金沙江金安桥水电站截流方案优化试验研究（高鹏,钟俊）

摘要: 金安桥水电站施工截流模型试验结合导流洞洞口爆破岩埂的残留程度，综合考虑各种来流量下不同分流方式以及不同进占形式，运用施工截流水力学及模型试验的最新理论、方法，对各种组合工况下的截流方案进行研究。优选切实可靠的截流方案，合理估计其截流风险，使截流方案实现合理性、经济性和安全性的统一，为工程截流设计与施工组织提供了重要的指导作用。

关 键 词: 截流;模型试验;截流方案优选;宽戗堤;金安桥水电站

中图分类号: TV551.2 文献标识码: A

1 工程概况

金安桥水电站位于云南省丽江市境内的金沙江中游河段，是金沙江中游河段规划的第5级电站，左岸属永胜县，右岸属古城区。电站枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝（最大坝高160m）、坝后引水发电系统、右岸溢洪道、冲沙泄洪底孔等永久建筑物组成。水库总库容9.13亿m3 ，电站装机容量2400MW，保证出力473.7MW，多年平均发电量110.43亿kW?h，水库具有周调节性能。

金安桥水电站采用全年断流围堰、隧洞导流、大坝全年施工的导流方式。为宣泄施工期洪水，在右岸布置了两条导流隧洞，洞身断面16m×19m（宽×高），均为城门洞型。隧洞低洞进口高程为1289.9m，出口高程为1287.18m，洞身长度为941.232m，纵向坡比0.003;隧洞高洞进口高程为1295.00m，出口高程为1291.39m，洞身长度为1231.989m，纵向坡比为0.003。导流洞闸门闸室均采用岸塔式闸室结构。上、下游均为土工膜心墙堆石围堰，上游土石围堰堰顶高程为1343m，最大堰高59m。下游土石围堰堰顶高程为1316m，最大堰高34m。

金安桥水电站计划在2005年12月中旬截流，截流设计流量取10a一遇旬平均流量889m3/s。截流期间拟采用1条导流洞分流、单戗堤立堵进占的截流方式。戗堤处右岸岸坡较缓，左岸岸坡较陡，两岸同时预进占，龙口宽70m。截流戗堤轴线位于上游围堰轴线下游50m处;戗堤顶宽20m，戗堤顶高程1309m。

2 模型试验内容

截流模型试验在坝址区河床现状地形基础上进行，考虑到工程的施工进度、地形条件以及实际施工技术条件的限制，为更加真实的模拟工程实际情况，从以下因素综合考虑拟定实验方案:

（1）从导流洞的实际施工进度，确定参与截流的导流洞数量;

（2）因导流洞进口围堰难以拆除干净，考虑预留岩埂高度3、2、1、0m时的影响;

（3）考虑截流过程中进占方式不同的影响。

具体试验内容包括:

（1）测定非龙口段、龙口段各区段的水力学参数;

（2）选定非龙口和龙口段各区抛投料物的类别及粒径（尺寸）;

（3）选定料物的抛投方式;

（4）选定龙口合龙最困难情况的护底方式、范围及材料;

（5）根据截流模型试验，提出与金安桥电站实际情况较相符的截流方案。

3 模型制作与试验设计

3.1 模型制作

模型制作范围，选定上游围堰轴线以上约500m，下游围堰轴线以下约600m，总长约2300m。动床范围以保证河道冲淤相似为原则，上游从上游围堰轴线以上约150m开始到坝轴线前约100m处，总长约300m，下游从下游围堰轴线开始至导流洞出口约150m处，总长约400m。模型平面布置示意图如图1（略）所示。

3.2 试验设计

根据各种考虑因素的组合，拟定金安桥截流模型试验设计工况共20组，其中重点研究了12月中旬10a一遇旬平均流量889m3/s下的各种组合工况。包括889m3/s下两岸双向立堵进占，右岸单向立堵进占，左岸裹头右岸单向进占等不同的进占组合方式，以及导流洞进口预留岩埂爆破拆除残留程度不同的组合方式。具体工况组合见表1。

4 试验成果及分析

4.1 截流时段与设计流量的选择

从试验中各种流量下的截流龙口水力指标来看，在同样最困难情况下（导流洞引渠岩埂拆除预留3m岩埂，右岸单洞分流），流量748m3/s，截流龙口最大平均流速达6.16m/s，龙口最大落差5.75m;流量889m3/s，截流龙口最大平均流速达6.45m/s，龙口最大落差6.53m;流量1320m3/s，截流龙口最大平均流速达6.80m/s，龙口最大落差达7.60m。单从龙口水力指标来看，在流量748m3/s条件下的各种水力指标均优于其他流量，但综合考虑施工工期，尤其是围堰需在汛前抢修至1343m挡水高程，由于上游围堰填筑量为108.2万m3 ，基础高压旋喷混凝土防渗墙深32m;堰体上部填筑量为93万m3 ，截流后围堰施工工期较紧，河床截流宜及早进行。故建议截流设计流量采用P=10%12月中旬平均流量889m3/s。

4.2 导流洞参与分流的研究

水力学试验表明:在截流过程中，1号导流洞的分流能力能够满足截流过程中的分流要求。综合考虑导流洞的施工进度以及导流洞进口引渠内围堰拆除残留程度，认为截流设计中考虑采用右岸单洞分流方式是可行的。

4.3 截流方式的选择

截流模型试验研究的各种典型工况下的龙口水力指标见表2。

从以上试验成果可以看出，采用单戗堤进占龙口水力指标均较大，在试验过程中进占至困难段时，戗堤堤头流失量很大，并且有较大面积的坍塌现象发生，对安全截流不利。且在截流过程中需要大量大中块石，根据金安桥坝址区实际开挖情况，大于60cm的大块石很少，需专门制作一批人工截流材料，不利于截流方案的经济性。故不予采用单戗堤进占的方案。

比较水力参数，双戗堤双向立堵截流有着较明显的优势，但是综合考虑施工组织设计的难度，特别是在金安桥坝址区，左岸岸坡陡峻，施工布置尤其是交通布置较困难，若双戗配合协调不好，截流难度比单戗还要大，所以从施工组织和现场调度上来考虑，不宜采用此方案。同时根据本工程地形条件，围堰内布置双戗堤也较困难，而且上、下游围堰相距约1.0km，下游围堰戗堤分担落差有限，故不考虑采用双戗截流方案。

相比较而言，宽戗堤截流有着以下优势:

从水力学观点看，宽戗堤能够使龙口水流显著降低抗冲流速，增大龙口前壅水高度，增大分流量;从而减少龙口流量，从整体上降低截流难度。而且戗堤增宽，增加了龙口水流沿程磨阻损失，可以降低龙口水流流速;从截流模型试验的水力指标上看，流速得到了有效地减小，龙口最大平均流速为5.50m/s;从止动的观点看，能够减小抛投块石的粒径，这对坝址区开挖料缺乏大中块石有明显的补充优势，有效地减少了人工截流材料的制作费用。从施工上看，戗堤加宽，无形中提高了截流抛投强度，并有利于抑制抛投料的流失。这些优势在截流模型试验中也体现的非常明显，特别是在截流实施过程中，采用下挑角进占壅高下游水位，然后采用上挑角进占，这种上下挑角配合进占的方式对有效减少流失有着极好的作用。

同时宽戗堤的宽度效应也并非顶宽愈大愈好，而是在a/H略大于2～3后（a为戗堤顶宽，H为龙口水头），宽度效应反映已趋明显，继续增宽，宽度效应并未成比例增大，一般当a/H小于2～3到a/H略大于2～3范围内，宽度效应反映最明显。这时龙口内一般都能形成淹没流，可以充分发挥宽戗堤截流的优越性。根据模型试验的研究结果，综合考虑采用60m宽戗堤方案。

根据坝址区河谷地形实际情况，河道狭窄，左岸岸坡较陡，右岸较平缓易布置施工临时建筑及公路，故拟采用上游宽戗堤、单向进占的立堵截流方式。

4.4 戗堤轴线、龙口位置与宽度的选择

试验对戗堤轴线位置进行了验证，从河床的地形地质条件、与防渗墙的位置关系、是否有利于隧洞分流等角度考虑，认为戗堤轴线位置是合理的。龙口位置在河床中部可稍微偏向右岸（河床左岸深，截流时冲刷大、料物流失大、落差大，龙口靠右岸可能有利于分流和截流），龙口宽度定为70m。

5 结语

根据模型试验成果，考虑经济性、可行性及截流安全性等，建议如下:

（1）金安桥水电站施工截流可采用60m宽戗堤右岸单向立堵截流，龙口宽度取70m。

（2）截流流量综合考虑了工期以及截流难易程度，建议采用12月中旬10a一遇旬平均流量889m3/s。

（3）截流过程中分流建筑物的实际分流能力得以验证，考虑导流洞的施工工期，可采用1号导流洞单洞截流。

（4）截流戗堤轴线定为上游围堰轴线下游50m处，既有利于隧洞分流，又适合防渗墙的位置。

（5）由于左岸岸坡陡峻，且水深较大，可考虑左岸预进占、大块石裹头保护、龙口偏向右岸、右岸单向进占合龙的截流方式。由于导流洞布置于右岸，龙口偏向右岸有利于分流，也有利于降低困难段的戗堤高度，避免坍塌现象发生。

参考文献:

［1］ 贺昌海，肖焕雄.立堵截流风险及其模型研究.武汉水利电力大学学报，1998，（5）.

［2］ 左双英，周宜红.立堵进占截流困难度指标的探讨.水电能源科学，2002，（6）.

［3］ 肖焕雄.施工水力学.北京:水利电力出版社，1992.

［4］ 李炜，徐孝平.水力学.武汉:武汉水利电力大学出版社，2000.

［5］ SL163.2-95，施工截流模型试验规程.

作者简介: 高 鹏，男，长江三峡工程开发总公司向家坝工程建设部，工程师。