叶巴滩水电站截流规划设计

曹明伟，周顺文，孔 科

(1.中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都611130;2.中国电建成都勘测设计研究院有限公司，成都610072)

1 工程概况

叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13 个梯级水电站的第7 级。电站采用坝式开发，双曲拱坝最大坝高217.0 m。电站总装机容量为2 285 MW。本工程为一等大(1)工程，挡水建筑物、泄水建筑物及引水发电系统主要建筑物按1 级建筑物设计，永久性次要建筑物按3 级建筑物设计。

2 截 流

2.1 截流时段及标准

根据《水电工程施工组织设计规范》(DL/T 5397—2007)，截流标准采用截流时段重现期5 ～10 a的月或旬平均流量［1］，考虑本工程规模大，截流工程的成败直接影响发电工期，故选择截流标准为10 a一遇，11 月中旬相应标准的设计流量为Qp=10%=590 m3/s。

在综合分析各旬截流指标、围堰施工及截流难度后，本阶段推荐11 月中旬截流。

2.2 截流方式

根据叶巴滩水电站坝址的地形和施工条件，宜采用立堵截流。立堵截流具有施工方法简单、施工准备工程量小、费用较低等优点，缺点是截流水力学指标较高，要求抛投强度高。

本工程截流条件具有以下特点:

1)河床表层主要为孤块碎石，厚度＞3.0 m，糙率较大，抗冲刷能力较强;

2)天然河道比降较大，河道流速大，水深较浅，水下大孤石分布复杂，不具备船抛先行护底条件;

3)如采用平堵，浮桥搭建困难，准备工期长，且投资高。

经水力计算分析，截流最大落差约为4.46 m，龙口最大平均流速约为4.59 m/s，最大单宽功率53.69 t m(s·m)，与国内外已建或在建的工程相比较，截流指标一般。因此，参照国内外大型工程的成功的截流经验，分析认为本工程采用立堵截流方案在技术上可行，且经济合理，所以本阶段推荐采用单向进占的立堵截流方式。

表1 各截流时段单戗截流水力指标表

2.3 截流方案

叶巴滩水电站坝区场地狭窄，戗堤附近无放置大块体等截流材料的场地;戗堤短，不允许在戗堤和回车平台上有大量的汽车随时待命抛投，截流抛投强度较低。双戗堤、宽戗堤截流方案所需备料多，抛投强度大，截流时间长，交通组织难度大。经综合分析，拟采用单戗堤、单向立堵进占截流方案。

2.3.1 截流戗堤布置

截流戗堤主要受截流水力学条件、施工条件及交通布置制约。考虑截流戗堤与围堰堰体结合，截流戗堤可以布置在围堰防渗轴线的上游和下游。截流备料场地主要布置在降曲河沟口，交通道路主要为3#公路与304#公路，截流戗堤布置在上、下游两种方案的截流材料运输距离大致相等。

通过研究比较，截流戗堤布置在围堰防渗轴线下游，可以减少截流过程中围堰基础覆盖层的冲刷，并可避免截流抛投的大块体流失到防渗轴线范围内，增加防渗墙造孔难度，同时截流戗堤兼作排水棱体，有利于围堰的渗透稳定。因此选定截流戗堤布置在围堰防渗轴线下游，戗堤轴线与围堰轴线平行，相距约78 m。

2.3.2 截流戗堤断面

根据水力学计算，截流闭气后590 m3/s 对应的上游水位分别为2 723.56 m，考虑安全超高等确定戗堤顶高程为2726.00 m。考虑满足3 ～4 辆32t(16 m3)自卸汽车同时卸料，截流戗堤顶宽取25.0 m，上游及下游边坡均为1∶1.5，堤端边坡为1∶1.25。合龙后，戗堤须立即加高培厚，以满足防渗墙施工的要求。

2.3.3 龙口护底研究

龙口护底一般能减轻河床冲刷、减少龙口抛投量、缩短截流时间和减轻戗堤坍塌。本工程河道天然比降较大，河道流速大，水深较浅，水下大孤石分布复杂，不具备船抛先行护底条件。综合考虑龙口冲刷、戗堤坍塌、河床护底施工条件及河床覆盖层情况等因素，不采用护底截流方案。

2.3.4 龙口位置及宽度

戗堤处河谷深槽位于河床中部，截流备料场地主要布置在金沙江左岸降曲河沟口，交通道路可利用布置在左岸的3#公路与304#公路，截流进占从左岸单向进占合龙，龙口布置在右岸。

龙口宽度的确定主要取决于河流综合利用要求和水力条件:

1)对无综合利用要求的河道截流，龙口宽度通常按戗堤堤头使用材料的抗冲刷能力确定。

2)龙口宽度的确定还应考虑合龙工程量和施工条件等因素。

3)龙口宽度应通过方案比较确定:①龙口宽度过大，将增大截流抛投工程量，拖延截流时间;②龙口宽度过小，将增大预进占的困难，从而物料粒径也会相应增大，还会过早影响河流的综合利用。

而叶巴滩水电站截流无综合利用要求，其龙口宽度选择主要取决龙口工程量及龙口抛投强度。

对截流流量Q =590 m3/s，对应戗堤高程2728.00 m 拟定不同的预留龙口宽度50.0 m、45.0 m、35.0 m，对各方案的初始龙口平均流速、龙口工程量、抛投强度等指标进行对比:

1)对于预留龙口宽度50.0 m，初始龙口平均流速相对较低，龙口工程量较大，相同的计划合龙时间下的抛投强度偏高，施工保证性差，非龙口段进占难度相对容易。

2)对于预留龙口宽度35.0 m，龙口工程量较少，相同的计划合龙时间下的抛投强度低，施工保证性好，但其初始龙口平均流速大，非龙口段进占难度极大。

因此，综合比较各方案的优缺点后，推荐预留龙口宽度45.0 m，戗堤高程2 726.00 m。

2.3.5 截流水力学计算

截流过程中，截流设计流量主要由龙口泄流量、冲砂底孔泄流量、河床4 孔泄洪闸泄流量、戗堤渗流量和河道调蓄流量组成，截流流量590 m3/s 的截流水力学计算成果分别见表2、图1。

表2 龙口水力指标表

图1 龙口水力指标

11 月上旬自右岸适时进占，11 月中旬截流;通过计算该截流方案的水力指标和抛投料用量、粒径和抛投强度等，本方案截流指标一般，龙口最大平均流速4.59 m/s，最大单宽功率53.69t m/s/m，最大落差4.46 m。

2.3.6 龙口段分区

综合考虑流速、落差对抛投材料及戗堤进占难度的影响，根据截流水力学计算成果，龙口段宽45.0 m，分为3 个区，即Ⅰ区(10.0 m，龙口宽度45.0～30.0 m)，本区为较困难区;Ⅱ区(15.0 m，龙口宽度30.0 ～15.0 m)，本区为截流困难区，龙口流速大，截流料物抛投强度大;Ⅲ区(15 m，龙口宽度15.0 ～0.0 m)，本区为合龙区，龙口流速相对下降。各区的流速、落差、单宽功率等重要水力学参数基本一致，以保证抛投材料、抛投强度等指标合理可行。

1)龙口Ⅰ区(流量590 m3/s):龙口宽45 ～30 m，平均流速2.45 ～4.13 m/s，最大平均流速4.13 m/s，最大平均流速对应口门宽度为30.0 m。

2)龙口Ⅱ区(流量590 m3/s):龙口宽30 ～15 m，平均流速3.45 ～4.59 m/s，最大平均流速4.59 m/s，最大平均流速对应口门宽度为25.0 m。

3)龙口Ⅲ区(流量590 m3/s):龙口宽15 ～0 m，平均流速3.45 ～0 m/s，最大平均流速3.45 m/s，最大平均流速对应口门宽度为15.0 m。

2.3.7 截流抛投材料

对截流抛投材料的最大粒径选择，一般可根据不同分区的最大流速、最大落差、止动流速等办法，并辅以工程类比确定。

根据截流龙口最大流速计算抛投材料的粒径，一般采用依兹巴斯(S.V.Isbash)公式计算。

表3 龙口段合龙抛投材料汇总表(Q=590 m3/s，戗堤高程2726.00 m)

2.4 截流施工布置

2.4.1 截流备料

合龙流量Q=590 m3/s 下截流各种粒径截流材料备料量分别见表4。截流备料场主要布置在降曲河沟口。

表4 截流龙口段备料工程量表(Q=590 m3/s，戗堤高程2726.00 m) m3

2.4.2 施工条件及合龙时间

从降曲河备料场至截流龙口处主要通过3#公路及304#公路，截流采用32t 自卸汽车。

根据截流水力学计算成果，选取不同的计划合龙时间，合龙时间与抛投强度对应关系见表5。

表5 截流龙口段计划合龙时间与平均抛投强度对应表(Q=90 m3/s，戗堤高程2726.00 m) m3/h

［1］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5397—2007 水电工程施工组织设计规范［S］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］孔科，周顺文.金沙江叶巴滩水电站施工导流专题报告［R］.成都:中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2015.