枕头坝一级水电站大坝和厂房工程二期截流实施技术总结资料.docx
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枕头坝一级水电站大坝和厂房工程二期截流实施技术总结资料
大渡河枕头坝一级水电站
大坝及发电厂房工程
（合同编号：
ZTB-SG-2011-002）
二期截流实施技术总结
批准：
李红伟
审查：
李红伟
校核：
孙玮峰
编制：
徐晓峰
中国水利水电第三工程局有限公司枕头坝工程施工局
二0一一年十二月十一日
枕头坝一级水电站大坝和厂房工程二期截流实施技术总结
1、概述
1.1工程特性
枕头坝一级水电站为大渡河干流水电梯级规划的第十九个梯级，位于四川省乐山市金口河区。
坝址处控制流域面积73057km2，多年平均流量1360m3/s。
电站采用堤坝式开发，为河床式厂房，正常蓄水位624m，最大坝高86.5m，电站装机容量720MW，开发任务以发电为主，兼顾下游用水。
根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）的有关规定，本工程等别为二等，工程规模为大
（2）型工程，挡水建筑物、泄水建筑物、发电厂房建筑物等主要建筑物为2级建筑物，相应水工建筑物结构安全级别为Ⅱ级；次要建筑物为3级建筑物，相应水工建筑物结构安全级别为Ⅱ级。
根据枕头坝一级电站的施工导流规划，导流分为一期、二期和三期进行。
其中一期做为工程前期项目，已由其他承包人完成，二期、三期为本标段施工项目。
1.2水文及工程地质资料
1.2.1水文资料
大渡河洪水是在上游融雪基础上加中下游暴雨洪水组成。
由于汇流面积大、雨区分散、降雨多连续发生，因而往往形成多峰洪水，洪水过程肥胖，涨落变幅小、底水高、持续时间长，中下游地区受青衣江、马边河暴雨区的影响，暴雨出现机会较多，多发生短历时强降水，形成洪水的过程陡涨陡落，峰高量相对不大。
本电站上游深溪沟电站目前正在建设中，是以发电为主的大型水电站，总装机容量660MW，正常蓄水位660m时相应库容0.3227亿m3，具有日调节能力，对枕头坝一级的设计洪水成果的调节影响小。
深溪沟电站上游是瀑布沟电站，属在建电站，是以发电为主兼顾防洪任务的大型水电站。
总装机容量3300MW，正常蓄水位850m时相应库容50.64亿m3，具有季调节能力，将对枕头坝一级的设计洪水具有一定的调节影响。
枕头坝一级水电站天然条件下及受瀑布沟调洪影响后的设计洪水成果见表1。
瀑布沟电站调蓄下坝址处各频率月平均流量成果见表2。
表1枕头坝一级洪水成果表单位：
m3/s
频率
P=0.1%
P=0.2%
P=0.5%
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
流量（天然）
11500
10900
10100
9430
8780
7890
7180
6420
流量（受瀑布沟影响）
10800
10500
10100
9400
8150
6600
6080
5530
表2坝址处各频率月平均流量成果表（瀑布沟电站调蓄下）单位：
m3/s
11月
12月
P＝10%
P＝20%
P＝10%
P＝20%
瀑布沟一台机发
561
550
514
508
瀑布沟二台机发
996
985
949
943
瀑布沟三台机发
1430
1420
1380
1380
瀑布沟满发
2740
2730
2690
2680
1.2.2上下游围堰工程地质资料
上游围堰位于大坝上游约200m，枯水期河面宽80m，水深一般6～7m，但在河床右侧有一河床深槽，最低高程578.30m，该处水深达11.70m，两岸谷坡坡度40°～50°，两岸基岩裸露；下游围堰位于大坝下游约400m，枯水期河谷宽80m，水深6～7m。
两岸谷坡坡度30°～45°，左岸坡覆盖层深厚，右岸在620m高程以上基岩裸露，以下坡段地形平缓，被Ⅰ级阶地砂卵砾石层所覆盖，未见基岩出露。
围堰地基由河床含漂砂砾石层组成，一般厚35～50m。
漂石块径20～70cm，表层靠岸坡一带有大孤石分布，最大块径达5.0m以上，卵砾石粒径一般4～9cm，成分复杂，以白云岩、砂岩、玄武岩及灰岩为主，磨圆度中等～较差，呈次圆状。
由中粗砂及少量细砂充填，并间夹有3层相对较连续的砂层分布，据统计，河床砂卵砾石层中，卵砾石约占70%～90%，砂粒约占30%～10%，上部结构属中等密实，下部呈密实状态。
围堰下伏基岩顶面高程548～533m，岩性为玄武岩，多为弱风化状态，裂隙中等～较发育，岩体总体较坚硬，基岩浅部呈中等透水性。
两岸堰基仍为玄武岩，其中，上游围堰两岸基岩裸露，多为强～弱风化，裂隙发育，部分裂隙卸荷张开成10～30cm宽缝。
推测强卸荷带水平深10～20m，弱卸荷带水平深达50～60m，两岸地下水位低平，受裂隙及风化卸荷的影响，堰肩岩体水平向渗透性较强，下游围堰在600m高程以下均为覆盖层，其物质组成主要为碎块石及阶地砂卵砾石层构成，粘土含量较少，透水性较强。
2、截流设计流量
2.1截流时段及截流设计流量
根据枕头坝一级水电站工程总体安排，拟定二期主河床截流时段为2011年11月下旬。
依据合同文件，预进占及龙口合拢设计流量分别考虑深溪沟两台机发电（Q=1250m3/s）和一台机发电（Q=625m3/s），我单位进行了详细的二期截流施工组织方案编写和水力学参数计算，并委托三峡大学做了截流模型试验，为二期截流施工提供有利的科学数据，确保截流任务成功。
2011年11月2日在国电大渡河枕头坝公司，业主组织召开了二期截流方案专家咨询会，会上对戗堤预计占和龙口合龙流量进行了更改和明确，龙口合龙流量与合同文件发生了变化，根据贵阳院《二期截流设计规划报告》和本电站受上游瀑布沟电站、深溪沟电站调控的实际情况，深溪沟电站调蓄下两台机组发电，11月10年一遇月平均流量为1250m3/s；瀑布沟三台机组发电时，11月10年一遇月平均流量为1430m3/s；瀑布沟两台机组发电时，11月10年一遇月平均流量为996m3/s。
故预进占时期的设计流量取1250m³/s，龙口合龙时期的截流设计流量取996m³/s，截流期间在最艰难的龙口II区截流设计流量取625m³/s（业主协调上游深溪沟电站控泄8小时）。
由于龙口合龙流量增大，各项水力学参数都发生了较大变化，重新进行了水力学参数计算。
当预进占截流流量Q＝1250m3/s，龙口段截流流量Q＝996m3/s，戗堤顶高程597.00，堤头坡比1：
1.2，龙口残留2m高岩坎。
经计算，龙口水力学指标详见表3和附图1龙口水力特征曲线。
表3龙口水力学指标
龙口宽度B（m）
60
50
40
31.84
30.0
20.0
10.0
水位
上游（m）
591.05
590.55
591.5
592.6
593.0
594.1
594.5
下游（m）
590
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
589.424
截流流量
（m³/s）
总流量
1250
996
996
996
996
996
996
龙口泄流量
777
577
470
296
266
86
5
导流明渠分流量
473
419
526
700
730
910
991
流态
淹没
淹没
淹没
淹没
非淹没
非淹没
合龙
龙口水深（m）
5.67
5.36
5.25
6.59
6.31
4.04
1.24
平均水面宽度（m）
36.396
27.488
16.987
7.903
7.576
4.842
1.484
平均单宽流量（m3/s.m）
21.35
20.99
27.67
37.45
35.11
17.76
3.37
最大流速（m/s）
3.77
3.92
5.27
5.69
5.56
4.40
2.72
龙口落差（m）
1.05
1.126
2.076
3.176
3.576
4.676
5.076
单宽能量（t.m/s.m）
26.90
28.36
68.93
142.74
150.68
99.66
20.52
断面形式
梯形
梯形
梯形
三角形
三角形
三角形
三角形
抛石稳定化引粒径（cm）
56
61
110
128
122
77
30
附图1龙口水力特征曲线
2.2截流方式
综合考虑各种因素，二期主河床截流采用上游单戗立堵，双向进占的方案进行施工。
2.3截流戗堤设计
根据现场实际情况，为防止截流合龙时戗堤进占抛投料流失进入围堰防渗体部位造成防渗体施工困难，同时考虑截流后，尽快形成上游围堰防渗墙施工平台，结合围堰结构形式，截流戗堤布置在上游围堰防渗墙下游，戗堤上游坡脚距防渗墙位置为6.93m。
龙口段按截流流量Q＝996m3/s查导流明渠进口水位流量关系，闭气后对应上游水位594.53m，综合考虑安全超高及施工因素以后确定上游戗堤顶高程为597.00m。
截流戗堤预进占顶宽为25m，上下游坡比为1:
1.5，龙口I、Ⅱ、Ⅲ区顶宽为20m，上下游坡比为1:
1.5，戗堤总长95m，进占方向堤头边坡坡比1:
1.2。
2.4龙口位置、宽度的选择
根据截流水力学计算成果，最终确定上游戗堤龙口宽度在预进占后为60m（此时右岸进占25米，左岸进占10米左右），由于枕头坝电站下游跨河索桥为单车道，且左岸受S306省道交通影响，右岸抛投强度大于左岸抛投强度，选择以右岸进占为主，龙口位置偏主河床左侧。
2.5截流戗堤设计工程量
综合上述水力学计算及截流模型试验中间成果，结合类似工程成功截流的经验，按工况一条件下各部位所需要抛填各类材料的数量，确定二期上游围堰截流戗堤设计工程量，具体见表4。
表4二期上游围堰截流戗堤设计工程量表
施工部位
材料名称
单位
体型数量
设计抛投量量
料源
预进占
左岸10m
右岸25m
石碴料
m3
11137
15794
江沟渣场
中石
m3
9111
10528
江沟渣场
左岸截流龙口30m
石碴料
m3
8192
7811
江沟渣场、左岸堆存场
江沟渣场
中石
5287
大石串
m3
650
780
左岸堆存场
钢筋石笼
m3
1600
2000
左岸堆存场
砼四面体
m3
80
100
左岸堆存场
右岸截流龙口30m
石碴料
m3
6802
6766
江沟渣场、右岸堆存场
中石
4270
大石串
m3
650
780
右岸堆存场
钢筋石笼
m3
1600
2000
右岸堆存场
砼四面体
m3
80
100
右岸堆存场
上游戗堤工程量合计
m3
39902
56216
3、截流准备
3.1截流材料
自2011年9月中旬进场以来，枕头坝施工局以截流为中心，全力以赴的进行了截流施工组织设计的计算和编写，在截流施工组织设计指导下，紧张有序地准备截流材料，并考虑的一定的富裕量，施工局做了充分的准备工作，确保截流工作万无一失。
于2011年11月20日完成了全部截流备料施工，并将截流设备也全部组织到位。
由于截流流量增大，且为河床为深覆盖层，若在流速最大时对河床覆盖层造成大的冲刷，只能采取抛投大量稳定料进行护底，因此，要准备足够充分的大块石料。
综合考虑现场料源，大块石已基本全部进行了收集，穿成了块石串，但块石串量不大。
因此，我单位加工准备了7429m3钢筋石笼，以备河床覆盖层发生较大冲刷时使用，比上报的截流施工组织设计中计算的抛投钢筋石笼量多出了近一倍。
考虑到截流流量较大，截流过程中不确定因素较多，将部分钢筋石笼、块石串、砼预制四面体倒运至坝址两岸，以缩短运距，提高截流抛投强度，。
截流备料主要工程量统计表，见表5。
序号
名称
单位
工程量
备注
1
钢筋石笼
m3
7429
其中2m3为2180个，3m3为1023个。
2
块石串
串
1000
约1500m3
3
砼预制四面体（2m3）
个
100
左、右岸各50个
4
石渣料
m3
10000
左岸非溢流坝段位置
表5截流备料主要工程量
3.2截流设备
表6二期截流设备配置及布置表
序号
设备名称
规格
单位
数量
完好情况
备注
1
反铲
CAT365（3.8m3）
台
1
完好
导流明渠进口
2
反铲
日立850（4.2m3）
台
1
完好
导流明渠进口
3
反铲
日立360（1.6m3）
台
2
完好
左岸堆存场
4
反铲
CAT330D（1.4m3）
台
2
完好
右岸堆存场
5
反铲
日立360（1.6m3）
台
1
完好
江沟渣场
6
反铲
CAT336（1.8m3）
台
1
完好
江沟渣场
7
装载机
ZL50
台
2
完好
渣场1台，备用1台
8
推土机
SD22
台
4
完好
戗堤顶
9
推土机
D8R
台
1
完好
戗堤顶
10
吊车
8T
台
1
完好
左右岸大块石、钢筋石笼、四面备料场
11
吊车
16T
台
1
完好
12
吊车
25T
台
1
完好
13
吊车
50T
台
1
完好
14
吊车
75T
台
1
完好
左岸备用
15
托板车
30T
台
1
完好
左岸备用
16
车辆
20T-25T
辆
50
完好
备用4辆
17
电焊机
BX－500
台
4
完好
18
救生船
艏
2
完好
租赁
19
长臂反铲
臂长22.0m
台
1
完好
3.3截流方案实施
在导流明渠进口预留岩埂未拆除前，因导流明渠预留岩埂高程较低，为592.0m高程，为避免造成导流明渠进口上游水位壅高，给导流明渠施工带来危险，戗堤预进占无法实施。
2011年11月26日上午10点导流明渠进口预留岩埂爆破，10：
30分我施工局开始戗堤预进占施工，戗堤预进占和龙口合龙填筑未间断、连续进行。
考虑施工道路情况和河床地质条件，截流填筑以右岸为主、左岸为辅。
因素一，坝址下游连接两岸的索桥为单车道，并且当地过桥车辆也较多，到达左岸戗堤的抛投强度将会低些；右岸填筑施工道路受到的干扰相对较少，右岸抛投强度高于左岸。
因素二，依据合同文件提供的地质资料，上游围堰戗堤处河床深槽偏向右岸，龙口合龙布置须偏向左岸，避免流速最大时，造成河床覆盖层冲刷严重，增大截流难度。
因素三，取料点为江沟渣场弃渣Ⅰ区和导流明渠进口岩埂爆破料，岩埂爆破料块径较好，为30~80cm，拆除岩埂量约10000m3，岩埂位于右岸，距上游围堰戗堤距离只有100多m，取料条件较好。
岩埂拆除为江南公司承担，经业主协调，我单位承担岩坎爆破任务，布置两台大反铲，一台CAT365（3.8m3）和一台日立850（4.2m3），岩埂爆破料块径在30~80cm。
戗堤预进占填筑料以块径含量较大的石渣料为主，戗堤预进占顶宽为25.0m，其中右岸进占约15.0m、左岸进占约10.0m，石渣填筑量为19000m3，填筑时段为8小时，小时抛投强度为2375m3/h，该时段大渡河瀑布沟水电站下泄流量为350m3/s~500m3/s，水流流速为1.98m/s~2.28m/s，并于11月26日下午约6点导流明渠进口岩埂破口，导流明渠开始分流。
龙口合龙段，戗堤顶宽由25.0m逐渐调整为20.0m，戗堤高程从597.0m开始降坡，以减少戗堤抛投量。
从2011年1月26日下午18：
30分至11月27日上午约9：
00点，完成龙口Ⅰ区（60m~40m）填筑，龙口Ⅰ区进占宽度为20.0m。
龙口Ⅰ区抛投料主要为块石粒径较好的石渣料和钢筋石笼，抛投量约11100m3，其中钢筋石笼为900m3，石渣料为10200m3。
该时段大渡河瀑布沟水电站下泄流量约为400m3/s，水流流速为2.28m/s~3.20m/s。
龙口Ⅰ区填筑共耗时9小时，为夜间施工，进展适当放缓，小时抛投强度为1233m3/h。
龙口Ⅱ区为（40m~20m）戗堤填筑的最难阶段，并且大渡河瀑布沟水电站下泄流量也逐渐增大，最大下泄流量达到了652m3/s，流速也达到了最大5.56m/s。
龙口Ⅱ区由于过流断面减小，流速急剧增大，该阶段抛投主要利用钢筋石笼、块石串和砼预制四面体，以保证抛投料的稳定性。
龙口Ⅱ区抛投量约12140m3，其中钢筋石笼2600m3，块石串400串，预制四面体160m3，石渣料8780m3。
11月27日早6点至上午11点完成龙口Ⅰ区填筑，共耗时约6.0小时，完成小时抛投强度为2023m3/h。
龙口Ⅲ区（20m~0m）为三角体，随着导流进口上游水位的抬高和导流明渠分流量的加大，通过龙口Ⅲ区的流量正逐渐减小，该区截流相对容易些，但抛投料仍以块石串和砼预制四面体等大料为主，石渣料给予辅助。
龙口Ⅲ区抛投量约3650m3，其中钢筋石笼250m3，块石串150串，预制四面体40m3，石渣料3060m3。
龙口Ⅲ区于11月27日下午14：
30分填筑完成，共耗时约2.5小时，完成小时抛投强度为1460m3/h。
二期围堰截流戗堤设计与实际抛投工程量对比表，见表7，二期截流各项水力学参数统计见附表。
表7二期上游围堰截流戗堤设计与实际抛投工程量对比表
施工部位
材料名称
单位
设计抛投量
实际抛投量
料源
预进占
左岸10m
右岸25m
石碴料
m3
15794
14200
江沟渣场
中石
m3
7288
4800
江沟渣场和导流明渠岩埂爆破石渣料
龙口Ⅰ区（60m~40m）
石碴料
m3
6654
10200
江沟渣场、导流明渠岩埂爆破石渣料
钢筋石笼
m3
900
900
两岸堆存场
龙口Ⅱ区（40m~20m）
石碴料
m3
6027
8780
江沟渣场、导流明渠岩埂爆破石渣料
大石串
m3
1200
600
两岸堆存场
钢筋石笼
m3
2800
2600
两岸堆存场
砼四面体
m3
180
160
两岸堆存场
龙口Ⅲ区（20m~0m）
石碴料
m3
1896
3064
江沟渣场、导流明渠岩埂爆破石渣料
大石串
m3
160
300
两岸堆存场
钢筋石笼
m3
300
250
两岸堆存场
砼四面体
m3
/
36
两岸堆存场
上游戗堤工程量合计
m3
56216
45890
截流完成后，迅速将戗堤加高至597.0m，然后开始进行上下游围堰防渗墙平台填筑施工。
4、结论
4.1江南公司承担的导流明渠进口预留岩埂爆破效果不好，岩埂底部残留高程为590.5m，设计要求的岩埂拆除底部高程585.0m，分流效果不好，增加了截流施工难度。
4.2在截流过程中，抛投料的稳定性砼预制四面体最好，其次是块石串，钢筋石笼在抛投滚动过程中，易损坏，块石被冲走。
4.3截流过程中，实测的各项水力学参数与截流模型试验成果对比基本吻合，在龙口Ⅱ区未对河床覆盖层造成明显的冲刷。
4.4事前制定的截留过程中戗堤填筑以右岸进占为主，龙口位置偏主河床左侧的方案，在实施过程中得到了很好落实，龙口段右岸进占了38米，左岸进占了22米。
4.5戗堤抛投填筑料中，钢筋石笼、块石串和砼预制四面体抛投量为4850m3，占总抛投量的10.6%。
4.6戗堤实际抛投量为设计抛投量的81.6%，为体型抛投量的115%，抛投料损失率达13%。
序号
日期
导流明渠进口水面高程（m）
左岸围堰上游水面高程（m）
戗堤预进占、龙口宽度（m）
龙口流速（m/s）
戗堤落差（m）
抛投强度（m3/h）
1
2011.11.26
10:
30
588.47
589.55
83.157
1.98
0.1
2375
2
12:
30
588.35
589.47
77.49
2.05
3
14:
30
588.96
590.48
71.49
2.10
4
16:
30
589.02
590.68
66.8
2.25
5
18:
30
588.51
589.98
60.266
2.28
0.2
1233
6
20:
30
588.35
590.3
56.23
2.61
7
22:
30
588.277
590.8
55.2
2.63
8
2011.11.27
00:
30
588.34
589.82
53.07
2.90
9
02:
30
588.48
589.6
52.4
2.93
0.57
10
04:
30
588.9
589.7
46.26
3.39
2023
06:
30
588.8
589.5
39.03
3.55
11
10:
00
588.75
590
31.89
5.56
1.98
12
12:
00
590.31
591.46
14.9
3.56
3.01
1460
13
14:
00
590.65
591.91
5.72
1.88
说明：
本次戗堤截流龙口填筑量为45890m3,其中钢筋石笼抛投3750（2m3钢筋石笼2340m3，3m3钢筋石笼1410m3。
）大块石串900m3，砼四面体抛投194m3,石渣填筑为41046m3。
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