡705.5高程以上铅直，以下1：0.3，背水坡716.5高程以上铅直，以下1：0.5。根据最大下泄流量和水位流量关系确定二期下游横向围堰设计顶高程
7、为706.0m，围堰顶宽8m，堰顶长208.5m，采用土石围堰，迎水坡1：2.25，背水坡1：1.5；下游横向围堰堰体和基础均采用高喷灌浆防渗，深入基岩0.5m。4 截流设计4.1 截流流量和时段的选择根据水利水电工程施工组织设计规范SDJ338-89（试行）的规定，截流设计标准按照截流时段重现期510年的月或旬平均流量来设计。由于该时段流量资料缺乏，故只能按照招标文件中提供的多年各月平均流量数据选取，根据本工程的实际情况及节点控制要求，采用9月-10月份两个月加权平均流量来作为截流设计流量，其流量为70m3/s。结合布尔津河流量情况，具体截流时段定为2007年10月下旬或11月上旬，根据流量
8、预报情况适时选择截流日期。4.2 戗堤轴线及龙口位置选择 根据现场条件，并考虑到尽可能避开水位落差大的区段以及尽可能使戗堤轴线垂直于主流，由于场区左、右岸均有施工道路，截流考虑双向预进占，故龙口设在靠近河道中间的主河道段。4.3 截流方式采用自卸汽车自戗堤前缘后退卸料、推土机配合的单戗单向立堵方案，一次形成截流戗堤，戗堤的进占采用“上游角突出型抛投法”。截流戗体总长约75m，预进占长度约55m，堤头推进边坡1：1.5，预留龙口宽度20m。4.4 截流估算4.4.1 截流水力计算 绘制龙口泄水曲线族QL=fHB（上游水位与不同龙口宽度B的泄流量关系）；QL=m-QL龙口泄流量，m3/s；m流量系
9、数（一般取0.300.32），取m0.31；龙口平均过水宽度，m；（根据现场情况，取30m作为龙口宽度初值，然后递减取值）；g重力加速度；H0龙口上游水头；QL=1.37（30 m, 20 m，10 m，5 m，0）；截流在初始阶段，上游横向围堰龙口段下游水位取值为701.5m高程，围堰上游水位在不超过704.5m高程，此时泄流底孔不分流，计算并绘制龙口流量QgBH0曲线。 绘制分流曲线底孔分流量QdH（上游水位与泄流底孔流量曲线）根据设计给出的泄流底孔上游水位与泄流底孔流量数据绘制泄流曲线，见表3。 按图解法求出几组相应的B、H、Qd、Qg 立堵法截流水利图解法计算图表3 泄流底孔上游水位与
10、泄流量关系表泄流底孔分流量（Qm3/s）上游水位(m)0704.518.65705.4645.16705.95110.74706.73424.09709.60713.29712.30由图解法可知，当围堰进占到龙口宽度30m、20m时泄流底孔不分流，围堰进占到龙口宽度10m时，泄流底孔开始分流。 列表计算截流过程中的诸水力参数见表4。表4 龙口不同宽度的水利参数计算表龙口宽度B（m）上游水深（H）泄流底孔分流量（Qd）m3/s龙口泄流量（Qg）m3/s303.0070203.5070104.507055.2812.753.307.2700由于龙口宽度30m、20m时泄流底孔不分流，属于非龙口段进
11、占，采用截流施工流量，按一般束窄河床水利学计算公式，求算口门落差和龙口平均流速如表5。表5 按照上述计算结果见表龙口宽度（），m3020201010550上游水深（H），m3.03.53.54.54.55.285.287.2上、下游落差（Z），m1.52.03.03.5龙口流速（V），m/s1.171.521.522.52.53.13.14龙口流量（QL），m3/s707053.304.4.2 抛投材料稳定计算 ( k=0.9 , rs=2.65t/m3, r=1t/m3)则d0.034V2将上述求得的对应流速数据代入公式即可求得相应流速下抛投材料的折算直径：d15cm，d210cm，d325
12、cm，d435cm。4.4.3 龙口水力特性确定根据水力学计算结果，综合考虑抛投物料的运输、起吊能力，参考以往类似工程经验，并按设计条件（即设计截流水位与流量）确定龙口特性，将整个截流过程分为三个阶段：1）预进占阶段；龙口宽度从7020m，对应的流速V在1.12.0m/s范围。2）截流预进占阶段；龙口宽度从2010m，对应的流速V在2.03.0m/s、此时上游水位壅高到705.00高程，分流建筑物开始分流泄水。3）龙口口门封堵阶段；龙口宽度小于10m，对应的流速V在34m/s，最后封堵口门宽度为5m，对应流速大于4m/s。4.4.4 截流抛投料确定根据水力学计算结果，参考以往类似工程经验，流速
13、v在1m/s范围内采用抛填土料，流速v在13m/s范围内抛投块石（大于40kg），流速v 在34m/s，抛投钢筋石笼（2t）或采用开挖大块石（2t），流速大于4m/s，则采用抛投混凝土四面体（1t）串和石笼串进行口门封堵。5 截流工程施工5.1 取料场规划上游右岸截流戗堤进占用土料采用一期纵向围堰拆除填筑料，石渣料取自下游侧坝基开挖弃渣料；上游左岸截流戗堤进占用土料取自上游C3料场滩地砂壤土，石渣料取自下游坝肩开挖渣料；后期上下游围堰加高培厚土料来自C3料场，石渣料均取自大坝二期基坑开挖料。 5.2 道路规划右岸利用上下游下基坑道路及一期围堰进行上下游围堰预进占，泄流底孔过流前，将推土机、装满
14、渣料的自卸汽车停放在二期上游围堰上，然后挖除一期上游纵向围堰及下游横向围堰，泄流底孔过流后，右岸交通受阻；左岸利用进场道路，上下游在围堰交汇处加宽，便于截流时错车或倒车。5.3 截流施工5.3.1 施工时间上下游围堰预进占时间：2007年8月26日2007年10月20日；上下游围堰防渗墙施工：2007年8月30日2007年10月25日；上下游截流戗堤预进占：2007年10月26日2007年11月3日；封堵口门戗堤合龙时间：2007年11月4日。5.3.2 口门封堵设计（截流合龙阶段）最后戗堤截流合龙阶段预留口门顶宽8m，深约5m，坡比为1:1.5的三角堰，合龙封堵抛填工程量约150m3，考虑安
15、全系数为2，则抛填工程量为300m3。考虑每辆车装载10m3，则需要30车，按10辆准备，左右岸各5辆。计划每5min抛投一车，则最少抛投时间为40min，最多抛投时间为75min，平均时间为60min。5.3.3 施工方法挖掘机在所规划的料源地开采并装车，自卸汽车运至填筑工作面附近的回车场，调转车向，倒车至工作面并卸土，推土机平土立堵进占；抛石施工时推土机控制堤顶高程应低于土方填筑高程50cm，抛石体顶部50cm采用土料跟进找平，以利车辆进占，最后的钢筋石笼与开挖料大块石封堵口门速度要快，以利降低流速。石料装车采用装载机，左右岸各布置一台3.0m3装载机和一台TY220推土机。6 注意事项（
16、1）本次截流流量、流速受上、下游各支流影响较大，且受天气情况制约，截流期间安排专人协调解决以下两个问题： 提前对上、下游附近支流水情做一个预报； 对截流区域的水文情况随时监测。（2）根据截流前天气情况和流量大小确定截流时间，如果天气恶劣或者流量突然增大，超过截流设计流量时，推迟12天进行截流，确保截流安全。（3）龙口口门封堵阶段，如果流速大于4m/s时，采用抛投预制块（单块5t）进行口门封堵。7 结束语冲乎尔水电站主体工程2007年4日1日正式开工，并于2007年11月4日成功实现二期截流，短短7个月的时间，完成了土方开挖29万m3，石方开挖14万m3，碾压混凝土7.7万m3 ，常态混凝土3.54万m3 ，2007年实现二期截流为冬季进行二期基坑开挖创造了条件，为冲乎尔水电站二期工程顺利施工奠定了基础。