姚治平

【關(guān)鍵詞】技術(shù)改造;導(dǎo)流;明渠

【中圖分類號】TV551.1;TV521【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）05-0100-03

1 工程概貌

1.1 工程介紹

上馬蒂水電站位于尼泊爾西部Madi河流，緊鄰喜馬拉雅山南麓，是一座引水徑流式小型發(fā)電站。該發(fā)電站共有2臺發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為12.5 MW，總裝機(jī)容量為25 MW。首部樞紐距另一座引水式水電站尾水出口550 m。首部主體結(jié)構(gòu)有引水明渠﹑進(jìn)水閘﹑沖沙閘﹑沉沙池，均沿河床右岸布置;混凝土溢流壩位于河床左岸，平行于溢流壩上游160 m增設(shè)一道砼灌砌石潛堰，輔助側(cè)向“S”形取水引流。

1.2 地質(zhì)、水文介紹

Madi河流域均為沙礫石地表，遇水流失。首部樞紐區(qū)域河床坡度i=2.0%，河槽坡陡流急。汛期水流中挾帶的推移質(zhì)、懸移質(zhì)嚴(yán)重，對首部構(gòu)筑物造成重度破壞，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪也受到不同程度的磨損;多年平均流量為33.2 m3/s，枯期平流量為5.29 m3/s，2年一遇洪水流量為298 m3/s;5年一遇洪水流量為759 m3/s;汛期是每年5月至次年10月，主汛期為6～9月。

枯水期為每年11月至次年4月，水源主要來至上游喜馬拉雅山雪山融雪及地下泉水匯流，河水清澈﹑清涼，水質(zhì)極優(yōu)，但是來流量有限，不能滿足2臺機(jī)組發(fā)電需用流量。枯水期偶有洪水發(fā)生，洪峰流量在30～50 m3/s，極少年度有大洪水出現(xiàn)，在3～4月發(fā)生較普遍。

1.3 技術(shù)改造成因

上馬蒂水電站于2017年汛期，引水明渠底板及閘室構(gòu)筑物受到推移質(zhì)的顛覆性破壞：明渠漿砌石底板全部被沖毀，建基面淘刷成深坑，沖沙閘、進(jìn)水閘墩﹑墻體砼表面被沖蝕成連續(xù)凹痕，結(jié)構(gòu)鋼筋被破壞，嚴(yán)重危及上馬蒂水電站首部構(gòu)筑物的安全，汛期無法正常取水發(fā)電。汛期發(fā)電量占全年發(fā)電總量的55%，會極大地影響電站運營效益。

2 技術(shù)改造期間施工導(dǎo)流

2.1 方案擬訂及實施步驟

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SDJ338—89），參照尼泊爾Madi河流域水文地質(zhì)情況，結(jié)合上馬蒂水電站修復(fù)實施總目標(biāo)，引水明渠及取水構(gòu)筑物修復(fù)計劃，擬定兩期施工導(dǎo)流方案[1]。

Ⅰ期施工導(dǎo)流工程。為完成壩0±0.00～壩0-82段明渠底板及閘墩、邊墻修復(fù)整治，同時為第二期技術(shù)改造創(chuàng)造施工導(dǎo)流條件;修復(fù)期，保證電站正常取水發(fā)電。Ⅰ期施工引流明渠：位于閘首引水明渠左導(dǎo)墻外側(cè)，沿河床新建一條臨時沙礫石導(dǎo)流明渠引水發(fā)電，過流量滿足常規(guī)來流要求;防止偶發(fā)大洪水威脅，確保洪峰來流引渠結(jié)構(gòu)安全，增設(shè)一座分流堰。

Ⅱ期施工導(dǎo)流工程。為完成壩0-82以上明渠底板、取水口功能改造、取水口區(qū)域河床整治、2#堆石區(qū)及左導(dǎo)墻加固。進(jìn)水口左側(cè)河槽新建一條臨時引水明渠。

施工導(dǎo)流明渠使用時段為12月至次年5月;導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為安全過流50 m3/s，導(dǎo)流與分流并用。滿足施工導(dǎo)流需求，按表1配置設(shè)備。

填筑料源。在首部樞紐河槽區(qū)域500 m范圍內(nèi)開采填筑材料，既可疏通河道也能節(jié)約技術(shù)改造成本。

2.2 Ⅰ期技術(shù)改造導(dǎo)流明渠

Ⅰ期技術(shù)改造工程于2018年2月啟動，5月進(jìn)入主汛期，施工時間僅有4個月。臨時引渠施工客觀上不允許占用較多時間，因此必須控制工程量，縮短工期。精心對施工導(dǎo)流明渠進(jìn)行合理優(yōu)化，既能達(dá)到平時引流要求，也能滿足偶發(fā)大洪水的有效分流，從而避免引渠損毀，同時為主體工程施工爭取時間。Ⅰ期施工明渠由上段、下段、分流堰組成。

2.2.1 上段

始于壩0-205～潛堰，終于壩0±0.00，該段充分利用原始河床走勢，僅對原始河床疏通﹑整平壓實，對河床底板存水預(yù)泡15 d，保持充分濕潤，防止過流時水流滲漏，確?？菟诎l(fā)電取水量。

2.2.2 下段

始于壩0±0.00，渠底板高程為▽937 m，擋水堤頂高為▽938.8 m，終于壩0+149，經(jīng)沉沙池側(cè)堰入池，該入口處高程為▽936.2 m，擋水堤頂高為▽938.2 m。

下段是施工引水明渠成敗的關(guān)鍵，全部由沙礫石填筑，導(dǎo)流明渠最大填筑高度為12m，最大填方寬度為38.6 m，最大填方長度為175m;渠底板坡度i=0.8%～1，安全過流斷面為20 m（寬）×1.5m（高），過流量Qmax=μvs（μ為經(jīng)驗系數(shù)，v為實際過流流速，s為平均過流斷面面積）。設(shè)計安全過流量為0.85×20 m×1.5 m×1 m/s=25.5 m3/s。

2.2.2.1 沙礫石填筑

（1）渠底板。渠底板由沙礫料填筑，最大填方體斷面為 38.6 m（寬）×10 m（高）。從壩0±0.00依次向下游分層水平填筑升高，每層填厚80 cm。采用自卸車倒退進(jìn)占法鋪筑，粒徑較大時，反挖輔助平整并初壓，灑水車不間斷灑水，保證填筑層充分濕潤，采用推土機(jī)全斷面縱向錯距法終壓，往返為一碾壓單元，每單元搭接4/5履帶寬，如此方式先縱向碾壓再橫向壓實，直到載重汽車行走后無明顯下沉痕跡方停止;填筑過程中，控制進(jìn)占的載重車輛行走路線，進(jìn)一步對填筑體進(jìn)行壓實;每填筑層碾壓完成后，一直灑水浸潤，持續(xù)到下層覆蓋時結(jié)束。

（2）兩側(cè)擋水堤填筑壓實、邊坡整形、夯實。擋水堤為沙礫石填筑體，斷面平均尺寸為5.45 m（寬）×1.8 m（高），坡比為1∶0.9，填筑層厚50 cm，引水明渠兩側(cè)擋水堤同時向前推進(jìn)，采用自卸汽車倒退進(jìn)占法卸料，人工輔助灑水濕潤，反挖整平并反復(fù)碾壓，直到無下沉為止，同時反挖斗背對兩側(cè)邊坡整形并夯實。

2.2.2.2 防滲結(jié)構(gòu)

防滲結(jié)構(gòu)由下至上設(shè)置為防滲漏層、過渡層、護(hù)面層。

（1）防滲漏層。渠底板及擋水堤填筑達(dá)設(shè)計高程后，消除個別凸露礫石及填平凹陷處，將表面再次進(jìn)行整平、壓實。依次從明渠下游末端出口處，垂直于水流向，從一側(cè)擋水堤頂部向另一側(cè)擋水堤頂部人工鋪設(shè)防滲土工布，每條帶土工布寬度為4 m;每相鄰兩條帶土工布搭接寬度為15 cm，黏結(jié)前，對擬搭接區(qū)域進(jìn)行清理，保證無異物并干燥，檢查合格后，由專人用專用刷子均勻地將專用黏結(jié)劑涂抹于防滲土工布上，待黏結(jié)劑稍變干（約20 min），立即將兩條帶土工布端頭平順地壓接，局部輔以電熱吹風(fēng)進(jìn)行熱接，接頭區(qū)域搭接牢固后進(jìn)入下道工序。

（2）過渡層。設(shè)置過渡層是為了防止在鋪填塊石保護(hù)層時損傷土工布。在土工布上加鋪一層干凈河沙，河沙來自就近河床，裝載機(jī)在土工布外沿送入并初平，自制平板器刮平、壓實，攤鋪厚度為10 cm。

（3）護(hù)面層。設(shè)置護(hù)面該層的主要目的是防止長時間水流沖刷磨蝕土工布而造成滲漏，在沙礫石填筑體內(nèi)形成管涌，引起明渠垮塌。護(hù)面料選擇粒徑為10～20 cm的卵石，裝載機(jī)配合人工，均勻地輕鋪填在沙面層上，局部不易礫鋪砌的用較細(xì)礫石填充密實，確保無明顯空隙。在擋水堤身迎水面做好防護(hù)，采用鉛絲石籠水平鋪砌，鉛絲石籠直達(dá)堤頂高程，局部鉛絲籠間隙處選用適當(dāng)塊石充填密實，每一鉛絲籠填滿礫石后必須固結(jié)牢固，每層鉛絲籠間必須固結(jié)牢固，以防水流沖擊礫石溢出而引起整體護(hù)面結(jié)構(gòu)垮塌[2]。

2.2.2.3 坡腳防護(hù)

高填方明渠下段左側(cè)背坡腳，受左河槽行洪水流沖刷或滲漏影響，沙礫石填方體很容易失穩(wěn)而發(fā)生潰堤事故，因此必須加強(qiáng)坡腳保護(hù)。沿堤走向，在坡腳3 m寬范圍內(nèi)用粒徑1 m以上礫石堆砌，砌筑高程為4.5 m，其中與分流堰緊相鄰下游10 m段，全坡面用大塊體礫石砌筑;使用期間偶有降雨，為防止表層雨水匯集沖蝕沙礫石堤坡而引起潰堤事件，完成填筑及表層處理后，要在堤頂及外坡面鋪設(shè)塑料薄膜預(yù)防雨水沖刷，并適當(dāng)鋪壓沙袋壓實，以防河風(fēng)吹移塑料薄膜而失去預(yù)期效果[3]。

2.2.3 分流堰

分流堰位于壩0±0.00的溢流壩上，堰頂高為■937.4 m，總長度為20 m，最大斷面尺寸為6.5 m（寬）×1.2 m（高）。設(shè)置分流堰與將引水明渠擋水堤加高、培厚防洪效果相比較，其工作量減少，工期縮短，施工難度降低，行洪有保障，并能最大限度地提高施工導(dǎo)流工程的安全性。

分流堰既滿足枯水期常規(guī)來流擋水要求，也滿足枯水期短時間溢流。即，當(dāng)來流小于Q=0.85×20×1.2×1=20.4 m3/s（20 m溢流寬）時，能自然擋水并通過填方引水明渠全部安全引入沉沙池供發(fā)電取水;當(dāng)來流超過20.4 m3/s時，通過人工對分流堰頂?shù)母深A(yù)，可滿足來流2臺機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電需用流量，即25.5 m3/s;當(dāng)來流超過25.5 m3/s時，人工對分流堰頂進(jìn)行干預(yù)，實現(xiàn)充分過流，通過分洪減輕導(dǎo)流明渠負(fù)擔(dān);當(dāng)枯水期發(fā)生特大洪水時，可以暫時將分流堰挖開分流，待洪峰后簡易恢復(fù)擋水，保證導(dǎo)流明渠整體安全。

堰體結(jié)構(gòu)為凈空過流寬20 m，斷面尺寸為6.5 m（寬）×1.2 m（高）。堰體左岸布置一條連接左岸上下游當(dāng)?shù)卮迕?、爬雪山愛好者進(jìn)出的臨時交通道路。堰體內(nèi)部就近河槽沙礫料分層壓實填筑，堰體迎水面由0.6 m厚的漿砌砼塊石包裹形成過流面，實施中嚴(yán)格控制砼灌注質(zhì)量，嚴(yán)禁塊石架空，表面收面，成光滑流線型。

使用中的Ⅰ期的導(dǎo)流明渠如圖1所示。

2.3 Ⅱ期技術(shù)改造導(dǎo)流明渠

Ⅱ期導(dǎo)流工程。引渠上口起始于壩0-260，經(jīng)過壩0-157潛堰，終于永久引水明渠導(dǎo)墻壩0-72左側(cè)下游段導(dǎo)入永久明渠，以供發(fā)電取水。過流斷面為20 m（寬）×3 m（高），底板最大填方斷面尺寸為28.5 m（寬）×2 m（高），擋水堤斷面尺寸為6.5 m（寬）×3.1 m（高），左側(cè)行洪區(qū)較寬，僅對堤身背坡腳1.5 m高范圍進(jìn)行大礫石護(hù)腳，坡面其余部位平整夯實，填筑方法同Ⅰ期施工導(dǎo)流明渠，過流底板及導(dǎo)流堤防滲漏、防沖刷加固處理如圖2所示。Ⅱ期過流量Q=0.85×20×3.0×1.0=51 m3/s。

2.4 臨時引水明渠圍堰

Ⅰ期施工導(dǎo)流時段封堵原引水明渠口門，來流改走臨時引水明渠進(jìn)入沉沙池;Ⅱ期施工導(dǎo)流時段在上游河床壩0-275修筑橫向圍堰擋水，堰體斷面尺寸為7 m（寬）×4.5 m（高），堰前迎水面拋填大礫石護(hù)面，來流通過臨時引水渠引入永久明渠陡坡段供發(fā)電取水。

3 結(jié)語

上馬蒂水電站技術(shù)改造任務(wù)于2020年6月順利結(jié)束，實現(xiàn)既定目標(biāo)。技術(shù)改造期間施工導(dǎo)流工程運行良好，保證技術(shù)改造工作正常開展，同時不影響馬蒂水電站正常發(fā)電。說明采用沙礫石修筑高填方臨時引水明渠是可行的，關(guān)鍵在于處理好必要的防滲、防外部水流沖刷相關(guān)構(gòu)筑物，設(shè)置必要的分洪構(gòu)筑物。

在水工建筑工程實施中，為主體工程創(chuàng)造干地施工條件是臨時引水工程無法回避的。建筑行業(yè)走向市場，要充分把控工程所在地的有利自然條件，用好、用活當(dāng)?shù)刭Y源。在施工成本中，材料費用所占比例很大，要使一個承包項目能有較好的利潤，實施中，如何充分地把現(xiàn)場資源合理地用于工程中，值得水工建設(shè)管理者深思。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]上海勘察設(shè)計研究院.尼泊爾上馬蒂水電站首部樞紐取水技術(shù)改造[R].上海：上?？辈煸O(shè)計研究院，2017.

[2]張高飛，冉龍武.境外某水電站導(dǎo)流洞出口明渠水毀搶險及修復(fù)措施[J].云南水力發(fā)電，2020，36（8）：124-

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[3]宋莉萱，劉剛森，吳國英.山坪水電站導(dǎo)流期導(dǎo)流建筑物水力特性試驗研究[J].水利建設(shè)與管理，2020，40（9）：11-15.