福堂电站截流设计与施工

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　　摘要：闸坝工程施工中导截流是关键项目，也是工程施工成败的重要环节，其中截流设计中戗堤进占方式和龙口位置选定以及截流材料的使用又是截流成功与否的关键，而施工组织和设备配置是龙口快速合龙的又一保证，围堰的闭气是给工程主体施工奠定了坚实的基础。本文仅对福堂电站闸坝（岷江上游）截流设计与施工过程作一总结，主要突出了设计的充分可行、施工组织合理、现场处理及时、围堰前期闭气处理方式有效。
　　关键词：福堂电站 截流 防渗 设计 施工
　　1 工程概况
　　福堂电站为引水式电站，位于四川省阿坝州汶川县境内的岷江干流河段上。闸坝位于玉龙大桥下游800m，厂址位于福堂坝沟口右侧，引水隧洞总长19.6公里。电站总装机36KW。
　　本工程主要建筑物等级为2等工程，永久性重要水工建筑物为2级，永久性次要建筑物为3级，导流建筑物为4级，导流洞、围堰设计洪水标准为P＝10％，相应流量为2280m3/s。
　　1.1水文及地质
　　福堂电站位于岷江上游干流上，是福堂太平驿电站的梯级电站。闸坝位于汶川县玉龙桥附近，控制积水面积19111km2。福堂电站的闸、厂区无气象站，但与汶川县城基本属于同一气象区。位于闸坝的绵池乡年平均降水量589.6mm，最大一日降水量80.68mm。岷江上游径流主要是降雨形成，另有部分地下水和季节性融雪补给。径流的年内变化与降水的年内变化基本一致，多年平均流量为345m3/s，丰水期平均流量544m3/s，枯水期平均流量为142m3/s。每年5～10月为丰水期，其径流量占年径流量的20.5％，年最小流量发生在2月中旬至3月上旬。年最大流量均发生在5～9月主汛期。径流年际变化小。
　　闸坝区河道顺直，河流由北向南经闸区，枯水期河水位高程1253m，河水面宽约50～80m，正常蓄水位1268m，谷宽约150m。据勘探揭露，河床覆盖厚度一般34～80m,左岸河槽覆盖层厚度深达92.5m。河床覆盖层按其结构、组成成分不同，自下而上可分为五层，分别为漂卵石层、粉土质砂及粉质土层。据地下水长期观测资料显示，地下水位与河水位基本一致。
　　1.2 导流方式
　　该工程导流方式为右岸导流洞过流，主河床全年围堰挡水。导流时间为两年。
　　2 截流设计
　　2.1设计标准
　　根据施工进度计划，截流时间选在11月中旬，由于导流与围堰设计标准为P=10%，因此截流标准选择为P＝20％。根据现有资料可知P＝20％的11月份平均流量Q月＝255m3/s,中旬平均流量为Q中旬＝251m3/s及11月份丰、中、枯的月平均流量分别为：258m3/s 230m3/s 168m3/s。介于P=20%的Q月与Q中旬比较接近，选择P=20%的Q月＝255m3/s作为截流设计流量。
　　2.2 戗堤位置
　　由于上游围堰轴线位置与型式已确定，围堰轴线上做防渗墙，因此戗堤的位置不能影响防渗墙的施工。
　　方案一戗堤位置选在围堰轴线上游，龙口从左岸进占截流。有利条件是：龙口合龙后，防渗墙施工平台填筑时几乎是在河滩上方施工，减少填筑料的流失。不利条件是：戗堤左岸端头是防渗墙高喷试验场，且有一大孤石，不利不利于施工道路布置，另外，在截流施工过程中大石或铅丝石笼可以被冲到下游侧影响后期防渗墙的施工。
　　方案二戗堤位置选在围堰轴线下游，龙口从左岸进占截流。有利条件是：戗堤右岸在防渗墙高喷试验场的下游侧，且避开了大孤石，有利于施工道路的布置，距对料场更近，不曾在截流施工过程中的大石或铅丝笼影响防渗墙施工的因素。
　　不利条件是：防渗墙施工平台的填筑是在水下进行，有部分流失量。
　　综上比较，选择戗堤位于轴线下游比较有利。为了不影响防渗墙的施工，又不超出围堰，影响主体工程的开挖施工，选择戗堤轴线位于（拦）0-180.0m处。即截流方式为下戗堤左岸单戗立堵进占。
　　2.3龙口位置
　　龙口位置宜选择在河床抗冲刷能力强，龙口离料场和特殊截流材料堆场的距离较近的区域，根据河床地形及整体布置，初选龙口位置：（闸）0+30m～0+70m的河床段。
　　2.4水力计算
　　由于现有水文资料是闸区上游水标尺处的水位与流量关系曲线，水标尺距戗堤位置150m左右，因此在计算时采用的水位与流量关系曲线时根据实测水面线进行推算的戗堤位置的河床水位与流量关系曲线，水下河床地形是采用的设计蓝图中的河床地形。
　　截流水力计算： Q＝255m3/s时各水力数表
　　龙口宽度B
　　（m）
　　水力参数 50 45 40 35 30 20 15 10 5 合龙
　　龙口流量
　　Qg(m3/s) 147.7 143.9 136.0 122.8 104.2 73.3 54.5 36 17.70
　　分流量
　　Qd(m3/s) 107.3 111.1 119 132.2 150.8 181.7 200.5 219.0 237.3
　　上游水位
　　（m） 1254.03 1254.05 1254.1 1254.18 1254.28 1254.45 1254.5 1254.66 1254.74 1254.82
　　下游水位
　　（m） 1254.84 1253.82 1253.78 1253.72 1253.60 1253.35 1253.20 1253.00 1252.70 1252.50
　　上下游水位差（m） 0.19 0.23 0.32 0.46 0.68 0.90 1.35 1.66 2.04 2.32
　　龙口差落区（m） 0.19 0.23 0.32 0.46 0.51 0.55 0.55 0.56 0.55
　　单宽流量
　　q(m3/s.m) 2.95 3.20 3.4 3.5 3.47 3.67 3.63 3.60 3.54
　　单宽功率
　　N(T.m/s.m) 0.56 0.74 1.10 1.61 1.77 2.0 2.0 2.02 1.95
　　平均流速
　　V（m/s） 1.9 2.25 2.61 2.13 3.24 3.33 3.30 3.27 3.25
　　抛石块径
　　d(m) 0.21 0.30 0.40 0.57 0.62 0.65 0.64 0.63 0.62
　　拟实际抛投粒径d(m) 0.25 0.37 0.49 0.68 0.74 0.78 0.77 0.76 0.74
　　根据以上水力计算及河床地形，确定龙口宽35m，桩号（闸）0+35～（闸）0+70。
　　2.5截流材料
　　截流材料及堆放场地
　　截流材料堆放场地分区布置，料物分类堆存，并设置标识牌，所有备料工作要求在10月中旬完成。项目部将组织专人每天对备料情况进行检查，确保备料按期完成；
　　A、块石与石碴：截流戗堤主要材料采用块石（粒径0.7～1.0m）与石碴（粒径0.4～0.7m，粒径大于0.4m的块石不少于30％），备料料场位坝轴线至上游戗堤左端头之间的河滩地，面积约2800m3，因场地狭窄，平均堆料7m（分两层：第一层至EL.1259.0m，第二层至EL.1262.5m），备料总量为10000m3。要求在2001年9月15日前结合取水口开挖完成备料工作。
　　截流时挖料程序：第一层从上游至下游，EL.1259.0～EL.1262.5m；第二层从上游至下游，EL.1259.0～EL.1255.5m。配置一台CAT330B、一台PC650型液压反铲和25T自卸汽车挖运。

　　B、细料：戗堤堤面填筑料及防渗墙反滤层填筑料。主要利用左岸上坝公路开挖土料，不足部分从玉龙大桥上游碴场河滩开采。备料料场为左岸石碴备料场下游河滩地，面积约1200m3，平均堆料高度3.5m（备料场地顶高程为EL.1259.0m），备料总量为4000m3,要求在2001年9月10日前结合上坝公路开挖完成备料工作。截流时挖料程序：从上游至下游，EL.1259.0～EL.1255.5m。配置一台CAT322型液压反铲和15T自卸汽车挖运：当不需要细料时，协助挖运石碴料。
　　C、特殊料物：龙口截流使用的特殊料物包括铅丝笼、石串、钢筋笼，分别堆放于细料场（800m2）和汽修场停车场（600m2）。其中，铅丝笼长1.5m、直径1.0m（共1360个，约1600m3 ，备料考虑了富余量），钢筋笼2.0×1.5×1.0 m3（共80个，约240m3），石串100m3，要求在2001年10月20日前完成备料工作。配置一台25T、8T汽车吊吊装，15T自卸汽车运输。
　　铅丝笼的编制采用10＃铅丝编制15×15cm的网，每张尺寸为3.5×2.4 m2，共用铅丝总量15400kg。钢筋笼的制作采用Φ12钢筋笼作为主筋，Φ8钢筋作为网络筋，网络尺寸15×15cm，钢筋总量约为8800kg。
　　各分区材料见表：
　　
　　
　　
　　
　　
　　材料
　　
　　项目 石碴 钢筋笼和石串 铅丝笼 砂卵石
　　上
　　游
　　围
　　堰
　　防
　　渗
　　墙
　　施
　　工
　　平
　　台
　　以
　　下 右预进占 戗堤顶宽15m 1000 m3（计入20％损失） 320m3（戗堤端头及两侧裹头）
　　 施工道路 顶宽15m 1800m3
　　 左预进占 戗堤顶宽15m 5200 m3（最大粒径0.7m，计入30％损失） 260 m3（戗堤端头护坡及15m范围内的护底）
　　 防渗平台填筑（滞后戗堤10m） 5370 m3（计入10％损失） 2700m3（计入20％损失）
　　 龙口宽30m Ⅰ区（10m） 800 m3最大粒径1.0m，计入40％损失） 285 m3（242个，顶宽5.0m）
　　 Ⅱ区（15m） 1000 m3（最大粒径1.2m，计入40％损失） 240 m3 430 m3（365个，顶宽6.0m）
　　 Ⅲ区（5m） 530m3（最大粒径1.2m，计入40％损失） 100 m3 145 m3（123个，顶宽5.0m）
　　 戗堤上游防渗墙平台填筑 7200m3（计入10％损失） 4270m3（计入20％损失）
　　
　　2.6设备配置
　　主要施工机械，CAT330型反铲1台，PC650型反铲1台，CAT322-B型反铲1台，ZC50C型装载机1台，D85型推土机3台，15T自卸汽车18部，25t汽车吊1台。
　　2.7截流施工安排
　　戗堤预进占
　　右岸戗堤预进占定于10月初至10月底进行（导流洞过水前），碴料取自围堰右岸端部，由1台CAT322－B型反铲挖装，3台15t自卸汽车运料至戗堤前沿卸料，1台D85型推土机来回抛投堆料，YZ10B型振动平碾碾压至高程1256.0m，戗堤顶宽15m，直至戗堤前沿端部及上下游两侧5m长范围内，采用钢筋笼裹头，以防在截流施工过程中被冲刷。
　　在右岸戗堤进占结束后，留下1台8T吊车，3台自卸汽车，1台CAT322B反铲，防止龙口合龙时意外情况发生。
　　左岸原213国道至戗堤左岸端头道路的填筑在10月10日至10月30日进行，坡度为10％，长度40m左右，宽度不少于15m。碴料来源于引水隧洞洞挖石碴与取水口明挖石方，推土机推料压实。
　　左岸戗堤进占定于11月初导流洞分流后进行，碴料取自取水口处明挖料。由一台CAT322B型反铲、1台CAT300B型反铲挖装石碴，6台15t自卸汽车运输石碴，推土机1台推料抛投，YZ10B型振动碾碾压。戗堤顶宽15m，高程1256，至桩号（闸）0+35为止，形成龙口后抛投部分铅丝石笼护坡。
　　龙口合龙
　　截流定于11月上旬进行。截流前，要做好各项准备工作，最后根据天气和水情预报选定截流的确切时间。龙口合龙计划在8小时内完成，平均抛投强度为430m3/h（平均约1.25分钟抛投一车），最大抛投强度为600m3/h（平均约0.9分钟抛投一车）。
　　为保证龙口合龙的顺利进行，在堆料场配置二台反铲挖装碴料，一台ZC50C型装载机协助装料和清理道路，配置一台25t汽车吊和一台8t汽车吊于特殊料场吊装铅丝石笼、钢筋笼；配置7台15t自卸汽车和6台25t自卸汽车运料，在戗堤上布置两台D85型推土机推料抛填。
　　龙口合龙时，自卸汽车在戗堤前沿上游侧卸5～6车铅丝笼（或2～3个钢筋笼、或石串、或铅丝笼与钢筋笼混编），下游侧卸5～6车石碴后，推土机推料抛投，以这样同时进占的推进方式，直至龙口合龙。
　　根据以往工程经验，截流料物抛投越快，截流难度越小。因此，合理组织施工，做好各种机械的协调工作是必要的。
　　组织机构
　　A、 机构设置
　　为了确保截流施工的顺利进行，设立专门的截流施工管理机构，并按照职责分工。分工及职责说明：
　　截流领导小组：对截流方案、组织工作进行决策。
　　组长单位：福堂水电有限公司
　　副组长单位：监理工程师、设计代表、水电七局
　　成员单位：福堂水电有限公司、监理单位、设计代表、水电七局
　　专家办公室：对截流方案和施工过程中遇到的问题提供处理意见，以供截流领导小组决策。
　　截流现场指挥部：根据截流领导小组的指令，全面指挥截流施工。
　　由水电七局福堂水电站项目经理部及施工工区有关人员组成，设指挥长1名，副指挥长2名。下设施工技术室、质量安全室、现场调动室、后勤保障室。
　　施工技术室：编制截流施工方案，及时向指挥部报告现场施工和水情情况，解决施工过程中遇到的技术问题。下设施工测量组和水情观测组。
　　施工测量组：负责施工过程中的测量工作，确保截流戗堤轴线和顶高程的准确；并及时提供戗堤进占桩号及工程量。
　　水情观测组：负责截流前及截流施工过程中的水情预报及观测，并及时按统一格式整理上报。包括导流洞进出口水位、流速、流量，龙口上下游水位、龙口流速，围堰上下游水位（请业主统一协调，要求水文站参加，并提供威州站、太平驿站在截流前３天和截流当天的水情资料）。
　　质量安全室：对施工质量进行全面控制：负责机械设备和施工人员的安全工作。
　　现场调度室：按照截流现场指挥部的要求，负责截流施工的现场组织、指挥和协调工作。保证装料、运输、抛填的有序进行，下设四个作业队。
　　抛填作业队：在现场调度室的指挥下，按要求进行龙口截流料物的抛填工作。
　　挖装作业队：根据现场调度室的指令，负责石碴料和细料的挖装工作。
　　吊装作业队：根据现场调度室的指令，负责铅丝笼、钢筋笼、石串的吊装工作。
　　运输作业队：根据现场调度室的指令，负责截流料物的运输，并按规定的线路行驶。
　　后勤保障室：下设道路维护队、机械维护队、供电通讯组、接待组。
　　通路维护队：随时对截流施工道路进行维护，确保道路的畅通。
　　机械维护队：截流前加强对所有施工机械设备的检修和保养，确保截流施工时机械设备的完好率；在施工过程中，随时检查与保养，保证施工设备的油料供应。
　　供电通讯组：负责施工区域内的照明和通讯线路、设备的安装及维护。
　　生活组：负责现场施工人员餐饮工作。

　　接待组：负责来宾的接待工作。
　　Ｂ、通讯
　　１、 对外通讯：安装两门市话作为对外通讯。
　　２、 内部通讯：利用已安装的小型程控交换机在现场增设６门自动电话。配置８对无线对讲机作为现场指挥调度。
　　３截流施工
　　3.1 水文情况
　　由于该年9月份发生一次大洪水，流量为1280m3/s，10月份雨水偏多，所以河水流量较设计时大，在离截流时间前几天一直在340 m3/s。但因导流洞进口低于主河床，对导流洞进口围堰拆除时已挖至河床以下1m左右，所以主河床流量显得较为平缓。
　　3.2 戗坦位置
　　在左右岸进行戗堤施工时，由于施工机械配置较为充分，且碴料也较为充足，所以对左岸戗堤加宽到70m，在进占过程中，发现水流在截流轴线上跌落较大，水流较急，经分析，此段河床底部可能与设计图不符，而在轴线上游20m处水流较为平缓，于是立即决定将龙口轴线上移20m，再进行预进占推进，效果较为显著，水力冲涮较小，50－70cm料径块即可站住。所以龙口及预进占轴线较设计时上移了20m。
　　3.3 合扰
　　按照施组设计，合拢应于11月15日，但由于改变轴线后预进占推进较为顺利，在10月底龙口已剩余40m宽，经观察分析可以进行合拢，所以合拢日期定于11月1日。合拢时按照施组进行机械设备和人员安排有序进行，同时进行了水文观测。由于块石料备料充分，机械设备配置合理，截流场地宽阔，现场抛投强度很高，合拢进行得相当顺利，相当长的距离均可由块石推进，只是在龙口8m左右使用了五个钢筋石笼，同时右岸也进行大场石推进，在经历了三个小时后，大江顺利合拢，未出现意外情况。
　　3.4 闭气
　　岷江河流主河床覆盖层较厚，且上部为2－3m厚的漂卵石层，截流后防渗问题突出，特别是在围堰防渗墙施工时基坑要进行排水开挖，渗水太大将给排水带来很大困难。因此，围堰与主河床接触层前期防渗采用黄泥，具体作法是在防渗轴线上用反铲挖槽，浓度超过漂卵石层，该部位深度为4－5m，使用PC650反铲进行开挖，下口宽度为一反铲斗宽（2m左右），上口约6m宽，开挖一段，即回填黄泥，用推土机从一头推进并压实。此方法在福堂电站取得良好的防渗效果，围堰渗水量很小。
　　总结：
　　经过对岷江大江截流设计和施工过程，可以得出几点意见：截流前对水文分析、水力计算要作充分论证，以便保证截流材料的准备，戗堤材料应在设计基础增加0.5倍，特殊料物应增加2－3倍以上，以防万一；施工机械应作充分准备，防止突发事件发生；在施工中应对现场随时观察分析，调整有利施工方案；截流时组织机构要得力、有效；截流前应创造良好的分流条件，可减少截流难度。
　　
　　参考文献：
　　[1]《水利工程施工》武汉水利电力学院水利出版社1980.6
　　[2]《水利水电工程施工过程的水流控制》成都科技大学王民寿编1983.3
　　
　　 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
　　

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