高落差截流工程的进展及其工程措施讲述.doc

水电站设计SHUIDIANZHAN SHEJI2003年 第19卷 第1期 高落差截流工程的进展及其工程措施 陈忠儒，陈义东，陈义武 （长江科学院，湖北武汉　430010） ??? 摘　要：叙述了国内外河道高落差截流工程的进展情况。在龙口进占中，根据抛投块体的稳定理论对水力参数的计算可找到截流的困难段。立堵截流在运用伊兹巴什公式计算中，式中的稳定系数K考虑了戗堤端头坡度、河床底面糙度、石块、混凝土块以及单体、串体的影响。在减轻高落差截流难度方面，可通过对龙口范围采用石渣料、拦石坎、预抛填底保护，以及拦石栅辅以多戗、平堵等解决。并列举了典型工程实例。　　关键词：截流；龙口；立堵法截流；水力计算；稳定计算 1　前 言　　在水利水电工程施工期间的水流控制过程中，截断原河床水流，把河水引向导流建筑物下泄，再在河床中全面开展主体建筑物的施工，这就是截流工程。截流实际上是在河床中修筑横向围堰工作的一部分。在河床中截流是一项难度较大的工作。　　目前国内外戗堤截流的落差记录为：葛洲坝3．23m、恶滩4．66m、盐锅峡4．9m、百龙滩13．29、麦克纳里5．4～7．6m、托克托古7．18m、上土马10m、三峡导流明渠设计将达4．11m。截流流量记录为：三门峡2 030m3／s、葛洲坝4 720m3／s、三峡大江11 600m3／s、三峡明渠设计为10 300m3／s、斯大林格勒4 500m3／s、伊太普8 000m3／s。　　截流戗堤通常是土石围堰的组成部分，在上游围堰背水侧布置排水棱体，有利堰体渗透稳定及良好的分流条件，如双戗和多戗截流的戗堤分别在上、下游围堰内，个别也将双戗布置在上游围堰的上下游坡脚，两戗堤间进行水下直接抛填黏土，如莲化、飞来峡等。截流龙口位置应选择在抗冲能力强的河床上，即在河床基岩裸露或覆盖层较薄处，以免在截流过程中河床产生冲刷，引起戗堤塌方下沉，并避开陡坡和深坑，以利抛投料和戗堤的稳定。在通航的河流，龙口一般选在深槽附近，有利合龙前的通航。无通航的河流，龙口应选在浅滩上，此处水流条件有利，戗堤的高度也较小。为改善龙口抛投料水流条件，提高抛投料的稳定性，最好通过水工模型试验进行预测。龙口宽度原则上应尽量窄一些，以减少合龙工程量，缩短截流合龙时间。但需注意：在通航河道上多按通航条件确定龙口宽度，能否通航不仅取决于流速、水深和水面比降，而且取决于水流流态，为此必须进行水工模型试验，定出口门宽度和相应流量，如葛洲坝上戗堤220m、下戗堤200m；三峡大江为130m；前苏联斯大林格勒为300m，口门流速不大于3m／s。在非通航河流上，龙口宽度多按进占时所用材料的抗冲能力决定，为了提高龙口的抗冲能力，需对龙口加以防护，包括护底和裹头，护底材料一般采用抛石、沉排、竹笼、石枕等。龙口护底范围应根据流量及龙口抗冲流速确定。 2　立堵截流计算理论的进展　　由于有长江、黄河、珠江、红水河、松花江等干支流许多水利水电工程的河道截流的原型实践及观测、模型试验的资料与经验积累，因而在立堵截流水力学理论研究及计算方面有了较大进展，获得了较多成果。2．1　龙口进占水力参数　　在截流过程中，河道流量Q为Q1＋Q2＋Q3（Q1为分流建筑物流量；Q2为龙口流量；Q3为渗透流量），龙口泄流量Q2在龙口水深h≤hk（hk为龙口临界水深）时为非淹没流，如是梯形断面，　　H0———龙口上游水头，m，计及流速水头影响，如有护底，则从护底高程算起；　　　　m———流量系数，一般用0．3～0．32。　　龙口流速取戗堤轴线断面处为准。龙口水深h按两种情况确定：（1）龙口为淹没流时，取h＝h1（h1为下游水深）；（2）非淹没水深，取临界水深，即h≈hk或h＝0．8 H。则龙口平均流速为：?? 式中　Z———龙口落差。　　计算龙口截流过程中的诸水力学参数，目的是衡量合龙过程中龙口水面宽度的截流难度，以确定抛投料的稳定性及相应的抛投料级配量。葛洲坝大江截流进行了龙口水力特性曲线计算，得出Q1＝f（B）、Q2＝f（B）、q＝f（B）、v＝f（B）、z＝f（B）等关系。根据宜昌站实测总流量Q，各时段进占时水面宽度B，龙口上、下游水位，二江分流量Q2（数据见表1），可得葛洲坝实测龙口水力特征曲线：Q1＝f（B）、Q2＝f（B）（Q2＝Q－Q1）、q2＝f（B）（q2＝Q2／B）、z＝f（B）等关系见（图1）。由于龙口平均流速v实测值较少，是根据实测龙口戗堤边坡坡度m、龙口底平均高度δ、ht、Q2、q2、B、单宽功率N（N＝rqz）值由式（1）、（2）算出。从图1可以看出，在龙口水面宽度B＝63m时，二江分流量和龙口流量相等为2 080m3／s。截流困难段划分是近似的，但从实用观点分析，龙口水面宽度90～20 m区段为困难段。实际施工是第三区段及第