阿岗水库主坝截流规划设计

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　　摘  要：阿岗水库位于九龙河上游的篆长河上，采用从河道左岸至右岸，上游单戗堤单向进占立堵的截流方式，戗堤顶高程为
　　1830.50m，最大高度约12.50m，工程于2017年12月29日顺利完成截流。
　　关键词：阿岗水库;截流戗堤龙口;规划设计
　　中图分类号：TV52         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）04-0088-03
　　Abstract： The Agang Reservoir is located on the Zhuanchang River in the upper reaches of the Jiulong River. It is closed by a single dike in the upper reaches from the left bank to the right bank. The top elevation of the dike is 1830.50m and the maximum height is about 12.50m. The closure was successfully completed on December 29， 2017.
　　Keywords： Agang reservoir; closure embankment section; planning and design
　　1 工程概况
　　阿岗水库是一座以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，兼顾改善九龙河瀑布景观用水条件、发电等综合利用的水利工程。水库位于九龙河上游的篆长河上，水库总库容12993×104m3，兴利库容9677×104m3，坝后电站装机3×3500kW，阿岗水库工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等。阿岗水库工程由水库枢纽工程和输水干渠改扩建工程组成。水库枢纽建筑物由主坝、溢洪道、坝后电站、泄洪隧洞、输水发电隧洞、副坝、挖玉冲改河隧洞组成。主坝为粘土心墙堆石坝，坝顶高程1870.50m，最大坝高61.00m，坝顶宽度8m，坝顶长174.00m。
　　2 施工导流规划
　　2.1 导流方式
　　主坝施工导流采用一次拦断河床、全年围堰挡水、导流隧洞泄流的导流方式。坝体填筑高程超过围堰堰顶高程时，采用坝体挡水、导流隧洞泄流的导流方式。
　　2.2 导流建筑物级别
　　阿岗水库工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物主坝、副坝、溢洪道、泄洪隧洞及输水发电隧洞进口为2级建筑物，输水发电隧洞洞身、厂房为3级建筑物，挖玉冲改河隧洞为3级建筑物，主、副厂房及尾水渠为3级建筑物。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）的相关规定，主坝的施工导流建筑物级别为4级。
　　2.3 导流标准
　　4级导流建筑物，上游围堰挡水洪水重现期采用全年10年一遇洪水标准（P=10%），设计洪峰流量Q=359m3/s。坝体施工期度汛标准采用全年50年一遇洪水标准（P=2%），设计洪峰流量为547m3/s。下游围堰保护大坝基坑施工，采用全年10年一遇洪水标准（P=10%），导流泄洪隧洞最大下泄流量223.31m3/s。
　　2.4 导流程序
　　2016年10月至2017年12月中旬，原河道过流，导流泄洪隧洞、输水发电隧洞施工、主坝岸坡及溢洪道控制段开挖。2017年12月下旬，主河道截流。2017年12月至2018年10月底，主坝全年上、下游围堰挡水，导流隧洞泄流。2017年11月中旬至2018年4月进行坝基开挖、灌浆盖板混凝土浇筑、河床固结灌浆、帷幕灌漿。2018年5月至10月进行主坝岸坡段固结灌浆及帷幕灌浆施工。2018年11月至2019年4月，主坝全年上、下游围堰挡水，导流隧洞泄流，进行一期坝体（度汛坝体）填筑，进行溢洪道施工，进行电站厂房基础开挖、厂区防洪墙施工，安装尾水闸门。2019年5月至10月，主坝坝体挡水，导流隧洞泄流，完成溢洪道施工。厂区防洪墙及尾水闸门挡水，进行坝后电站厂房施工。2019年11月至2020年2月，主坝坝体挡水、导流隧洞泄洪，进行二期坝体填筑，大坝封顶，电站施工完毕。2020年3月，导流隧洞进口下闸封堵。
　　2.5 导流建筑物
　　导流泄洪隧洞布置在左岸，采用“龙抬头”型式与泄洪隧洞结合，导流泄洪隧洞洞身段总长555.02m，其中导流专用段长78.44m，洞身断面为圆拱直墙形，断面尺寸为4.5m×5.5m（宽×高），洞身纵坡为i=0.01。
　　主坝上游围堰利用建筑物开挖石渣料填筑，粘土心墙防渗，左右岸堰基范围内采用帷幕灌浆防渗，上游围堰最高挡水位为1846.38m，堰顶高程1847.70m，最大堰高32.7m。
　　主坝下游围堰利用开挖石渣料填筑围堰、粘土斜墙防渗，堰基采用截渗齿槽，堰顶高程1825.50m，最大堰高8.5m。
　　主坝坝体填筑高度超过上游围堰后，采用坝体挡水度汛。度汛坝体填筑整体上升，采用粘土心墙防渗，拦洪水位1854.20m，度汛体顶高程1855.70m。
　　3 截流规划设计
　　3.1 截流时段、标准及流量
　　根据水文资料分析，篆长河11月至次年4月为枯水期，5月为初汛期，6月至9月为主汛期，10月为汛后期，3、4月份河水最枯。根据工程进度，导流泄洪隧洞12月中旬才能具备过水条件，主坝截流时段安排在12月下旬。截流流量选用12月的10年一遇月平均流量Q=11.61m3/s。
　　3.2 截流方案
　　主坝坝址处河道狭窄，考虑立堵截流准备工作简单，造价较低，且目前国内大部分的工程都是采用立堵截流，立堵截流积累了很多经验，故采用单戗堤立堵截流。 　　本工程导流隧洞布置在主坝左岸，石料场、土料场也均位于左岸，主要交通道路布置在左岸，且左岸地形平缓便于备料。从地质条件分析，右岸基岩裸露，抗冲能力较强，适合布置龙口截流时将龙口布置在右岸，采用从左岸至右岸，上游单戗堤单向进占立堵截流方案。
　　3.3 截流戗堤布置
　　上游围堰为采用粘土心墙防渗形式的围堰，围堰堰体外无多余位置布置截流戗堤，同时为了节省围堰工程量，截流戗堤与围堰结合布置，即将截流戗堤布置在围堰内，截流戗堤迎水面设粘土斜墙防渗。
　　根据截流抛投强度要求，为满足截流车辆通行，确定戗堤顶宽为10m，其中石渣料宽度7.5m，粘土料顶宽2.5m。上游边坡为1：2.5，下游边坡为1：1.8，龙口进占方向垂直水流方向，进占边坡为1：1.5。戗堤最高拦洪水位1828.77m，戗堤顶高程确定为1830.50m，最大高度约12.50m。戗堤结构见图1，龙口进占纵剖面见图2。
　　3.4 截流水力计算
　　截流设计流量（河道来流量）在截流过程中分为四部分：Q=Qg+Qd+Qr+Qs。[1]
　　式中：Q为截流设计流量;Qg为龙口泄流量;Qd为分流建筑物泄流量;Qr为上游河槽调蓄流量;Qs为戗堤渗透流量。计算时，将Qr与Qs作为安全裕度，不予计入。
　　龙口泄流量计算公式：Qg=бnmB（2g）0.5H1.5
　　式中：бn-淹没系数，龙口呈梯形断面时，hn/H≥0.7时为淹没流，бn查巴甫洛夫斯基淹没系数表;龙口呈三角形断面時，hn/H≥0.8时为淹没流，бn查别列津斯基淹没系数表;B-龙口平均过水宽度，m;H-龙口上游水深，m;hn-龙口下游水深，m;m-流量系数，取m=0.32。
　　导流隧洞分流量根据导流洞过水能力特性，从导流洞进口水位及过流量关系曲线中查得，导流隧洞泄流曲线见表1。
　　计算原则与方法：导流隧洞分流量Qd、龙口泄流量Qg和上游水位采用图解法求出，然后根据龙口泄流量Qg求出截流过程中各水力指标;龙口水深h在淹没流时取下游水深hn，在非淹没流时取临界水深hk，其计算公式为：单宽流量：q=Qg/B。
　　临界水深hk：当龙口为梯形过水断面时，由（Qg）2/g=（Wk）3/Bk试算得hk，式中Bk、Wk分别为临界水深时相应的过水断面宽度及面积;当龙口呈三角形过水断面时，由hk=[2（Qg）2/g/s2]1/5，式中s为戗堤轴线方向的边坡坡度，取1.5;平均流速：v=q/h;戗堤落差：z=H-hn;单宽功率：N=γqZ;上述公式中g为重力加速度，取9.81m/s2。截流计算的龙口水力学指标见表2。
　　3.5 截流水力指标分析
　　通过截流水力计算可知龙口最大平均流速为2.98m/s，最大落差为0.63m，最大单宽功率为3.4m3/s·m，龙口进占难度一般。经综合分析研究，以P=10%对应的Q=11.61m3/s流量作为截流设计流量，只要对截流材料及施工机械做好充分准备，是较容易实现的。
　　3.6 龙口保护
　　通过截流水力计算可知截流龙口最大流速为2.98m/s，流速不大，龙口处选用块径较大的块石进行保护即可。
　　3.7 截流材料选择
　　对截流抛投材料的最大粒径选择，一般可根据不同分区的起动流速、止动流速等办法，并辅以工程类比确定。根据《水利工程施工》[2]，以起动流速分析是根据依兹巴斯公式，使石块发生移动所需要的最小流速;以止动流速分析是使石块不致发生滚动的最大流速。采用起动流速法和止动流速法计算的不同龙口分区抛投料粒径见表3。
　　根据上述计算可知，截流抛填料粒径选择范围为0.2m～0.5m，选用开挖石渣料作为主要截流材料即可满足龙口水力要求，抛石块径配备部分块径为40cm～50cm的块石。为保证顺利合龙，可预备一定数量的粒径0.5～1m的大块石作为合龙遭遇困难时的应急抛投料。
　　3.8 截流施工
　　截流施工程序：左岸戗堤进占→合龙→闭气。由于河道较窄，不安排预进占，合龙闭气抛投料应均匀抛投于迎水面。
　　截流施工机械配置：2m3挖掘机2台，15t自卸汽车12辆，59kW推土机1台，20t振动平碾1台。
　　截流戗堤施工所需的石渣填筑用料采用导流泄洪隧洞洞挖料及大坝左右岸开挖渣料。在导流泄洪隧洞及大坝开挖时，将可以利用的弃渣料堆放于上游左岸岸边，以满足围堰及截流戗堤备料要求;截流所需的大块径石料可从开挖料中捡集。截流施工前，将捡集的石料运输到戗堤附近，截流时用挖机挖装自卸汽车运输到龙口左岸位置直接进行抛填。
　　3.9 截流进度计划
　　截流安排在2017年12月下旬，在导流隧洞具备完全过流能力，相关准备工作就绪后进行截流。截流完成后，应尽快填筑上游围堰，以有效保护大坝施工。
　　4 结束语
　　2017年12月29日阿岗水库主坝成功截流，截流后阿岗水库施工进展顺利。在对水文气象、地形地质及施工材料等条件综合分析后，合理选择截流时段、截流方式、截流材料，使得截流工作在安全、简单、快速经济的情况下进行。
　　参考文献：
　　[1]夏仲平.水利水电工程施工手册（第5卷）[M].北京：中国电力出版社，2005.
　　[2]袁光裕，胡志根.水利工程施工[M].北京：中国水利水电出版社，2005.
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