某水库工程施工导流方案探究

某水库工程施工导流方案探究

柳丹丽

中国水利水电第九工程局有限公司 贵州省贵阳市 550081

摘要：水利水电工程在实施过程中选择合理有效的施工导流方案能够严格控制工期，节约成本，对建筑物的提早运行及发挥综合效益有着重要作用。

关键词：施工；导流；方案；水库

一、工程概况

某水库坝址位于河流上游河段，总库容115万m³，正常蓄水位为1633.00m，相应库容为100万m³，死水位1619.00m 。水库枢纽布置方案为混凝土面板堆石坝+右岸溢洪道+取水兼放空、导流隧洞组成，乡镇供水及下游生态放水采用在放空底孔出口闸阀前布置旁通管取水。

溢洪道布置于大坝右岸，溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消力池段和出口渠道段组成。泄流控制段采用实用堰，溢流堰采用单孔泄洪，单孔宽度5.0m，溢流堰总宽5.0m，堰顶高程1633.00m，边墙和闸墩厚度均为1.0m，上游连接进口平台，交通桥宽7.0m，布置于溢流堰边墙顶上。

二、自然条件

流域地处亚热带温暖湿润的季风性气候区，具有高原型、季风性、湿润性的气候特点，年平均气温13.7℃；最冷月（一月）平均气温4.6℃，最热月（7月）平均气温20.9℃；流域降水的年际变化较大，气象站多年平均降水量1366.5mm（水文年），一般5月中下旬即进入雨季，降水量集中在5～10月，占年总量的84.4%，为湿季；冬半年降水量很少，11月～次年4月降水量仅占年总量的15.6%，为干季。

三、施工导流

（一）导流标准

水库大坝为砼面板堆石坝，拟建大坝最大坝高为40.00m，水库总库容115万m³，该水库规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物有大坝、溢洪道、取水兼放空设施、输水管道及调节水池等，其主要建筑物级别为4级，次要及临时建筑物级别均为5级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017），导流建筑物为5级建筑物，导流标准取5年一遇（P=20%）洪水。

（二）导流时段及流量

某水库大坝为砼面板堆石坝，坝体填筑工程量不大，导流建筑物结构尺寸结合度汛要求拟定，导流时段采用枯季11月~次年4月，相应导流设计流量为Q20%=4.44m3/s。

表1    水库施工期设计洪水

（三）度汛标准

某水库为小（1）型水库，最大坝高40.00m。根据《水利水电施工组织设计规范》（SL303-2017），本水库大坝施工期的临时度汛洪水标准取20年一遇（P=5%）洪水，相应的入库洪峰流量Q5%=17.9m³/s，度汛水位1612.27m。

表2   水库坝址设计洪水成果表

（四）导流方式

导流方案应根据坝址地形地质条件、大坝坝型、是否可按地形地质条件分期或按施工时段分期等进行方案的比选。

水库坝址所处河段常年河水面宽1~3m，河水深0.2~0.7m，河床高程1615~1600m，河谷呈基本对称的“V”型河谷结构。水库大坝为砼面板堆石坝，导流及度汛洪峰流量均较小，结合坝址的场地条件和大坝的施工特点、技术要求，本工程大坝不具备河床进行分期导流的条件，也不宜在坝身设底孔、中孔或缺口进行初期和中后期的分期施工导流。故本水库大坝施工选用全段围堰挡水+左岸隧洞过水的导流方式。

施工导流结合大坝施工度汛考虑，导流隧洞及进出口断面尺寸按能满足度汛过流要求的条件拟定，大坝上游挡水围堰断面尺寸按能满足枯水期洪水要求的条件拟定，下游围堰断面尺寸按能满足枯水期洪水要求的条件拟定。导流时段导流隧洞过水按无压工况设计，其过水能力按无压短洞公式计算，导流时段坝址上游水位为1609.30m，度汛时段坝址上游水位1612.27m，隧洞出口水位为1605.91m。

（五）导流程序

根据选定的导流方式、导流时段及工程施工总进度计划，本工程施工导流程序分为二个阶段。

第一阶段为第一施工年度的11月至第二施工年度的4月底，主要施工上下游围堰填筑、坝基开挖、趾板砼浇筑、坝体填筑，该时段内导流标准取5年一遇（P=20%），导流流量为Q20%=4.44m³/s，采用全段围堰挡水+左岸导流隧洞过水的导流方式。导流程序为上游围堰挡水→导流隧洞过水→下游围堰挡水→下游河道。

第二阶段为第二施工年度的5月至第三年施工年度的6月，该时段内导流标准与第一阶段相同，度汛标准取20年一遇（P=5%），度汛流量为Q5%=17.9m³/s，采用坝体临时断面挡水+左岸隧洞过流的导流度汛方式。导流程序为坝体临时断面挡水→导流隧洞过水→下游河道。导流隧洞封堵完毕后即按永久工况运行。

（六）度汛方式

根据水库大坝枢纽区各建筑物的布置特点，施工度汛方式主要有以下组合：大坝临时断面挡水+导流隧洞泄洪度汛方式、导流隧洞+坝顶过水的度汛方式、坝体临时断面挡水+导流隧洞泄洪度汛方式等。因大坝为砼面板堆石坝，不宜采用坝顶过流的方式泄洪，结合大坝枢纽区施工总体布置和施工进度计划，导流隧洞进口底板高程1608.27m，城门洞型，断面净空尺寸B×H=2.2×2.5m，是大坝施工期位置最低的泄水建筑物。由于度汛流量较小仅为Q5%=17.9m³/s，度汛时导流隧洞上游水位为1612.27m，经综合分析后采用坝体临时断面挡水+导流隧洞泄洪的度汛方式。

根据上述大坝施工期的度汛方案和设计导流隧洞的结构设计尺寸，经调洪计算，在坝前水位达到1612.27m时，入库洪峰流量17.9m³/s（P=5%，全年）对应的库水位不再上涨，设计坝前度汛水位即取为1612.27m，相应导流隧洞下泄流量17.9m³/s。导流隧洞能满足工程施工的度汛要求，故本工程大坝施工期采用导流隧洞泄洪的度汛方式。第二施工年度大坝施工度汛洪水分析计算如表3所示。

表3     度汛洪水分析计算成果表

四、导流建筑物设计

根据选择的导流方案，本工程导流建筑物有：导流隧洞及上下游围堰。

（一）导流隧洞

洞线选择

坝址上游河流呈“Y”子型，坝址河床总体较平缓，无大的跌坎分布，常年河水面宽1~3m，河水深0.2~0.7m，河床高程1615~1600m，坝址河谷较窄，河谷呈不对称“V”型走向谷。本阶段对导流隧洞洞线进行了左右岸洞线的方案比较，左岸洞线所经的地层岩性为泥盆系火烘组（D2h）黑色薄层钙质泥岩夹灰色薄层泥灰岩，以软质岩为主，右岸洞线所经过的地层岩性为泥盆系下统李家湾组（D1l）深灰色薄层夹少量中层灰岩与薄层灰色泥灰岩、黑色薄层钙质泥岩互层，均具备成洞条件。

对右岸洞线，结合右岸溢洪道的布置情况和右岸地形地质条件，隧洞进口布置于大坝上游“Y”河谷右岸上游70m处，隧洞出口位于溢洪道出口下游侧，洞线长约340m。对左岸洞线，隧洞进口布置于大坝上游“Y”河谷右岸上游60m处，洞线长约为232.10m，洞线比比右岸短约107.90m。两岸均无公路通过，但右岸洞线较长，且枢纽建筑的溢洪道布置与右岸，右岸洞线方案施工干扰较大，不利于场内施工道路通行及主体工程施工。经综合比较，本工程选择左岸洞线的导流隧洞方案。

隧洞布置

根据选择的洞线方案，结合左岸地形坡度、岩层产状及大坝枢纽布置情况，为节省投资，隧洞进出口轴线方向在满足水流顺畅的条件下尽可能与河流走向有较大的交角，并结合取水兼放空建筑物设计将导流隧洞进口设在大坝上游“Y”河谷右岸上游60m处，将隧洞出口设在溢洪道出口对岸上游侧。

经布置，导流隧洞轴线呈“︹”型，轴线总长231.77m，进口轴线方向方位角SE26.08°，出口轴线方向方位角SW49.09°，洞身第一个转弯段（桩号放0+047.41~放0+059.58）转角25.91°，转弯半径30m，第二个转弯段（桩号放0+116.62~放0+132.75）转角49.09°，转弯半径20.4m，洞身段长126.5m。

断面设计

根据施工进度计划和大坝填筑强度测算，导流隧洞除宣泄枯季施工洪水外，还承担大坝施工期间的度汛任务，后期还作为取水兼放空建筑物。其进出口高程结合地形条件、取水兼放空建筑物设计和导流度汛需求，为降低上游围堰高度和加大度汛期间的宣泄能力，隧洞进口底板高程取1608.27m，结合坝址河段的比降，隧洞底坡取2.19%，隧洞出口底板高程为1605.47m。隧洞断面按导流时为无压隧洞（洞前水深1.03m）、度汛时为有压隧洞的工况设计（洞前水深4.0m）；因导流隧洞后期要改造为取水兼放空建筑物，结合洞身围岩为泥盆系火烘组（D2h）黑色薄层钙质泥岩夹灰色薄层泥灰岩，以软质岩为主，洞身段位于弱风化带内，完整性软质岩为主，地下水位以下，岩体以镶嵌-层状结构为主，较完整，但局部产生掉块或垮塌的可能性较大，且隧洞承担度汛泄洪，故导流隧洞洞身按全断面钢筋砼衬砌设计。

导流隧洞断面型式采用顶拱夹角为120°角的城门洞型，根据上述条件，隧洞断面为为城门洞型 B×H=2.2×2.5m，隧洞洞身长126.5m，进口底板高程1608.27m，出口底板高程为1605.47m。根据洞身地质及岩性情况，本阶段考虑对洞身围岩稳定性较差段的Ⅴ类围岩段的顶拱及侧墙采用0.1m厚C20砼先作施工临时喷锚和钢拱架临时支护，Ⅳ类围岩段顶拱及侧墙采用0.1m厚C20砼先作施工临时喷锚，然后采用0.4m厚的C25钢筋砼进行衬砌；隧洞底板采用0.4m厚的C25钢筋砼浇筑。

导流隧洞进口段长34.5m，出口引渠长70.77m，隧洞进口段坡比i=0，洞身段坡比i=0.0219，消力池段坡比i=0，出口引渠坡比为i=0。

进出口边坡支护

根据导流隧洞进出口的地质与岩性情况，对隧洞进出口开挖边坡根据地质情况作挂网喷锚处理。隧洞挂口以上边坡采用系统或随机锚杆锚固后喷C20砼支护，锚杆按梅花形布置，间距3m；锚杆直径φ25、长度4.5m。

（二）挡水围堰

根据选用的导流方案和大坝施工进度的安排，本水库枢纽施工初期有拦挡枯期5年一遇洪水的上、下游围堰。河床为冲洪积砂砾石层，厚1.0～2.0m。但由于大坝上游开挖线已接近上游“Y”字型河谷交叉位置山头，布置土石挡水围堰占地面积大，离开挖基坑太近，本次考虑上游围堰采用混凝土刚性围堰，下游采用工期较短和投资较小的土石围堰。

上游围堰

上游挡水围堰堰脚距大坝上游开挖边界大于10m，因围堰只用于枯水期，故堰前水位取导流隧洞宣泄Q20%=4.44m³/s时的水位1609.30m。堰顶高程按堰前水位+波浪爬高+水位壅高+安全超高计算，其堰堰顶高程为1610.00m，最大堰高2.50m，堰顶宽3m，堰顶长71.11m。围堰为土石围堰，堰体先进行土石堰体填筑，再在土石堆体的迎水面按照1:1.7坡比码放大块石护面，块石护面顶部宽度为0.5m。墙体嵌入河床以下1.0m左右，嵌入河床部分上下游坡比均为1:0.5。

下游围堰

下游挡水围堰堰脚距大坝下游开挖边界约25m，堰前水位取导流隧洞流量为Q20%=4.44m³/s时的水位1606.05m，堰顶高程按堰前水位+波浪爬高+水位壅高+安全超高计算，其堰顶高程取1606.65m，最大堰高1.65m。考虑堰顶宽2.0m，堰顶长7.82m。围堰下游坝坡比为1:1.7，上游为1:1.5。堰体先进行土石堰体填筑，再在土石堆体的迎水面按照1:1.7坡比码放大块石护面，块石护面顶部宽度为0.5m。墙体嵌入河床以下1.0m左右，嵌入河床部分上下游坡比均为1:0.5。

五、结论

从本工程施工中观察，导流水流顺畅，安全稳定，能保证施工安全。经过技术经济论证，水库工程成库和建设条件较好，兴建水库工程不仅在经济上合理，而且在技术上可行，符合自然规律和经济发展规律，是十分必要和迫切的，建议尽快建设，早日发挥经济和社会效益。

参考文献：

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