TB水电站截流规划设计

陈 俊，王福初，虞东亮，卿笃兴，陈 钰

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 410014)

1 工程概况

TB水电站位于云南省迪庆州维西县中路乡境内，距维西县城公路里程约56km，距香格里拉(中甸)约269km，距昆明市约694km。其上游为里底水电站，下游为黄登水电站

水电站属Ⅰ等大(1)型工程，枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪建筑物、右岸地下输水发电系统等组成。挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝，最大坝高158.00m。地下厂房安装4台单机容量为350MW的混流式机组，总装机容量1400MW。

2 基本资料

2.1 水文气象

TB水电站坝址区属亚热带季风气候区，年平均降水量为792.1mm，洪水主要由暴雨形成，洪枯流量相差悬殊，每年6—10月为汛期，11—次年5月为枯水期。

(1)设计洪水。坝址处各频率旬平均设计流量见表1。

表1 TB水电站坝址处各频率旬平均设计流量

(2)水位—流量关系。TB工程开工后坝址区河道地形及水流条件发生了变化，在2021年4月最新测量的水下地形图的基础上，坝址区水位-流量关系见表2。

表2 坝址区水位-流量关系 水位:m；流量：m3/s

2.2 地形地质

(1)地形条件。自北往南奔流的澜沧江，经吉介土后大江即进入长约5km的“V”型峡谷区，至中路村出峡谷，坝址位于峡谷中段，地形较齐整，左岸地形坡度35°～55°，其中高程1635.00～1645.00m为残存的Ⅱ级阶地，最大宽度100.00m；右岸地形较陡，地形坡度一般为40°～55°，其中坝址中部高程1720.00m以下为临河陡崖，以上地形变缓，地形坡度25°～45°。

(2)地质条件。上游围堰河床部位岩体相对较完整，属Ⅲ类岩体，局部为Ⅳ类。两岸边坡表部岩体主要为Ⅳ类。河床及左岸阶地覆盖层较厚，左岸阶地覆盖层(水上部分)的抗冲流速为0.7～1.5m/s，河床冲洪积物的抗冲流速为1.5～2.2m/s。

考虑到河床底部流速较断面平均流速小，并且2020年实测流量超过3000m3/s，对应断面平均流速超过3m/s，故取截流戗堤处断面平均抗冲流速为3m/s左右。

3 截流规划设计

3.1 截流时段及标准

截流时段的选择一般是根据水文条件，选择枯水期开始的时段，同时尽可能增加截流后的围堰施工工期。

根据NB/T 10491—2021《水电工程施工组织设计规范》规定，并考虑到本工程规模较大，且河床截流时间制约第1台机组发电时间，因此截流设计标准采用11月上旬10年一遇旬平均流量751m3/s。

考虑到截流时间为11月上旬，则非龙口段预进占时间选择为10月下旬，所以非龙口段预进占设计标准采用10月下旬10年一遇旬平均流量964m3/s。

3.2 截流方式

立堵截流是我国水电水利工程中传统的截流方式，具有施工简单、快速经济、施工场地及交通布置较易解决、国内施工经验丰富等明显优点。单戗堤方案较双戗堤方案物料组织协调难度小，按期截流保证率高，投资小。综合分析，本工程推荐采用单戗立堵截流方式。

3.3 龙口位置及进占方式的选择

从地质条件分析，左岸古河槽覆盖层台地，抗冲流速较小，而右岸多为基岩裸露，相对抗冲流速大。若龙口布置在左岸，合龙过程中，河床覆盖层易被冲刷而引起截流戗堤塌滑失事，且此时在河床覆盖层基本不被冲刷的前提下，预进占长度受限，龙口宽度相对较大，合龙抛投工程量及抛投强度均较大，增加了截流难度。

从施工条件分析，右岸地形较陡，而左岸地形较缓，便于施工道路布置，且左岸戗堤附近有比较宽阔的场地，作为截流施工场地及备料区。

因此，综合考虑选择将龙口设置于右岸。

龙口设置于右岸，在进占过程中，河床不断束窄，流速增大，上游水位抬升，为防止右岸边坡冲刷或垮塌，需对右岸进行岸坡保护，所以具体进占方向为：非龙口段预进占以由左岸向右岸单向进占方式为主，同时对右岸进行边坡修整并做岸坡保护，龙口段进占按由左岸向右岸单向进占的方式。

3.4 截流戗堤布置及断面型式

考虑围堰能尽快形成基础防渗墙施工平台，以不影响围堰混凝土防渗墙施工为原则，将截流戗堤布置于上游围堰内背水侧，作为堰体的一部分，截流戗堤轴线与堰轴线平行，在围堰轴线下游50.00m处。

截流戗堤设计断面为梯形，其上游、下游及堤端边坡均为1∶1.50。龙口段戗堤顶宽30.00m，按堤端边坡1∶1.50对应非龙口段戗堤顶宽22.50m，

3.5 截流水力计算

3.5.1计算的基本原则

(1)截流水力学属恒定流。

(2)非龙口段预进占，导流洞不分流，由束窄河床单独泄流。

(3)龙口分流按梯形或者三角形过水断面的宽顶堰流计算。

(4)不考虑上游河槽的调蓄作用，不计戗堤渗透流量。

3.5.2非龙口段水力计算及龙口宽度选择

非龙口段预进占长度以进占材料不流失及覆盖层不被冲刷为原则，在右岸修整坡度并做岸坡保护预进占约1m后，左岸不同预进占长度下龙口水力特性计算结果见表3。

表3 左岸不同预进占长度下龙口水力特性表

从表3可知，当左岸预进占长度为15m时，龙口断面平均流速为3.04m/s，接近河床覆盖层抗冲流速，堤头边坡稳定性较好，因此左岸预进占长度取15m，对应的非龙口段戗堤顶高程取1627.500m。

此时对应的龙口段戗堤顶(高程1625.000m)轴线长度为41.5m，即龙口宽度为41.5m。

3.5.3龙口段水力计算

(1)导流洞分流能力。工程截流时，导流洞流态为无压流，按宽顶堰流计算，①、②导流洞泄流曲线及其联合泄流曲线见表4。

表4 ①、②导流洞泄流曲线表

龙口段合龙后由导流洞泄流，在设计流量751m3/s下，上游水位查表4为1623.093m，考虑预留一定安全超高，合龙段戗堤顶高程取为1625.000m。

(2)合龙水力学计算。在龙口段进占过程中，导流洞与束窄河床联合泄流，合龙过程中龙口段水力特性见表5，如图1所示。

表5 合龙过程中龙口段水力特性表

图1 合龙过程中龙口段水力特性曲线图

3.6 龙口分区特性

3.6.1截流抛投料特性

截流抛投体粒径及质量主要取决于龙口流速，不同宽度龙口抛投料块体粒径及质量按该区段可能出现的最不利水力条件计算。非龙口段、龙口段抛投料粒径及质量分别见表6—7。

表6 非龙口段抛投料粒径及质量表

3.6.2龙口分区

为便于施工时控制抛投材料，根据合龙过程中不同龙口宽度的水力学指标及抛投料特性等，将截流龙口段划分为3个区段，如图2所示。

图2 龙口分区示意图

3.7 截流材料选择及抛投物数量确定

根据截流工程的难易程度、岩石特性，截流抛投料物主要选择石渣、中石、大石、特大石或钢筋石笼(钢筋石笼串)，但考虑到截流过程中不确定因素较多，为安全起见，有条件的情况下，可提前预制数个10t混凝土四面体以备不时之需。

鉴于截流水力条件较为复杂，同时导流洞进、出口围堰岩埂爆除及清渣存在一定的不确定性，因此截流备料很难达到既不浪费又恰到好处的要求。

为保证顺利截流合龙，备料量较设计会有所增加，考虑预进占非龙口段备料比例为10%，龙口段大石、特大石(钢筋石笼(串))备料比例为80%，龙口段石渣、中石备料比例为40%。非龙口段及龙口段不同分区抛投材料及其数量见表8。

表8 非龙口段及龙口段不同分区抛投材料及其数量表

3.8 龙口保护

右岸非龙口段边坡修整结束后，应及时在右岸预进占戗堤范围内进行护岸。此外，应对龙口护底。

由于非龙口段预进占过程中，断面平均流速较小，对河床覆盖层影响较小，可不对预进占河床进行护底。而龙口段在合龙过程中，断面平均流速最大值达到了4.87m/s，为防止河床覆盖层严重冲刷，须进行龙口护底。

按照DL/T 5741—2016《水电水利工程截流施工技术规范》进行护底，此时戗堤轴线上游仍有部分截流戗堤所在河床未护底，为安全起见，截流戗堤所在河床均应护底，则护底范围最终取值为：戗堤轴线下游约取36m，戗堤轴线上游约取34m，总护底长度约为70m。护底的宽度为非龙口段预进占之外的河床底宽约为5m。

护底与护岸抛投材料的粒径按最大流速4.87m/s控制计算得0.53m，取0.53～0.70m(中石)，考虑备料比例为10%，则共需备料总量约为974m3，其中护底约230m3。

表7 龙口段抛投料粒径及质量表

4 龙口段施工强度分析

考虑抛投料流失系数，戗堤合龙段抛投量约为19353m3，按36h合龙计算，平均抛投强度为538m3/h，考虑1.2的不均匀系数，最大抛投强度为645m3/h。

上游龙口截流单车循环时间约20min，20t车按12m3装载量考虑，则在备用比例为30%的情况下，20t自卸汽车共需要25台(包含备用量6台)，戗堤顶宽30m，可同时布置3个卸车点，每个点需卸0.32车/min。根据现有设备及施工能力，可以满足强度要求。

5 结语

截流规划设计为实际截流施工过程提供了指导和数据支撑，为TB水电站的成功截流奠定了基础。

但截流规划设计所采用的输入参数与截流当时的参数一般会存在出入，为确保截流顺利完成，还应加强截流过程中的水情预报及相关监测工作，适时调整截流过程中的输入输出参数，充分做好截流前的准备工作，完成截流前的工程形象面貌，并制定相应的技术措施，采取有效的应急措施等。