沙湾电站二期导流及截流工程专项施工组织设计精简修改模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
沙湾电站二期导流及截流施工专项施工组织设计
1 工程概述
1.1 主体工程概述
1.1.1 地理位置
沙湾电站枢纽工程位于四川省乐山市沙湾区葫芦镇河段, 距葫芦镇上游约1.0km。电站枢纽为大渡河干流下游梯级开发中的第一级, 枢纽上游11.5km为已建成的铜街子电站, 下游为规划的安谷电站, 枢纽距乐山市城区44.5km, 电站下游约7.0km处有成昆铁路经过( 轸溪车站) , 坝区内有省道S103线经过, 交通便利, 地理位置优越。
1.1.2 枢纽特性
该工程以发电为主, 兼顾灌溉和航运功能。电站装机容量480MW( 4台×120MW/单机装机容量) , 额定水头24.5m, 正常蓄水位▽432.0m, 设计引用流量2203.2m3/s( 4×550.8m3/s) , 保证出力151MW, 年利用小时数5015h, 年发电量24.07亿KW·h, 总库容4867万m3, 正常蓄水位以下库容4554万m3。枢纽采用一级混合开发方式, 即建坝壅水高15.5m, 与上游铜街子尾水相衔接, 河床式厂房, 厂后接长9015m的尾水明渠, 尾水渠利用落差14.5m。
枢纽区坝( 坝2) 线长699.82m, 水工布置从左岸～右岸分别为面板土石坝、 左储门槽、 泄洪冲砂闸、 主厂房、 右储门槽及安装间和右岸接头坝。沙湾电站属二等大( 2) 型工程。主要建筑物非溢流面板坝、 泄洪冲砂闸坝、 电站主、 副厂房、 尾水渠、 升压站等为2级建筑物。次要建筑物拦砂坎、 上、 下游导墙等为3级, 临时建筑物为4级。
1.1.3 二期工程概况
沙湾电站分两期施工, 采用二段二期常规施工导流方式, 一期围护右岸, 束窄左岸河床导、 泄流; 二期围护左岸, 一期已建成的五孔冲砂闸分流、 导泄流。一期主要施工任务为五孔冲砂闸坝、 电站主、 副厂房、 右储门槽、 安装间、 右岸接头坝、 尾水渠、 升压站等土建及金属结构安装工程; 二期工程主要分标项目施工任务( 但不限于) : 二期五孔泄洪闸工程、 左储门槽、 左岸非溢流坝( 含基础处理) 、 二期纵向围堰加高、 二期过水围堰( 含基础处理及汛后围堰加高) 等的土建以及五孔泄洪闸金属结构设备安装等和为完成本合同项目需要的所有临时工程。二期工程计划自 9月1日开工, 至 5月31完工, 合同工期21个月。
1.2 水文条件
大渡河流域内的径流主要由降雨补给, 径流的年际、 年内变化与降雨特性基本保持一致。径流的年际变化较小, 枯季径流较为稳定。根据上游铜街子水文站1937～ 资料统计汇总分析, 多年平均流量1490m3/s, 系列内最大年平均流量为1990m3/s( 1949年) , 最小年平均流量1130m3/s( 1987年) , 相差仅1.76倍。但径流在年内分配较不均匀, 丰水期5月～10月水量占年水量80.1%, 11月～4月只占19.7%, 而最枯的2月份仅占2.09%, 年最小流量一般出现在2月。
表1-1 沙湾电站分期洪水成果表
统计时段
各频率设计值( m3/s)
P( %)
P=2%
P=3.33%
P=5%
P=10%
P=20%
P=33.3%
P=50%
1月
1730
1730
1730
1730
1730
1730
1730
2月
1730
1730
1730
1730
1730
1730
1730
3月
1730
1730
1730
1730
1730
1730
1730
4月
1730
1730
1730
1730
1730
1730
1730
5月
3330
3180
3050
2810
2540
2300
2070
6月～9月
9890
9290
8800
7940
7030
6300
5650
10月
4280
4090
3930
3630
3290
3000
2720
11月
2090

1920
1780
1730
1730
1730
12月
1730
1730
1730
1730
1730
1730
1730
10月～5月
4300
4120
3970
3690
3380
3110
2840
10月～4月
4280
4090
3930
3630
3290
3000
2720
11月～5月
3730
3520
3350
3040
2690
2400
2110
11月～4月
2130
2030
1950
1800
1730
1730
1730
表1-2 沙湾电站坝下150水位流量关系曲线表( 节点间距=0.10m)
水位
水位
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
413.00

67.2
69.6
72.6
76.1
414.00
80.3
85.1
90.5
96.7
103
111
119
128
137
148
415.00
159
172
187
203
220
238
257
277
298
321
416.00
345
381
425
475
526
581
639
701
767
836
417.00
912
993
1080
1170
1260
1360
1460
1570
1680
1800
418.00
1920
2040
2160
2290
2410
2540
2670
2810
2950
3090
419.00
3230
3370
3520
3670
3820
3970
4120
4280
4440
4600
420.00
4760
4930
5090
5260
5420
5590
5760
5930
6110
6290
421.00
6470
6650
6840
7030
7220
7410
7610
7800
8000
8200
422.00
8400
8610
8830
9050
9280
9510
9740
9990
10200
10500
423.00
10700
11000
11200
11400
11700
11900
12100
12300
12500
12700
表1-3 过渡期各月旬平均流量频率计算成果表
统 计
时 段
均值
( m3/s)
各 频 率 设 计 值( m3/s)
P ( %)
2
5
10
20
50
90
4
月
上旬
498
760
700
649
591
489
358
中旬
609
1080
953
854
746
578
405
下旬
727
1200
1090
997
890
708
481
5
月
上旬
960
1740
1550
1390
1220
923
573
中旬
1190
1850
1700
1570
1420
1170
842
下旬
1540
2550
2310
2110
1890
1500
1020
10
月
上旬
2270
3640
3320
3050
2750
2220
1550
中旬
1930
2800
2610
2440
2250
1900
1450
下旬
1540
2240
2080
1950
1790
1520
1160
11
月
上旬
1200
1680
1580
1480
1380
1190
933
中旬
983
1330
1260
1190
1110
975
788
下旬
829
1080
1030
981
925
824
684
1.3 枢纽地质工程条件
枢纽区河床覆盖层深厚, 最大厚度高达66.0m。主要由第四系上更新统冲、 洪积( Q3al+pl) 堆积层以及第四系全新统冲积( Q4al) 堆积层组成。冲洪积堆积层主要分布于河流左岸Ⅱ级阶地及河床内左、 右两侧深切河槽中部、 下部。物质组成成分: 上部为漂砾卵石夹砂, 砂夹卵砾石, 局部夹砂层透镜体; 中部为砾卵石及漂砾卵石夹粉土; 下部为砾卵石夹砂, 层中夹粉细砂层透镜体; 冲积堆积层广泛分布于河床及漫滩中部、 上部。按其组成物质差异分为两层, 上部Ⅱ-2层为漂卵砾石夹砂, 局部夹粉细砂层或砂夹卵砾石透镜体, 厚6.6～33.2m, 下部Ⅱ-1层为卵砾石夹砂, 厚0～26.0m。
1.3.1 二期上游围堰工程地质条件
上游围堰布置在上游侧距坝轴线约76.86～146.64m处。围堰左端头与左岸岸坡相接, 岸坡段地表分布第四系人工堆积( Q4γ) 杂填土, 厚0.0～4.4m。河床覆盖层中部、 上部地层为第四系全新统现代河流冲积堆积( Q42al) 层, 按物质成分差异性分为两层, 上部第Ⅱ层为漂砾卵石夹砂, 厚度0.0～30.9m, 下部第Ⅰ层为砾卵石夹砂, 厚度0.0～17.5m。河床下部为第四系上更新统冲、 洪积堆积( Q3al+pl) 层, 物质成份为砾卵石夹砂及砾卵石夹粉土, 厚7.3～27.9m, 层中局部分布第四系上更新统冰水堆积( Q3fgl) 之孤块石夹粘土。河床覆盖层中漂卵砾石主要成分为花岗岩、 闪长岩、 辉绿岩等, 粒径一般2～20cm, 最大30～35cm, 呈次圆～次棱角状, 分选性差; 砂主要为中细砂, 含量约10～20%。
1.3.2 二期下游围堰工程地质条件
下游围堰布置在下游侧距坝轴线约253.5～283.34m处。围堰端头与左岸岸坡相接, 该段岸坡地形平缓, 地表分布第四系人工堆积( Q4γ) 之杂填土, 厚0～5.6m。河床覆盖层中部、 上部地层为第四系全新统现代河流冲积堆积( Q42al) 层, 按物质成份的差异分为两层, 上部第Ⅱ层为漂砾卵石夹砂, 厚5.5～16.0m, 下部第Ⅰ层为砾卵石夹砂, 厚度0～17.0m; 河床下部为第四系上更新统冲、 洪积堆积( Q3al+pl) 层, 物质成份为砾卵石夹粉土, 底部为砾卵石夹砂, 厚0～48.9m。河床覆盖层中漂卵砾石主要成分及透水性与上游围堰基本相同, 仅泥质白云岩透水率为2.0～19.5Lu, 以弱透水岩层为主, 具有较好的隔水性能。
1.4 水流控制特点
沙湾电站采用二段二期导流方式, 一期工程采用全年挡水土石围堰, 经过束窄的左岸河床导流; 二期工程围堰设计为允许过水土石围堰, 枯水期经过已建成的五孔冲砂闸过流、 泄流, 丰水期二期基坑主动充水, 淹没基坑过流、 渡汛。下面仅对二期工程水流控制特点进行分析, 具体特点如下:
⑴ 因二期围堰设计为允许过水的土石围堰, 其挡水围护期间需经历一个汛期( 6月～ 9月) , 两个枯水期( 12月～ 5月与 10月～ 5月) , 且汛期期间基坑需主动充水过流防洪、 渡汛。为减小汛期围堰过流后恢复工程量, 能尽快恢复主体工程施工, 则过流前、 后必须确保围堰稳定, 加强过流面防护, 并按设计要求, 在洪水红色预警来临前, 采取基坑预先充水平压、 缓流措施, 减小水流冲刷, 保证堰体完整和稳定性, 避免后期大范围、 高强度的维护恢复、 返工重筑, 增加施工成本投入;
⑵ 围堰下伏砂卵石, 属强透水层, 渗透量大, 而一枯期间基坑内工作任务繁重, 施工强度高。为确保基坑能在干地施工, 不受高强度经常性排水及渗水影响, 需及早进行围堰塑性砼防渗墙的施工。为此, 在上、 下游围堰布置期间, 需合理选择戗堤位置及宽度, 以能尽早满足为防渗墙施工提供操作平台位置为宜, 缩短基础处理与主体工程工期, 但相应增加了围堰戗堤进占抛投强度及工程量;
⑶ 二枯期间( 10月～ 5月) 围堰要求能具有临时挡水发电要求功能, 则要求将上游围堰加高到设计高程▽432.7m, 并加强防渗处理, 保证机组发电正常运行;
⑷ 截流初选设计流量981m3/s( P=10%) , 水流由一期已建的五孔冲砂闸分流, 截流难度大、 重要性强、 右岸河道因河床疏浚整治不理想, 导致分流效果将会很差、 风险高, 必须经过充分准备、 精确计算、 辅以模型试验及风险分析, 配备足够的施工机械设备及料物, 精心组织、 时势截流, 方能确保截流一次性成功;
⑸ 围堰设计在 6月～9月期间允许过水, 基坑充水防洪、 过流渡汛, 由于基坑面积大, 辅助设施多, 部分永久建筑物被淹没, 河沙淘刷, 长时间停工水中浸泡, 造成基坑清理、 清淤工作量巨大, 重复投入费用高, 恢复极为困难;
⑹ 围堰在整个挡水期间, 须作好围堰的维护, 加强监测, 确保主体工程正常施工及人员设备安全。
1.5 施工难点
结合沙湾电站实际工程地质及水文条件, 沙湾电站二期工程导、 截流工程有如下几个施工难点:
⑴ 二期工程导流主要采用一期工程已建的五孔冲砂闸分流渲泄流量, 且要求一期上、 下游围堰拆除及上游河床疏浚工程在二期围堰戗堤截流前完成, 满足较好的分、 过流条件, 当前一期工程剩余的土建及金结安装工程任务均较繁重, 工期都极为紧张, 施工压力较大, 与二期截流工程干扰影响较大, 上游河床疏浚效果及冲砂闸分流效果直接影响到截流泄流龙口流量、 流速及水深等水力要素, 给截流工程增加施工难度;
⑵ 河床多属抗冲刷能力弱的松软砂砾石或砂卵石层, 卵石、 砾石表面光滑, 极容易被高流速水流冲刷掏空, 特别是护底材料可能会全部被冲走, 须重复高强度施工护底; 戗堤预进占材料、 龙口截流抛投材料均难以站稳脚, 稳定性较差、 冲距大、 流失量大, 有效利用率较低; 且因进占戗堤端头处水流流速集中, 戗堤端头极容易坍塌, 临时裹头保护工程量大, 截流风险及难度均较大。
⑶ 截流流量主要受上游铜街子及龚嘴电站发电调蓄能力影响, 需及时了解上游已建的电站发电运行及来水情况, 合理选择适当流量, 使截流材料备料合理。条件允许的情况下, 截流过程中可经过水库调度协调上游电站, 将上游来水拦蓄起来, 减少发电机组数量, 从而减少上游来水流量及降低截流难度。
⑷ 限于附近区域大块石料物( d≥0.4m) 较少, 二期截流工程所需的大块石及特殊料物较多, 当前仅能依靠高成本投入加工编制铅丝笼、 预制砼杩槎体等特殊料物; 有用料场地规划困难, 占地范围广, 场地平整、 临建设施辅助工程量巨大, 准备工作工程量大, 施工成本高。
⑸ 因左岸河床被束窄到一定距离形成龙口后, 流速较高( 高达4.0m) , 落差较大( 高达2.4m) , 普通材料自稳能力差, 冲距大, 材料流失大, 考虑用铅丝笼平面护底或挡坎形式护底, 护底工程量较大, 且施工极为困难, 普通汽车吊、 履带吊仅能施工离戗堤端头20m～30m设备旋转空间范围, 且动水中摘勾、 卸料困难, 如无特殊大型驳船配合, 龙口中部深水、 高流速范围将极难施工。
⑹ 因种种原因, 二期工程合同签定有所拖延, 上游移民问题至今未及时得到妥善解决, 导致二期工程所有前期准备工作迟迟无法正常启动开展, 顺利进行, 特别是围堰截流材料备料显得十分仓促, 工期压力十分紧张, 风险较大, 施工成本投入相应大幅度增加。
⑺ 二期截流工程施工道路及施工用电线路规划布置较困难, 河床左岸线路、 网路较多, 负载用户特殊, 且大部分网线在二期主体工程坝肩范围内, 改建协调困难, 施工成本费用较高。
⑻ 二期工程基坑围护围堰设计为过水围堰, 需多次加高、 培厚, 机械使用时间很不均衡; 后期维护及清理、 设备拆迁及恢复、 基坑清理等重复工作量较大, 施工组织设计较为困难。
2 导流施工
2.1 导流方案
二期工程围堰设计为允许过水土石围堰, 满足两个枯水期挡水及汛期过流防洪渡汛要求, 经过上、 下游横向围堰横断原左岸已被束窄河床进行挡水, 引导河道水流沿右侧一期已建成的五孔冲砂闸进行分流、 泄流。
2.2 导流标准
二期过水土石围堰, 使用期间需经历两个枯水期( 挡水) 与一个汛期( 过流) 。其中, 一枯挡水时段为 12月～ 5月, 二枯挡水时段 10月～ 5月。经水文资料分析, 两枯水期导流标准为20年一遇( 洪水重现期T=20年, P=5%) , 相应设计流量为3970m3/s; 汛期( 6月～ 9月) 当超标准洪水( ≥3970m3/s) 来临时, 提前红色预警, 基坑主动充水, 子堰溃堰后淹没基坑过流, 防洪渡汛。
2.3 导流程序
沙湾电站二期工程计划从 9月1日开工, 到 5月31日工程完工, 合同工期21个月, 共经历两个枯水期和一个汛期, 根据施工总进度安排, 导流程序如下( 前期一期工程导流程序及导流标准详见其它相关资料) :
⑴ 8月～10月, 进行二期截流准备, 一期工程过流建筑物完建, 期间仍由一期围堰挡水, 原左岸束窄河床导流;
⑵ 10月下旬, 开始进行二期围堰截流戗堤预进占( 采用双戗双向预进占, 上下游、 左右岸同时施工) , 初步考虑 11月底截流( 截流设计流量981m3/s) ; 2月9日前完成围堰防渗墙施工和一期纵向围堰拆除, 并开始基坑初期排水, 2月中旬至5月底进行二期基坑开挖和底板砼施工; 该施工时段由原一期围堰挡水, 束窄左河床导流逐渐向二期上、 下游围堰挡水, 一期已建五孔冲砂闸和厂房机组发电过流过渡, 过渡转折点以一期上、 下游横向围堰拆除过流( 满足过流缺口) 为界;
⑶ 二期过水围堰保护工程于 4月20日前完成; 二期过水围堰挡水子堰加高至▽429.0m, 并要求于 5月1日前完成, 挡水设计流量3970m3/s。期间二期围堰挡水, 一期已建五孔冲砂闸和厂房机组发电过流。
⑷ 6月1日～ 9月30日, 根据水文站水情预报, 当河道来水流量超过3970m3/s( P=5%) , 预超越5650m3/s( P=50%) 时, 提前进行基坑充水平压, 防洪渡汛, 基坑项目停工。期间暂无挡水建筑物, 河道水流经过漫淹过水围堰, 淹没二期基坑泄流及一期已建五孔冲砂闸和厂房机组发电过流渡汛;
⑸ 10月上旬完成上游围堰加高至▽432.7m, 形成二枯围堰挡水发电条件。期间二期加高围堰挡水, 一期已建五孔冲砂闸和厂房机组发电过流;
⑹ 5月上旬, 二期上、 下游围堰拆除, 期间由原一期已建五孔冲砂闸和厂房机组发电过流逐渐向十孔冲砂、 泄洪闸过流, 全坝段挡水进行过渡;
表2-4 施工导流特性表
导 流 时 段
挡 水 导 流 方 式
设计标准
设计流量
9月～ 11月
一期围堰挡水、 原束窄左岸河床过流

12月～ 5月
一枯上、 下游二期围堰挡水, 一期已建冲砂闸及机组发电过流
P=5%
Q=3970m3/s
6月～ 9月
基坑过水, 冲砂闸及机组发电过流

10月～ 5月
二枯上、 下游围堰挡水, 一期已建冲砂闸及机组发电过流
挡水发电
设计水位
▽432.0m
2.4 分流建筑物过流能力及上游河床疏浚宽度保障
二期围堰一、 二枯挡水期间, 河道水流设计流量3970m3/s( P=5%) 完全( 不考虑渗漏) 靠一期已建的五孔冲砂闸分流宣泄( 截流前, 须将一期上游横向围堰全部清挖( 或清挖一定宽度b的过流缺口) 至设计底板▽416.5m, 至少满足截流期间设计流量981m3/s( P=10%) 能分流引导至冲砂闸处泄流。因此, 需根据水流流量校核围堰挡水期五孔冲砂闸泄流能力及计算上游河床过流缺口b宽度。经过相关水力计算, 五孔冲砂闸完全满足泄流能力; 上游河床过流缺口宽度b必须满足三个时间段均能较好条件过流, 则b≥MAX{83.5m, 98.5m, 105.8m}=105.8m, 综合考虑最终取b=120m, 即自上游右岸临建房处至上游横向围堰段需全部清挖。
2.5 围堰结构
根据沙湾电站水文特性、 水文地质条件、 导流标准及导流设计流量对围堰结构进行设计, 其中堰顶顶部高程以相应设计洪水流量, 经过相关水力要素计算, 按照导流标准选择一定超高值, 并兼顾砼防渗墙施工平台高程综合考虑, 计算最终堰顶高程, 堰顶宽度、 堰身边坡需视通道要求及规范要求选取。
2.5.1 下游围堰结构形式
⑴ 根据一枯、 二枯挡水期, 设计挡水流量3970m3/s, 查表1-2, 下游水位▽419.50m, 考虑波浪爬高、 堰体沉陷等因素增加一定超高值, 则一枯下游围堰堰顶高程( 戗堤高程) 取▽420.5m; 过水期根据河流流速冲刷情况及规范施工过流面板钢筋砼0.8m, 则下游围堰最终堰顶高程▽420.5m+0.8m=▽421.3m, 堰高4.8m; 下游围堰两侧坡面坡比迎水面与背水面均取1: 1.5, 堰顶宽暂取11.0m, 具体见下图2-1; ( 注: 下游围堰堰体要求一直使用到完工拆除, 期间允许过流防洪渡汛一次) ;
图2-1 下游过水围堰设计断面型式
2.5.2 上游围堰结构形式
根据导流程序可知, 上游围堰须在不同时间段内根据挡水要求、 经济投入等情况分期加高, 满足不同时段内拦蓄不同来水流量, 最终汛期过流后围堰恢复加高须满足挡水发电要求水位( 设计水位▽429.95m( P=1%) , 正常水位▽432.0m及校核水位▽432.95m( P=0.05%) ) , 则根据上述三种水位要求, 上游围堰最终设计顶高程应高于正常水位▽432.0m, 考虑一定超高值与浪高雍水位, 堰顶高程取▽432.7m( 与兼作二期纵向围堰的冲砂闸导墙高程▽432.7m平齐) , 堰高16.2m。
⑴ 其中, 一枯期间( 4月以前) 挡水设计流量3970m3/s, 根据挡水期间下游水位▽419.5m, 以此水位推算上游围堰拦蓄挡水后雍高水位5.0m～9.0m( 部分机组已发电, 分流渲泄部分流量) , 并满足围堰过流面板厚0.8m, 则最终取▽426.5m, 堰高10.0m;
⑵ 4月～ 6月超标洪水来临前, 其挡水标准需进一步提高( 初步以5650m3/s设计计算子堰尺寸、 规模等, 拦蓄试验水位▽428.82m) , 子堰加高至▽429.0m, 堰高12.5m( 子堰高2.5m) , 要求满足超标准洪水来临时, 子堰主动溃堰, 基坑充水过流防洪渡汛;
⑶ 过流防洪渡汛进入二枯期间, 修复围堰, 并加高培厚至临时发电水位高程▽432.7m, 满足挡水发电要求, 具体参见下图2-2;
图2-2 上游过水围堰设计断面型式
2.5.3 纵向围堰结构形式
纵向围堰: 前期一期工程施工期间, 已经对冲砂泄洪闸孔数进行调整优化, 由原设计四孔优化为五孔, 进一步确保了冲砂闸分流能力, 施工期间并对一期纵向围堰进行了适度瘦身、 削薄, 然后施工冲砂闸上、 下游导墙, 现当前已经基本完建, 完全满足挡水要求。
2.6 二期围堰总体布置
二期围堰布置在河床左岸, 上、 下游横向围堰横断左岸河流, 纵向围堰沿水流方向布置, 上游横向围堰长261.20m( 桩号0-099.260) , 下游横向围堰长264.49m( 桩号0+194.180) , 上游、 下游防渗墙桩号位置分别为0-122.460与0+194.180。其围护范围根据基坑内水工建筑物结构尺寸及位置关系, 并兼顾围堰填筑量、 过流防洪渡汛条件及后期基坑初期排水工程量, 综合考虑道路布置及材料堆放空间确定围堰平面位置, 具体参见《二期围堰总平面布置图》。
2.7 围堰工程量
根据招标文件内容中的围堰结构型式计算围堰相关工程量, 具体详见下表2-5:
表2-5 沙湾电站二期围堰工程量汇总计算表

3 截流设计
根据二期围堰挡水导流标准、 截流设计流量、 围堰结构型式及防渗墙施工位置等对围堰戗堤位置及型式、 抗冲能力、 稳定性、 龙口位置及宽度、 龙口水力要素、 河床抗冲刷护底( 厚度、 宽度) 、 龙口分区特性、 截流材料粒径及重量选择、 截流时间及施工抛投强度进行分析计算, 确保二期截流一次性成功。
3.1 截流方案
限于施工场地限制及通道布置, 上、 下游围堰左岸戗堤预进占50.0m, 右岸预进占120～150m, 初步考虑龙口位置设置在靠左岸河床。截流初步采用双戗堤单向立堵截流方式, 非龙口段上、 下游两戗堤左、 右两侧同时预进占, 待龙口形成后, 进行河床清理及戗堤端部裹头、 龙口护底( 仅上游戗提) 等龙口截流合拢准备工作施工; 并经过水力计算选择合理截流方式及抛投材料, 截流后立即进行合拢、 闭气、 砼防渗墙等施工, 围堰加高培厚等施工任务;
3.1.1 初步拟定方案比较
⑴ 截流方案一( 单戗( 窄戗提, 断面面积约137.5m2) 单向立堵截流)
戗堤按照设计图纸样式、 断面尺寸( 窄) 及位置布置, 采用上、 下游戗堤非龙口段左、 右侧同时预进占, 靠河床左岸侧预留龙口宽度65m, 形成龙口后, 下游龙口暂停抛投材料进占, 然后进行上、 下游戗堤端头钢筋笼裹头及上游龙口段护底施工; 最后采用上游龙口单戗堤单向( 从左至右) 进占立堵方式截流合拢, 待上游戗堤截流合拢闭气后, 再在静水流中进行下游戗堤预留龙口进占合拢。
优点: 预进占及截流合拢工程量较小, 截流材料备料工程量及抛投强度小, 单戗堤截流合拢施工组织方便, 前期工期轻松; 上游戗堤截流合拢拦断上游来水后下游戗堤将形成在静水位中进占合拢, 上游围堰抛投施工变得较为容易。
缺点: 上游戗堤合拢过程中, 水位不断雍高, 流速高, 落差高达4.0m, 窄戗堤端头抗冲刷能力弱, 极易坍塌, 通道宽度受限, 而且截流特殊材料备料需较多, 粒径大, 截流风险很大; 上游围堰体截流后期堆筑量大, 强度高, 且不能尽早提供砼防渗墙施工操作平台, 后期工期较为紧张, 前期富裕工期利用率低。
⑵ 截流方案二( 提前全断面预进占, 单戗( 窄戗或宽戗) 单向立堵截流)
将上游围堰体整个全断面作为戗堤同时( 采用上、 下游挑角法) 预进占, 下游跟进, 形成龙口后, 下游暂停进占, 进行裹头及上游龙口护底, 然后采用上游戗堤原设计窄断面( 断面面积约137.5m2) 单向( 从左至右) 立堵合拢或采用”上挑角法”宽断面( 断面面积约314m2) 截流合拢, 经过宽戗堤增加前沿摩阻, 分散落差, 最后进行下游戗堤在静水流中进占合拢。
优点: 后期围堰施工填筑工程任务减轻, 能尽早提供一部分围堰施工砼防渗墙, 工期得到有效保证; 宽戗堤截流可分散落差, 增加前沿摩阻, 截流变得较为容易, 但因前期种种原因, 导致截流策划、 组织、 准备、 备料等均显得极为仓促, 短时间内难以储备大量特殊料物, 因此暂不考虑宽断面截流。
缺点: 前期预进占工程量巨大, 落差仍较大, 截流工程量大, 特殊料物备料较多, 经济成本投入较高。
⑶ 截流方案三( 双戗单向( 或双向) 立堵截流)
将上游围堰体整个断面作为戗堤同时( 采用上、 下游挑角法) 预进占, 下游围堰跟进, 形成龙口后, 进行裹头及上游龙口护底, 然后将上游戗堤作为主导戗堤按原设计小断面单向( 从左至右) 立堵截流合拢, 过程中右侧可经过坝顶公路通道运输材料, 右侧辅助抛投材料, 短时间内变单向为双向进占, 间接增加抛投强度, 在上游戗堤截流最困难的时候, 下游戗堤龙口继续进占, 缩窄河床, 超前上游戗提, 雍高两戗提间中间水位, 使上游龙口断面处水流成”淹没流”状态, 降低流速, 并在雍水影响时间内协助上游戗堤渡过进占困难区段; 上游戗提合拢后, 下游龙口尾随跟进进占截流合拢, 经过多戗堤相互按照设计落差分配比分散一定落差, 雍高水位、 改变流态、 降低流速, 使截流变得较为容易, 风险进一步减小。
优点: 能尽早提供砼防渗施工平台, 工期得到有效保证; 采用多戗堤分散落差、 降低流速, 且右侧戗堤协助变单向进占为双向进占立堵截流, 增加抛投强度, 截流风险降低。
缺点: 预进占工程量较大, 且双戗堤龙口同时进行, 施工机械投入量较大, 道路布置较为困难, 施工干扰较大; 截流特殊材料备料量大, 且装车、 抛投等施工强度较高; 理论计算烦琐, 流态变化复杂, 分界点难以控制, 上、 下游戗堤具体分散落差值难以精确计算, 仅能分析预估, 下游戗堤进占具体数值宽度、 超前量计算极为复杂, 且下游戗堤需在高流速动水中进占合拢。
3.1.2 最终方案选择
经计算及分析比较, 方案二与方案三作为选用方案, 优先选用截流方案二, 应急备用方案三。
优先采用方案二, 即先施工上、 下游戗堤预进占( 左岸预进占50m, 右岸预进占120～150m) , 缩窄原左岸河床导流, 河床中部靠左岸形成65m龙口后, 立即进行上、 下游左、 右侧戗堤端头裹头( 视戗提端头流速实际大小情况, 左侧戗提裹头可用大块石、 挑角法代替, 右侧则必须用铅丝笼施工裹头) 及上游龙口河床护底, 然后进行上游龙口戗堤进占截流合拢。
截流过程中, 上游龙口截流最困难区段( 梯形断面向倒三角形断面过渡段) 因受大落差及高流速影响, 即使特殊料物也有可能无法满足继续抛投特殊料物进占前行, 此时需考虑采用方案三作为应急预案, 即上游戗堤龙口作为主导截流抛投点, 经过存在一定距离的上、 下游戗堤同时分散落差, 降低龙口流速。要求下游戗堤龙口抛投材料进占, 超前上游戗提一定距离, 并满足雍高两戗堤中间水位高程, 使上游戗堤龙口轴线处水流流态呈”淹没流”, 从而降低流速, 然后在高水位、 低流速情况下, 高强度抛投特殊材料, 使上游龙口截流困难区段一气呵成的截断水流, 最后在静水流中完成下游戗堤剩余龙口段进占截流合拢。
3.1.3 建议优化新增3#道路
根据一期工程完建情况及一期围堰拆除料物就近堆存点位置, 建议增加形成一条横穿右岸上坝公路至纵向围堰的通道( 3#路) , 以”手肘形”样式从8#闸墩放坡至纵向围堰上。其优点主要有以下四点:
其一, 截流期间使右侧辅助抛投部分材料, 间接变单戗单向立堵截流方式为上、 下游双戗( 根据道路布置情况, 从左至右, 右侧辅助) 单向( 或双向) 立堵截流方式, 从而增加抛投强度;
其二, 截流期间一期上游横向围堰及下游尾水渠纵向围堰( 栈桥以上) 已完成清挖, 戗提贯通前无施工通道连通纵向围堰与其它周边区域, 期间使纵向围堰单独孤立, 右侧人员、 设备无法就位, 所有施工项目不得不停工;
其三, 形成3#施工通道后, 可考虑将一期围堰拆除有用料物( 如大块石、 砼防渗墙拆除料等) 直接堆放在纵向围堰规划料场内, 或直接用于预进占及截流, 减少弃料运距, 且不至于因通道被挖断后, 不得已将部分机械空闲在纵堰上;
其四, 形成3#通道后, 可降低一期围堰前期拆除工程量, 缓解工期, 后期利用该通道运输围堰弃料。
3.2 截流时段及截流标准
⑴ 截流时段选择
根据截流时段选择原则, 结合二期工程总体进度计划及枢纽水文情况( 特别过渡期各月旬平均流量频率计算成果表) 合理选择截流时间, 尽量选择枯水期小流量时段( 但此时不一定选最小流量) , 经过咨询业主、 设计、 监理等单位, 最终确定在 10月下旬开始上、 下游戗堤非龙口段预进占, 11月底( 初步计划11月30日截流) 进行戗堤截流合拢, 具体时间可根据水文站水文预报及监测情况分析选择后期小流量时间进行( 如12月份中下旬) 。
⑵ 根据截流时间( 11月底) , 采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。根据类似工程经验一般采用P=5%～10%的频率设计, 本工程取频率P=10%, 查表1-3可得, 截流设计流量为981m3/s, 实际操作时可协调上游龚嘴、 铜街子电站水库调度、 调控发电机组数目来改变上游河床来水流量, 使其更有利于截流施工。
3.3 戗堤设计
戗堤的布置位置及结构体型选择原则需综合考虑防渗墙施工平台位置及抛投填筑工程量。将截流戗堤作为围堰堰体的组成部分, 确保戗堤在堰体内的位置有利于围堰的渗透稳定, 减少截流过程中堰体基础覆盖层的冲刷, 并避免大块体流失到防渗轴线范围内, 增加防渗墙施工难度。
⑴ 下游戗堤轴线基本与防渗墙中轴线一致( 0+194.180) , 戗堤设计全长264.49m( 含一期纵向土石围堰宽度) , 戗堤顶高程▽420.5m( 按挡水期设计挡水流量查下游流量及水位曲线, 加一定安全超高值) , 底板平均高程▽416.5m, 戗堤顶宽11m( 满足两辆车同时进占抛投) , 上、 下游边坡坡面坡比设计为1: 1.5。
⑵ 上游戗堤轴线靠防渗轴线( 0-122.460) 的下游侧( 0-099.260) , 戗堤全长261.20m( 含一期纵向土石围堰宽度) , 戗堤顶高程▽421.5m( 按下游固定水位推算上游戗堤河床水面线计算出雍高水位, 加一定超高值) , 河床底板平均高程▽416.5m, 戗堤顶宽20m, 上、 下游坡面边坡1: 1.5;
⑶ 预进占戗堤作为截流过程中车辆的中转场地, 能够满足2～3辆20t以上自卸汽车同时抛投的要求( 至少双车道) 。另外, 为尽早提供砼防渗墙施工操作平台, 将上游戗堤非龙口段围堰全断面预进占, 即填筑到整个围堰占压宽度。
3.3.1 戗堤结构型式
⑴ 上游戗堤
为尽早提供砼防渗墙施工操作平台, 上游非龙口段戗堤填筑至整个围堰宽度, 仅龙口截流段缩窄至标准断面, 减少龙口段抛投强度工程量。见下图3-1;
图3-1 上游围堰戗堤非龙口段/龙口段截面型式

⑵ 下游戗堤
下游戗堤非龙口预进占段与龙口截流段戗堤断面型式保持一致, 见图3-2;
图3-2 下游围堰戗堤非龙口段/龙口段截面型式

3.3.2 戗堤顶高程
戗堤顶高程的确定须结合挡水设计流量3970m3/s查表1-3流量～水位曲线( ▽419.5m) , 并考虑一定超高值, 结合砼防渗墙施工平台高程及围堰最终成型设计断面型式综合考虑确定顶高程。先计算确定出下游戗堤顶高程▽420.5m( ▽419.5m+1.0m) , 然后推算上游戗堤挡水雍高水位3.75m及挡水要求确定上游截流戗堤顶高程( ▽417.09+3.75m=▽420.83m) , 取▽421.50m, 考虑后期一枯挡水五孔冲砂闸分流能力及防渗墙施工操作平台, 上游宽戗堤预进占期间将按照▽424.70m进行控制, 与戗提同步预进占( 除截流龙口段外) , 最终将施工至▽426.5m, 后期再堆筑施工围堰上部子堰至▽429.0m。
3.4 截流水力学计算
经过相关水力学计算理论知识推算龙口不同宽度时落差及流速, 以此作为选择合理的截流方式、 截流龙口段分区特性、 截流材料粒径及重量选择, 截流抛投材料备料等理论依据。
3.4.1 计算参考理论公式
围堰左右两侧预进占后, 形成龙口, 上游水位逐渐雍高, 随着