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【关键词】技术改造;导流;明渠
【中图分类号】TV551.1;TV521【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2021）05-0100-03
1 工程概貌
1.1 工程介绍
上马蒂水电站位于尼泊尔西部Madi河流，紧邻喜马拉雅山南麓，是一座引水径流式小型发电站。该发电站共有2台发电机组，单机容量为12.5 MW，总装机容量为25 MW。首部枢纽距另一座引水式水电站尾水出口550 m。首部主体结构有引水明渠﹑进水闸﹑冲沙闸﹑沉沙池，均沿河床右岸布置;混凝土溢流坝位于河床左岸，平行于溢流坝上游160 m增设一道砼灌砌石潜堰，辅助侧向“S”形取水引流。
1.2 地质、水文介绍
Madi河流域均为沙砾石地表，遇水流失。首部枢纽区域河床坡度i=2.0%，河槽坡陡流急。汛期水流中挟带的推移质、悬移质严重，对首部构筑物造成重度破坏，水轮机转轮也受到不同程度的磨损;多年平均流量为33.2 m3/s，枯期平流量为5.29 m3/s，2年一遇洪水流量为298 m3/s;5年一遇洪水流量为759 m3/s;汛期是每年5月至次年10月，主汛期為6～9月。
枯水期为每年11月至次年4月，水源主要来至上游喜马拉雅山雪山融雪及地下泉水汇流，河水清澈﹑清凉，水质极优，但是来流量有限，不能满足2台机组发电需用流量。枯水期偶有洪水发生，洪峰流量在30～50 m3/s，极少年度有大洪水出现，在3～4月发生较普遍。
1.3 技术改造成因
上马蒂水电站于2017年汛期，引水明渠底板及闸室构筑物受到推移质的颠覆性破坏：明渠浆砌石底板全部被冲毁，建基面淘刷成深坑，冲沙闸、进水闸墩﹑墙体砼表面被冲蚀成连续凹痕，结构钢筋被破坏，严重危及上马蒂水电站首部构筑物的安全，汛期无法正常取水发电。汛期发电量占全年发电总量的55%，会极大地影响电站运营效益。
2 技术改造期间施工导流
2.1 方案拟订及实施步骤
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），参照尼泊尔Madi河流域水文地质情况，结合上马蒂水电站修复实施总目标，引水明渠及取水构筑物修复计划，拟定两期施工导流方案[1]。
Ⅰ期施工导流工程。为完成坝0±0.00～坝0-82段明渠底板及闸墩、边墙修复整治，同时为第二期技术改造创造施工导流条件;修复期，保证电站正常取水发电。Ⅰ期施工引流明渠：位于闸首引水明渠左导墙外侧，沿河床新建一条临时沙砾石导流明渠引水发电，过流量满足常规来流要求;防止偶发大洪水威胁，确保洪峰来流引渠结构安全，增设一座分流堰。
Ⅱ期施工导流工程。为完成坝0-82以上明渠底板、取水口功能改造、取水口区域河床整治、2#堆石区及左导墙加固。进水口左侧河槽新建一条临时引水明渠。
施工导流明渠使用时段为12月至次年5月;导流标准为安全过流50 m3/s，导流与分流并用。满足施工导流需求，按表1配置设备。
填筑料源。在首部枢纽河槽区域500 m范围内开采填筑材料，既可疏通河道也能节约技术改造成本。
2.2 Ⅰ期技术改造导流明渠
Ⅰ期技术改造工程于2018年2月启动，5月进入主汛期，施工时间仅有4个月。临时引渠施工客观上不允许占用较多时间，因此必须控制工程量，缩短工期。精心对施工导流明渠进行合理优化，既能达到平时引流要求，也能满足偶发大洪水的有效分流，从而避免引渠损毁，同时为主体工程施工争取时间。Ⅰ期施工明渠由上段、下段、分流堰组成。
2.2.1 上段
始于坝0-205～潜堰，终于坝0±0.00，该段充分利用原始河床走势，仅对原始河床疏通﹑整平压实，对河床底板存水预泡15 d，保持充分湿润，防止过流时水流渗漏，确保枯水期发电取水量。
2.2.2 下段
始于坝0±0.00，渠底板高程为▽937 m，挡水堤顶高为▽938.8 m，终于坝0+149，经沉沙池侧堰入池，该入口处高程为▽936.2 m，挡水堤顶高为▽938.2 m。
下段是施工引水明渠成败的关键，全部由沙砾石填筑，导流明渠最大填筑高度为12m，最大填方宽度为38.6 m，最大填方长度为175m;渠底板坡度i=0.8%～1，安全过流断面为20 m（宽）×1.5m（高），过流量Qmax=μvs（μ为经验系数，v为实际过流流速，s为平均过流断面面积）。设计安全过流量为0.85×20 m×1.5 m×1 m/s=25.5 m3/s。
2.2.2.1 沙砾石填筑
（1）渠底板。渠底板由沙砾料填筑，最大填方体断面为 38.6 m（宽）×10 m（高）。从坝0±0.00依次向下游分层水平填筑升高，每层填厚80 cm。采用自卸车倒退进占法铺筑，粒径较大时，反挖辅助平整并初压，洒水车不间断洒水，保证填筑层充分湿润，采用推土机全断面纵向错距法终压，往返为一碾压单元，每单元搭接4/5履带宽，如此方式先纵向碾压再横向压实，直到载重汽车行走后无明显下沉痕迹方停止;填筑过程中，控制进占的载重车辆行走路线，进一步对填筑体进行压实;每填筑层碾压完成后，一直洒水浸润，持续到下层覆盖时结束。
（2）两侧挡水堤填筑压实、边坡整形、夯实。挡水堤为沙砾石填筑体，断面平均尺寸为5.45 m（宽）×1.8 m（高），坡比为1∶0.9，填筑层厚50 cm，引水明渠两侧挡水堤同时向前推进，采用自卸汽车倒退进占法卸料，人工辅助洒水湿润，反挖整平并反复碾压，直到无下沉为止，同时反挖斗背对两侧边坡整形并夯实。
2.2.2.2 防渗结构
防渗结构由下至上设置为防渗漏层、过渡层、护面层。 （1）防渗漏层。渠底板及挡水堤填筑达设计高程后，消除个别凸露砾石及填平凹陷处，将表面再次进行整平、压实。依次从明渠下游末端出口处，垂直于水流向，从一侧挡水堤顶部向另一侧挡水堤顶部人工铺设防渗土工布，每条带土工布宽度为4 m;每相邻两条带土工布搭接宽度为15 cm，黏结前，对拟搭接区域进行清理，保证无异物并干燥，检查合格后，由专人用专用刷子均匀地将专用黏结剂涂抹于防渗土工布上，待黏结剂稍变干（约20 min），立即将两条带土工布端头平顺地压接，局部辅以电热吹风进行热接，接头区域搭接牢固后进入下道工序。
（2）过渡层。设置过渡层是为了防止在铺填块石保护层时损伤土工布。在土工布上加铺一层干净河沙，河沙来自就近河床，装载机在土工布外沿送入并初平，自制平板器刮平、压实，摊铺厚度为10 cm。
（3）护面层。设置护面该层的主要目的是防止长时间水流冲刷磨蚀土工布而造成渗漏，在沙砾石填筑体内形成管涌，引起明渠垮塌。护面料选择粒径为10～20 cm的卵石，装载机配合人工，均匀地轻铺填在沙面层上，局部不易砾铺砌的用较细砾石填充密实，确保无明显空隙。在挡水堤身迎水面做好防护，采用铅丝石笼水平铺砌，铅丝石笼直达堤顶高程，局部铅丝笼间隙处选用适当块石充填密实，每一铅丝笼填满砾石后必须固结牢固，每层铅丝笼间必须固结牢固，以防水流冲击砾石溢出而引起整体护面结构垮塌[2]。
2.2.2.3 坡脚防护
高填方明渠下段左侧背坡脚，受左河槽行洪水流冲刷或渗漏影响，沙砾石填方体很容易失稳而发生溃堤事故，因此必须加强坡脚保护。沿堤走向，在坡脚3 m宽范围内用粒径1 m以上砾石堆砌，砌筑高程为4.5 m，其中与分流堰紧相邻下游10 m段，全坡面用大块体砾石砌筑;使用期间偶有降雨，为防止表层雨水汇集冲蚀沙砾石堤坡而引起溃堤事件，完成填筑及表层处理后，要在堤顶及外坡面铺设塑料薄膜预防雨水冲刷，并适当铺压沙袋压实，以防河风吹移塑料薄膜而失去预期效果[3]。
2.2.3 分流堰
分流堰位于坝0±0.00的溢流坝上，堰顶高为■937.4 m，总长度为20 m，最大断面尺寸为6.5 m（宽）×1.2 m（高）。设置分流堰与将引水明渠挡水堤加高、培厚防洪效果相比较，其工作量减少，工期缩短，施工难度降低，行洪有保障，并能最大限度地提高施工导流工程的安全性。
分流堰既满足枯水期常规来流挡水要求，也满足枯水期短时间溢流。即，当来流小于Q=0.85×20×1.2×1=20.4 m3/s（20 m溢流宽）时，能自然挡水并通过填方引水明渠全部安全引入沉沙池供发电取水;当来流超过20.4 m3/s时，通过人工对分流堰顶的干预，可满足来流2台机组满负荷发电需用流量，即25.5 m3/s;当来流超过25.5 m3/s时，人工对分流堰顶进行干预，实现充分过流，通过分洪减轻导流明渠负担;当枯水期发生特大洪水时，可以暂时将分流堰挖开分流，待洪峰后简易恢复挡水，保证导流明渠整体安全。
堰体结构为净空过流宽20 m，断面尺寸为6.5 m（宽）×1.2 m（高）。堰体左岸布置一条连接左岸上下游当地村民、爬雪山爱好者进出的临时交通道路。堰体内部就近河槽沙砾料分层压实填筑，堰体迎水面由0.6 m厚的浆砌砼块石包裹形成过流面，实施中严格控制砼灌注质量，严禁块石架空，表面收面，成光滑流线型。
使用中的Ⅰ期的导流明渠如图1所示。
2.3 Ⅱ期技术改造导流明渠
Ⅱ期导流工程。引渠上口起始于坝0-260，经过坝0-157潜堰，终于永久引水明渠导墙坝0-72左侧下游段导入永久明渠，以供发电取水。过流断面为20 m（宽）×3 m（高），底板最大填方断面尺寸为28.5 m（宽）×2 m（高），挡水堤断面尺寸为6.5 m（宽）×3.1 m（高），左侧行洪区较宽，仅对堤身背坡脚1.5 m高范围进行大砾石护脚，坡面其余部位平整夯实，填筑方法同Ⅰ期施工导流明渠，过流底板及导流堤防渗漏、防冲刷加固处理如图2所示。Ⅱ期过流量Q=0.85×20×3.0×1.0=51 m3/s。
2.4 临时引水明渠围堰
Ⅰ期施工导流时段封堵原引水明渠口门，来流改走临时引水明渠进入沉沙池;Ⅱ期施工导流时段在上游河床坝0-275修筑横向围堰挡水，堰体断面尺寸为7 m（宽）×4.5 m（高），堰前迎水面抛填大砾石护面，来流通过临时引水渠引入永久明渠陡坡段供发电取水。
3 结语
上马蒂水电站技术改造任务于2020年6月顺利结束，实现既定目标。技术改造期间施工导流工程运行良好，保证技术改造工作正常开展，同时不影响马蒂水电站正常发电。说明采用沙砾石修筑高填方临时引水明渠是可行的，关键在于处理好必要的防渗、防外部水流冲刷相关构筑物，设置必要的分洪构筑物。
在水工建筑工程实施中，为主体工程创造干地施工条件是临时引水工程无法回避的。建筑行业走向市场，要充分把控工程所在地的有利自然条件，用好、用活当地资源。在施工成本中，材料费用所占比例很大，要使一个承包项目能有较好的利润，实施中，如何充分地把现场资源合理地用于工程中，值得水工建设管理者深思。
参 考 文 献
[1]上海勘察设计研究院.尼泊尔上马蒂水电站首部枢纽取水技术改造[R].上海：上海勘察设计研究院，2017.
[2]张高飞，冉龙武.境外某水电站导流洞出口明渠水毀抢险及修复措施[J].云南水力发电，2020，36（8）：124-
127.
[3]宋莉萱，刘刚森，吴国英.山坪水电站导流期导流建筑物水力特性试验研究[J].水利建设与管理，2020，40（9）：11-15.
【中图分类号】TV551.1;TV521【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2021）05-0100-03
1 工程概貌
1.1 工程介绍
上马蒂水电站位于尼泊尔西部Madi河流，紧邻喜马拉雅山南麓，是一座引水径流式小型发电站。该发电站共有2台发电机组，单机容量为12.5 MW，总装机容量为25 MW。首部枢纽距另一座引水式水电站尾水出口550 m。首部主体结构有引水明渠﹑进水闸﹑冲沙闸﹑沉沙池，均沿河床右岸布置;混凝土溢流坝位于河床左岸，平行于溢流坝上游160 m增设一道砼灌砌石潜堰，辅助侧向“S”形取水引流。
1.2 地质、水文介绍
Madi河流域均为沙砾石地表，遇水流失。首部枢纽区域河床坡度i=2.0%，河槽坡陡流急。汛期水流中挟带的推移质、悬移质严重，对首部构筑物造成重度破坏，水轮机转轮也受到不同程度的磨损;多年平均流量为33.2 m3/s，枯期平流量为5.29 m3/s，2年一遇洪水流量为298 m3/s;5年一遇洪水流量为759 m3/s;汛期是每年5月至次年10月，主汛期為6～9月。
枯水期为每年11月至次年4月，水源主要来至上游喜马拉雅山雪山融雪及地下泉水汇流，河水清澈﹑清凉，水质极优，但是来流量有限，不能满足2台机组发电需用流量。枯水期偶有洪水发生，洪峰流量在30～50 m3/s，极少年度有大洪水出现，在3～4月发生较普遍。
1.3 技术改造成因
上马蒂水电站于2017年汛期，引水明渠底板及闸室构筑物受到推移质的颠覆性破坏：明渠浆砌石底板全部被冲毁，建基面淘刷成深坑，冲沙闸、进水闸墩﹑墙体砼表面被冲蚀成连续凹痕，结构钢筋被破坏，严重危及上马蒂水电站首部构筑物的安全，汛期无法正常取水发电。汛期发电量占全年发电总量的55%，会极大地影响电站运营效益。
2 技术改造期间施工导流
2.1 方案拟订及实施步骤
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），参照尼泊尔Madi河流域水文地质情况，结合上马蒂水电站修复实施总目标，引水明渠及取水构筑物修复计划，拟定两期施工导流方案[1]。
Ⅰ期施工导流工程。为完成坝0±0.00～坝0-82段明渠底板及闸墩、边墙修复整治，同时为第二期技术改造创造施工导流条件;修复期，保证电站正常取水发电。Ⅰ期施工引流明渠：位于闸首引水明渠左导墙外侧，沿河床新建一条临时沙砾石导流明渠引水发电，过流量满足常规来流要求;防止偶发大洪水威胁，确保洪峰来流引渠结构安全，增设一座分流堰。
Ⅱ期施工导流工程。为完成坝0-82以上明渠底板、取水口功能改造、取水口区域河床整治、2#堆石区及左导墙加固。进水口左侧河槽新建一条临时引水明渠。
施工导流明渠使用时段为12月至次年5月;导流标准为安全过流50 m3/s，导流与分流并用。满足施工导流需求，按表1配置设备。
填筑料源。在首部枢纽河槽区域500 m范围内开采填筑材料，既可疏通河道也能节约技术改造成本。
2.2 Ⅰ期技术改造导流明渠
Ⅰ期技术改造工程于2018年2月启动，5月进入主汛期，施工时间仅有4个月。临时引渠施工客观上不允许占用较多时间，因此必须控制工程量，缩短工期。精心对施工导流明渠进行合理优化，既能达到平时引流要求，也能满足偶发大洪水的有效分流，从而避免引渠损毁，同时为主体工程施工争取时间。Ⅰ期施工明渠由上段、下段、分流堰组成。
2.2.1 上段
始于坝0-205～潜堰，终于坝0±0.00，该段充分利用原始河床走势，仅对原始河床疏通﹑整平压实，对河床底板存水预泡15 d，保持充分湿润，防止过流时水流渗漏，确保枯水期发电取水量。
2.2.2 下段
始于坝0±0.00，渠底板高程为▽937 m，挡水堤顶高为▽938.8 m，终于坝0+149，经沉沙池侧堰入池，该入口处高程为▽936.2 m，挡水堤顶高为▽938.2 m。
下段是施工引水明渠成败的关键，全部由沙砾石填筑，导流明渠最大填筑高度为12m，最大填方宽度为38.6 m，最大填方长度为175m;渠底板坡度i=0.8%～1，安全过流断面为20 m（宽）×1.5m（高），过流量Qmax=μvs（μ为经验系数，v为实际过流流速，s为平均过流断面面积）。设计安全过流量为0.85×20 m×1.5 m×1 m/s=25.5 m3/s。
2.2.2.1 沙砾石填筑
（1）渠底板。渠底板由沙砾料填筑，最大填方体断面为 38.6 m（宽）×10 m（高）。从坝0±0.00依次向下游分层水平填筑升高，每层填厚80 cm。采用自卸车倒退进占法铺筑，粒径较大时，反挖辅助平整并初压，洒水车不间断洒水，保证填筑层充分湿润，采用推土机全断面纵向错距法终压，往返为一碾压单元，每单元搭接4/5履带宽，如此方式先纵向碾压再横向压实，直到载重汽车行走后无明显下沉痕迹方停止;填筑过程中，控制进占的载重车辆行走路线，进一步对填筑体进行压实;每填筑层碾压完成后，一直洒水浸润，持续到下层覆盖时结束。
（2）两侧挡水堤填筑压实、边坡整形、夯实。挡水堤为沙砾石填筑体，断面平均尺寸为5.45 m（宽）×1.8 m（高），坡比为1∶0.9，填筑层厚50 cm，引水明渠两侧挡水堤同时向前推进，采用自卸汽车倒退进占法卸料，人工辅助洒水湿润，反挖整平并反复碾压，直到无下沉为止，同时反挖斗背对两侧边坡整形并夯实。
2.2.2.2 防渗结构
防渗结构由下至上设置为防渗漏层、过渡层、护面层。 （1）防渗漏层。渠底板及挡水堤填筑达设计高程后，消除个别凸露砾石及填平凹陷处，将表面再次进行整平、压实。依次从明渠下游末端出口处，垂直于水流向，从一侧挡水堤顶部向另一侧挡水堤顶部人工铺设防渗土工布，每条带土工布宽度为4 m;每相邻两条带土工布搭接宽度为15 cm，黏结前，对拟搭接区域进行清理，保证无异物并干燥，检查合格后，由专人用专用刷子均匀地将专用黏结剂涂抹于防渗土工布上，待黏结剂稍变干（约20 min），立即将两条带土工布端头平顺地压接，局部辅以电热吹风进行热接，接头区域搭接牢固后进入下道工序。
（2）过渡层。设置过渡层是为了防止在铺填块石保护层时损伤土工布。在土工布上加铺一层干净河沙，河沙来自就近河床，装载机在土工布外沿送入并初平，自制平板器刮平、压实，摊铺厚度为10 cm。
（3）护面层。设置护面该层的主要目的是防止长时间水流冲刷磨蚀土工布而造成渗漏，在沙砾石填筑体内形成管涌，引起明渠垮塌。护面料选择粒径为10～20 cm的卵石，装载机配合人工，均匀地轻铺填在沙面层上，局部不易砾铺砌的用较细砾石填充密实，确保无明显空隙。在挡水堤身迎水面做好防护，采用铅丝石笼水平铺砌，铅丝石笼直达堤顶高程，局部铅丝笼间隙处选用适当块石充填密实，每一铅丝笼填满砾石后必须固结牢固，每层铅丝笼间必须固结牢固，以防水流冲击砾石溢出而引起整体护面结构垮塌[2]。
2.2.2.3 坡脚防护
高填方明渠下段左侧背坡脚，受左河槽行洪水流冲刷或渗漏影响，沙砾石填方体很容易失稳而发生溃堤事故，因此必须加强坡脚保护。沿堤走向，在坡脚3 m宽范围内用粒径1 m以上砾石堆砌，砌筑高程为4.5 m，其中与分流堰紧相邻下游10 m段，全坡面用大块体砾石砌筑;使用期间偶有降雨，为防止表层雨水汇集冲蚀沙砾石堤坡而引起溃堤事件，完成填筑及表层处理后，要在堤顶及外坡面铺设塑料薄膜预防雨水冲刷，并适当铺压沙袋压实，以防河风吹移塑料薄膜而失去预期效果[3]。
2.2.3 分流堰
分流堰位于坝0±0.00的溢流坝上，堰顶高为■937.4 m，总长度为20 m，最大断面尺寸为6.5 m（宽）×1.2 m（高）。设置分流堰与将引水明渠挡水堤加高、培厚防洪效果相比较，其工作量减少，工期缩短，施工难度降低，行洪有保障，并能最大限度地提高施工导流工程的安全性。
分流堰既满足枯水期常规来流挡水要求，也满足枯水期短时间溢流。即，当来流小于Q=0.85×20×1.2×1=20.4 m3/s（20 m溢流宽）时，能自然挡水并通过填方引水明渠全部安全引入沉沙池供发电取水;当来流超过20.4 m3/s时，通过人工对分流堰顶的干预，可满足来流2台机组满负荷发电需用流量，即25.5 m3/s;当来流超过25.5 m3/s时，人工对分流堰顶进行干预，实现充分过流，通过分洪减轻导流明渠负担;当枯水期发生特大洪水时，可以暂时将分流堰挖开分流，待洪峰后简易恢复挡水，保证导流明渠整体安全。
堰体结构为净空过流宽20 m，断面尺寸为6.5 m（宽）×1.2 m（高）。堰体左岸布置一条连接左岸上下游当地村民、爬雪山爱好者进出的临时交通道路。堰体内部就近河槽沙砾料分层压实填筑，堰体迎水面由0.6 m厚的浆砌砼块石包裹形成过流面，实施中严格控制砼灌注质量，严禁块石架空，表面收面，成光滑流线型。
使用中的Ⅰ期的导流明渠如图1所示。
2.3 Ⅱ期技术改造导流明渠
Ⅱ期导流工程。引渠上口起始于坝0-260，经过坝0-157潜堰，终于永久引水明渠导墙坝0-72左侧下游段导入永久明渠，以供发电取水。过流断面为20 m（宽）×3 m（高），底板最大填方断面尺寸为28.5 m（宽）×2 m（高），挡水堤断面尺寸为6.5 m（宽）×3.1 m（高），左侧行洪区较宽，仅对堤身背坡脚1.5 m高范围进行大砾石护脚，坡面其余部位平整夯实，填筑方法同Ⅰ期施工导流明渠，过流底板及导流堤防渗漏、防冲刷加固处理如图2所示。Ⅱ期过流量Q=0.85×20×3.0×1.0=51 m3/s。
2.4 临时引水明渠围堰
Ⅰ期施工导流时段封堵原引水明渠口门，来流改走临时引水明渠进入沉沙池;Ⅱ期施工导流时段在上游河床坝0-275修筑横向围堰挡水，堰体断面尺寸为7 m（宽）×4.5 m（高），堰前迎水面抛填大砾石护面，来流通过临时引水渠引入永久明渠陡坡段供发电取水。
3 结语
上马蒂水电站技术改造任务于2020年6月顺利结束，实现既定目标。技术改造期间施工导流工程运行良好，保证技术改造工作正常开展，同时不影响马蒂水电站正常发电。说明采用沙砾石修筑高填方临时引水明渠是可行的，关键在于处理好必要的防渗、防外部水流冲刷相关构筑物，设置必要的分洪构筑物。
在水工建筑工程实施中，为主体工程创造干地施工条件是临时引水工程无法回避的。建筑行业走向市场，要充分把控工程所在地的有利自然条件，用好、用活当地资源。在施工成本中，材料费用所占比例很大，要使一个承包项目能有较好的利润，实施中，如何充分地把现场资源合理地用于工程中，值得水工建设管理者深思。
参 考 文 献
[1]上海勘察设计研究院.尼泊尔上马蒂水电站首部枢纽取水技术改造[R].上海：上海勘察设计研究院，2017.
[2]张高飞，冉龙武.境外某水电站导流洞出口明渠水毀抢险及修复措施[J].云南水力发电，2020，36（8）：124-
127.
[3]宋莉萱，刘刚森，吴国英.山坪水电站导流期导流建筑物水力特性试验研究[J].水利建设与管理，2020，40（9）：11-15.