梨园水电站围堰截流和施工组织设计＊
周益舒１，倪璐１，张维熙２
（１．云南金沙江中游水电开发有限公司，云南昆明 ６５００００； ２．江南水利水电工程公司，广西南宁 ５３００２８）
摘 要：大江截流是一项复杂的系统工程，其截流组织和施工设计的合理与否直接影响到整个工程的施工进度。结合梨园水电站工程实际，通过分析坝址区水文气象和地形地质条件，结合水力计算及水工模型试验成果，确定截流标准及截流力学指标、截堤段面、截流物料种类及数量等，详细阐述截流施工布置、截流设计，截流施工从而实现了大江截流。
关键词：梨园水电站；围堰截流；水力计算；施工组织
中图分类号：ＴＶ１３５．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－３９５１（２０１３）０６－００７９－０５
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－３９５１．２０１３．０６－０２２
１ 工程概况
梨园水电站位于迪庆州香格里拉县（左岸）与丽江市玉龙县（右岸）交界河段，是金沙江中游河段规划的第３个梯级。属大（１）型一等工程，主要永久性水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼顾防洪、旅游等综合利用的水利水电枢纽工程。水库库容为７．２７×１０８ ｍ３，电站装机容量２ ４００ＭＷ（４×６００ＭＷ）。
梨园水电站围堰工程由上下游围堰组成，堰顶高程分别为１ ５５５．５０ｍ和１ ５２３．００ｍ，最大堰高分别为６５．５ｍ和３３．５ｍ，堰型为土工膜心墙堆石围堰，堰体防渗采用土工膜心墙防渗，堰基防渗采用混凝土防渗墙。导流建筑为两条过水断面为１５ｍ×１８ｍ（宽×高），进、出口底槛高程分别为１ ４９７ｍ和１ ４９５ｍ的导流隧洞，采用双洞截流、双洞度汛。围堰使用期限为２ａ。
１．１ 水文气象
金沙江流域的径流与降水的趋势一致，上游至下游增大，径流年际间的变化随流域面积的增大而趋于相对稳定。金沙江流域径流年内分配不均，汛期（６月～１０月）径流占年径流的比重较大，枯期径流较小。径流洪水主要由暴雨及融雪形成，洪水主要发生在６月～１０月的汛期内，主汛期为７月～９月，洪水峰型以复峰型为多。
梨园水电站坝址多年月平均流量表见表１，坝址各频率洪峰流量成果见表２。
表１ 坝址多年月平均流量表ｍ３／ｓ项目１月２月３月４月５月６月７月８月９月１０月１１月１２月年统计流量４８０ ４３５ ４４１ ５７４ ８９０ １ ６９０ ３ ０２０ ３ ２２０ ３ ０００ １ ７９０ ９５５ ６１７ １ ４３０百分比／％２．８０ ２．５４ ２．５８ ３．３５ ５．２８ ９．８９ １７．６０ １８．７８ １７．５０ １０．４８ ５．５８ ３．６０ １００
表２ 坝址各频率设计洪水天然成果表ｍ３／ｓ项目
频率Ｐ／％
０．２ ０．３３ ０．５ １ ２ ３．３３ ５ １０ ２０
流量１２ ２００ １１ ７００ １１ ２００ １０ ４００ ９ ５７０ ８ ９５０ ８ ４４０ ７ ５４０ ６ ５８０
１．２ 地形、地质条件
上游围堰部位金沙江枯期水位约１ ４９９．６ｍ，相应河面宽约５５ｍ，水深８～１０ｍ，堰顶高程１ ５５５．５ｍ时，河谷宽３２８ｍ。该地段河床冲积层厚６～１５ｍ，组成物质以块石夹砂卵砾石为主，渗透系数为４．５６×１０－１ｃｍ／ｓ，属强透水性。
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第２９卷
第６期
云南水力发电
ＹＵＮＮＡＮ ＷＡＴＥＲ ＰＯＷＥＲ
＊收稿日期：２０１３－０９－０６
作者简介：周益舒（１９８５－），男，江苏阜宁人，助理工程师，主要从事水利水电工程管理工作。
左岸江边有顺河向的条带状强风化基岩出露高程１ ５０８ｍ以下，其余均为下咱日堆积体前缘，堰顶堆积物厚度达３７ｍ，堆积体表部以孤、块石为主，下部为砂、卵、砾石夹漂石及少量粉粒，钙、泥质呈半胶结，渗透系数较大，属强透水性。右岸位于念生垦沟堆积体前缘靠下游部位，在１ ５３６ｍ高程附近为一平缓台地地形，覆盖层厚２０～５０ｍ，物质组成以粉细砂、粉土为主夹碎块石土，属弱～微透水性。
左岸堆积物以下基岩部分呈强风化，弱风化底界垂直埋深６０～１００ｍ；右岸强风化下限在堆积体底界以下约１８ｍ，弱风化带垂直埋深７０～１００ｍ。属ＩＩＩ级结构面的断层Ｆ１７出露于右岸堰顶附近且陡倾河床，ＩＶ级以下结构面相对发育，其性状多为胶结较好的硬性结构面。
２ 截流设计
２．１ 截流时间及相应流量
根据相关规范及可研设计成果、审查意见，同时考虑现场实施进度情况，通过对１１月中旬、下旬，１２月上旬以及１月份４个时段，以单戗堤立堵截流为代表方式，进行了截流比较。各时段困难区段的水力学指标较为接近，截流难度不存在本质区别，１月份截流难度最小。考虑截流后围堰防渗施工及填筑工期较为紧张，故截流时间越早，次年度汛风险也越小。综合经济性、可行性及安全性因素考虑，截流时段安排在１１月中旬，截流流量采用截流时段１０ａ重现期的旬平均流量Ｑ＝１ ２６０ｍ３／ｓ。
２．２ 截流方式及戗堤设计
从龙口水力计算及同等规模截流工程经验类比，根据两岸及河床的地形，备料场存放场地分布及河道两岸交通条件，结合截流的流量、落差、流速等参数分析，结合本工程的枢纽建筑物布置、现场施工条件及截流模型试验成果，经综合分析比较，确定采用以左岸进占为主、右岸进占为辅的单戗双向立堵进占的截流方案。截流施工时采用上挑角、下压脚和钢筋石笼串裹头保护的截流方案，确保截流一次成功。
２．３ 截流戗堤轴线
本工程上游围堰上部采用土工膜心墙、下部为混凝土防渗墙的土石围堰。根据堰基防渗处理要求，截流戗堤若布置在上游围堰轴线的上游侧，则截流过程中的大料将有可能在防渗墙轴线附近集中，造成混凝土防渗墙施工困难，从而影响防渗效果。考虑以上因素，将截流戗堤轴线布置在上游围堰轴线下游９２．５ｍ处，呈直线布置，堤顶轴线全长１１５．０ｍ。
２．４ 戗堤断面
根据水力学计算成果［４］，截流闭气后上游水位约１ ５０６．５８ｍ，考虑预留安全超高及施工需要，戗堤顶高程定为１ ５０９ｍ，截流戗堤施工中，根据实际水位情况截流戗堤临时断面堤顶高程始终保持在高于水面高程１．０～１．５ｍ处。
戗堤采用单戗堤立堵进占，顶部宽２５ｍ，上、下游边坡为水中自然边坡，设计边坡为１∶１．５０，龙口进占边坡为１∶１．５０。在截流施工前进行戗堤上游侧５～１０ｍ宽度石渣料Ⅱ的跟进填筑，以扩大堤头宽度，同时沿河道两岸按截流戗堤顶高程先抛填１０～１５ｍ宽的围堰，形成较宽的施工道路和施工平台，为截流施工创造更加有利的条件。
２．５ 龙口位置及宽度
考虑交通条件、根据截流水力学模型计算成果及戗堤裹头抛投料物的抗冲流速、合理抛投强度和导流洞进口的防洪要求，经综合比较研究，确定龙口布置在河道中部靠右侧，最大宽度６０ｍ，龙口计算平均流速为２．５４ｍ／ｓ。河床截流后，该戗堤结构将成为上游土石围堰［５］堰体的一部分，围堰混凝土防渗墙位于戗堤上游侧。
２．６ 截流水力学指标的确定
２．６．１ 水力学计算成果
梨园水电站导流洞进口明渠最小宽度约６０ｍ，长度约３１０ｍ，明渠不会控制隧洞泄流能力。工程截流时，导流洞流态为无压流，按无底坎宽顶堰流计算。堰后水深按洞身段作为明渠进行水面曲线计算得到流量～水深（水位）关系系列，作为宽顶堰堰后的水位～流量关系曲线。截流设计流量为１ ２６０ｍ３／ｓ，根据流量水流关系知导流洞出口水位为１ ５０１．８６ｍ，根据计算基本原则，截流计算按恒定流计算，因此，截流过程中，导流洞出口水位按高程１ ５０１．８６ｍ控制。
２．６．２ 截流水工模型试验成果
梨园水电站大江截流采取一次性截断河床，右岸１号、２号导流隧洞联合分流，考虑导流洞出口残埂高度２ｍ的不利工况下，按１１月中旬１０ａ一遇旬平均流量１ ２６０ｍ３／ｓ作为控制流量，采用单戗堤立堵进占方式。流量关系对应龙口水力计算的龙口水力指标见表３，龙口水力特性曲线见图１。２．６．３ 龙口分区及抛投物料
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表３ 单戗堤立堵截流龙口主要水力学参数表
龙口宽度／ｍ ５５ ４５ ３５ ２５ １５ ０
龙口水面宽度／ｍ ４２．０ ３１．２ ２２．８ １５．２ ６．７ ０
龙口流量／（ｍ３／ｓ）６１５．５１ ５４４．５３ ３５２．２２ １７６．８５ ３０．２４
导流洞流量／（ｍ３／ｓ）６４３．９９ ７１３．２９ ９００．９０ １ ０７２．２３ １ ２１４．６４ １２４０．７２戗堤渗流量／（ｍ３／ｓ）０．５０ ２．１８ ６．８８ １０．９２ １５．１２ １９．２８导流洞分流比／％５１．１１ ５６．６１ ７１．５０ ８５．１０ ９６．４０ ９８．４７导流洞上游明渠进口水位／ｍ １ ５０４．４３ １ ５０４．５０ １ ５０５．１１ １ ５０５．８６ １ ５０６．３８ １ ５０６．５１导流洞进口水位／ｍ １ ５０３．８３ １ ５０４．００ １ ５０４．５６ １ ５０５．３５ １ ５０５．９３ １ ５０６．０６戗堤上水位／ｍ １ ５０３．９９ １ ５０４．３２ １ ５０５．１９ １ ５０５．９５ １ ５０６．４３ １ ５０６．５０戗堤落差／ｍ ０．３６ ０．９５ ２．１８ ３．０９ ３．６４ ３．８０
龙中水深／ｍ １０．８０ １１．００ ７．８０ ４．７０ １．８０－龙中垂线平均流速／（ｍ３／ｓ）２．９８ ４．１８ ５．７６ ５．８６ ５．７５－
戗堤头部最大垂线平均流速／（ｍ３／ｓ）３．１２ ４．４６ ６．２９ ７．０９ ６．５７－
龙口最大单宽流量ｔ＊ｍ／（ｓ＊ｍ）３３．４８ ４９．０６ ４９．０６ ２９．０７ ９．８２－
龙口最大单宽功率ｔ＊ｍ／（ｓ＊ｍ）１２．０５ ４６．６１ １０６．９５ ８９．８２ ３５．８９
－
图１ 拦截流龙口水力特性曲线图
按照截流水力学计算成果、龙口实际情况及截流强度来划分非龙口区段及龙口段。非龙口段为左岸单向进占约１２．５ｍ，同时在右岸进占约４２．５ｍ，均在堤头抛投大块石及钢筋石笼裹头保护，以对河床起到护底及护坡的作用；龙口段宽度６０ｍ，分为３个区，即Ⅰ区（１５ｍ，龙口宽度为６０～４５ｍ）为非困难区；Ⅱ区（２５ｍ，龙口宽度为４５～２０ｍ）为困难区，Ⅲ区（２０ｍ，龙口宽度为２５～０ｍ）为合龙区。
根据截流工程的难易程度及岩石特性，截流抛投料物分别选择：石渣料、中块石、大块石及钢筋铅丝石笼串。龙口抛投材料粒径按照伊兹巴什公式的计算成果，并参照国内外水电工程截流的实际资料，综合分析确定。当量直径１．３～０．７ｍ为大石，当量直径０．４～０．７ｍ为中石，当量直径小于０．４ｍ为石渣，钢筋铅丝石笼规格为２ｍ×１ｍ×１ｍ。
在龙口流速、单宽功率较小的抛投区主要使用中块石及石渣料；在龙口流速大、单宽功率大的抛投区，主要用大块石及钢筋铅丝石笼串，局部部位和时段采用特大块石及混凝土四面体，以抵抗流速冲刷，保证戗堤稳定。
根据截流水力学计算成果分析，参照类似工程截流施工实践经验，结合截流模型试验，龙口不同分区的抛投材料数量见表４。
除上述主要截流材料外，需预制适量的混凝土四面体，准备一定数量的特大石，以作截流进占困难时使用。
２．７ 截流强度和施工设备
龙口抛投强度与戗堤前沿能同时布置的抛投点成正比，根据经验公式及所选参数，考虑流失系数、
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周益舒，倪璐，张维熙 梨园水电站围堰截流和施工组织设计
表４ 龙口分区及抛投材料表
项目非龙口区
龙口区
６０－４５（Ｉ区）４５－２０（ＩＩ区）２０～０（Ⅲ区）总计
备料总计
（考虑流失量）
抛投总量／ｍ３ ３２ ６５２ １３ ０６１ １７ ４１５ １ ７２６ ６４ ８５４ ８４ ４４５
中石／ｍ３ ９ ７９５ ３ ６５７ ４ ００５ １７４ １７ ６３１ ２２ ９２０
石渣／ｍ３ １７ ４９７ ６ ５２９ ８ ８８０ １ ５５３ ３５ １７９ ４７ ４９２
大石／ｍ３ ４ ４７４ ２ ６１３ ３ ７７８ １０ ８６５ １３ ０３８钢筋石笼（２ｍ×１ｍ×１ｍ）／个８３ １３１ ２０１ ０ ４１４ ４９７
龙口合龙总抛投量，龙口Ⅰ区、Ⅱ区长度４０ｍ，
计划耗时３２ｈ，抛填３９ ２２９ｍ３，小时抛投强度为
１ ２２６ｍ３／ｈ；ＩＩＩ区长２０ｍ，计划耗时４ｈ，抛投２ ３２３
ｍ３，小时抛投强度为５８１ｍ３／ｈ。龙口段从左岸向右
岸进占，最困难区以左岸进占为主，右岸进占为辅。
施工设备的配置和布置主要以满足截流施工强
度的需要，并考虑现有道路情况、设备状况、转移的
机动性等。截流施工的抛投强度按最大抛投强度
１ ２２６ｍ３／ｈ控制（出现在４５～２０龙口段），龙口段截
流进占连续施工，对施工机械设备效率要求较高。
截流选用的主要设备及斗容量见表５。
表５ 截流施工主要机械设备表
机械设备名称规格／
型号
单
位
数量
左岸右岸两岸共用小计
合计
反铲
装载机汽车吊
自卸汽车推土机洒水车
２／ｍ３台４ ２－６１．６／ｍ３台３ １－４
３．０／ｍ３台１ １ １ ３
４０／ｔ台－１－１
１６／ｔ台２ ０－２４
２０／ｔ辆３５ １２ １０（备用）５７
３２０／ＨＰ台１ １ １（备用）３
５／ｔ台－－２ ２
１０
３
５７
３
２
２．８ 截流水情预报
１）水情预报由已经投入运行的水情自动测报系统进行中期和短期预报，每天预报，每天将预报数据传至截流领导小组和截流现场指挥部。
２）截流前需在导流洞进、出口及上游土石围堰的上、下游各设一组水位尺，共四组水位尺。预进占及截流期间派专人观测水位，预进占１ｈ观测１次；龙口合龙期间１ｈ观测１次，随时观测。
３）龙口采用简易的浮标法测算流速，并定时测定龙口宽度和戗堤轴线，观测河流流态及河床冲刷情况、观测抛投体被冲动的情况。
截流具有边界条件多变，水力条件复杂的特点。
因此，必须在施工中进行原型观测，一方面指导施工，另一方面及时发现问题，以便采取相应有效措施。
３ 截流施工
３．１ 截流备料
根据截流模型试验、戗堤的设计及水力学计算，截流戗堤备料工程量确定为８．４４×１０４ ｍ３，石渣４．７５×１０４ ｍ３，中石２２ ２９０ｍ３，大石１３ ０３８ｍ３，钢筋石笼４９７个，截流用串联钢筋笼的 １６钢丝绳准备１ ７００ｍ，楔扣７００个。根据工程经验及模型试验结果，参考国内外同类工程的实际截流备料情况，备料系数按１．３考虑。预进占的渣料来源，左岸从上咱日沟Ｂ渣场回采，右岸从观音岩渣场回采；截流时用渣料，按左右岸３∶１的比例存放。围堰备料场存放石渣料及中石，大石、钢筋笼；右岸石渣料、中石、大石、钢筋笼均存放于观音岩渣场。所有用于截流的材料均按规格分类按划分好的备料场堆放，并立牌标出堆料场编号、料物名称、堆料数量、面积尺寸等，以便于截流时统一指挥调度。
３．２ 截流的组织实施
３．２．１ 预进占
截流前预进占为左岸单向进占约１２．５ｍ，右岸进占约４２．５ｍ，左岸预进占使用上咱日沟Ｂ渣场渣料，右岸预进占使用观音岩渣场渣料，挖掘机和装载机装渣，２０～２５ｔ自卸汽车运输至戗堤，端进法卸料，推土机推赶，戗堤行车路线布置双车道，堤头全面抛投。堤上车辆运行线路布置为３车道，重车在上游，空车走下游，重车道用来运输中块石、石渣料及混凝土四面体、钢筋石笼等截流材料，堤头行车区域分３个区布置，即“卸料区，回车区，编队区”。
戗堤预进占前对围堰岸坡进行修整，以保证施工质量。戗堤预进占施工时，龙口落差和流速相对较小，开挖石渣或毛料即可稳定，堤头呈流线型进占，即在戗堤前沿全线均匀抛投，全面推进。非龙口
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７ 云南水力发电 ２０１３年第６期
段进占抛投材料，使用石渣料全断面抛投施工。
截流非龙口段进占施工时，根据实际水位情况，截流戗堤临时断面堤顶高程始终保持在高于水面高程１～１．５ｍ处。截流戗堤预进占完成后，然后用大块石或钢筋石笼对堤头进行妥善保护，大块石或钢筋石笼采用２０～２５ｔ自卸汽车运至堤头工作面，推土机直接沿堤头坡面推赶，形成龙口裹头的保护，保护水位以下预进占戗堤不被水流冲刷淘空。３．３．２ 龙口段施工
根据水力学计算龙口分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ３区，Ⅰ区龙口宽度为范围６０～４５ｍ，Ⅱ区龙口宽度范围为４５～２０ｍ，Ⅲ区龙口宽度范围为２０～０ｍ。不同区段龙口抛投物料及处理方式如下：
１）龙口Ⅰ区、龙口Ⅱ区：截流戗堤６０～２０ｍ段的填筑，该区段龙口平均流速３．０５ｍ／ｓ～５．２２ｍ／ｓ，最大平均流速为５．２２ｍ／ｓ，拟左戗堤进占３０ｍ，右戗堤进占１０ｍ，设计抛投量为３．０５×１０４ ｍ３。本区段是施工困难段，水深大，流速大，当流速在４ｍ／ｓ以上时，上挑角用大石配合钢筋笼，形成滞流区，再用石渣料跟随进占。
当龙口Ｂ＝４５ｍ时，根据水力学计算，此时，龙口流量５７７．２ｍ３／ｓ，龙口平均流速为５．２２ｍ／ｓ，相应龙口落差１．５１ｍ，戗堤轴线处龙口已形成三角形断面，龙口流速达到最大值，因此，在挑脚处加大大块石及钢筋笼串的抛投量，以便保证更多的抛投材料稳定在龙口戗堤范围内，减少材料流失；下挑角用钢筋石笼、大石块进占，中部采用大块石和钢筋石笼混合进占。
２）龙口Ⅲ区：龙口宽度２０～０ｍ。此区段落差大，流量相对较小，龙口平均流速３．０５～０ｍ／ｓ，最大平均流速为３．０５ｍ／ｓ，龙口流量、水深、流速显著降低，上游侧抛投钢筋石笼，以在河床合龙段上形成多级落差，改善截流条件，下游使用石渣跟进，龙口合龙完毕。截流施工根据龙口抛投技术采取相应的
施工安排。
４ 几点体会
１）加强中期、近期水情预测，尽可能在小流量下截流，在截流方式决定后，截流难易取决于截流流量。截流时应充分考虑区间流量变化等特点，在作好截流准备工作后，通过水情预测，选择最有利的时机截流。
２）导流洞分流水工模型对不利工况进行了模拟和分析，充分考虑了导流洞分流不利的截流难度，做好了准备，是本次截流成功不可忽视的重要因素。
３）保证抛投技术，增加物料稳定。在截流戗堤进占过程当中，先使用大块石、钢筋石笼在戗堤上挑角抛投，以将高速水流挑离堤端，增加戗堤稳定性，减少块料流失。同时充分利用大型汽车增加抛投强度，以增加物料整体稳定性。
５ 结语
针对梨园水电站实际工程，结合水工模型以及水力学计算成果，进行了围堰填筑截流施工及组织设计，就截流方式，戗堤施工及龙口合龙方案，截流备料及设备，截流施工组织等方面进行了具体的设计，该设计是合理的。
参考文献：
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［４］ 肖焕雄．施工水力学［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９２．［５］ 郑守仁，王世华，夏仲平，等．导流截流及围堰工程：上册［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，
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２００５．
（上接第６１页）
及时取得相关部门及单位的大力支持，为前期工作的推进创造了积极的外部条件。
３）在前期工作中，应及时跟踪了解国家有关法律法规和政策对水电开发提出的新要求，及时办理相关手续。
梨园水电站在项目核准申请报批过程中，按照（发改投资〔２０１２〕２４９２号）《关于印发国家发展改革委重大固定资产投资项目社会稳定风险评估暂行办法的通知》有关要求，及时补充开展了社会稳定风险分析和评估工作。作为云南省水电开发项目中第一个开展社会稳定风险评估工作的水电站，不仅对促进水电项目开发的安全和稳定具有重要作用，同时有力推动了梨园项目核准工作进程。
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