三河口水庫工程導流設計

王云濤

（陜西省水利電力勘測設計研究院 陜西 西安 710001）

1 工程概況

三河口水利樞紐地處佛坪縣與寧陜縣交界的子午河中游狹谷段，壩址位于佛坪縣大河壩鄉三河口村下游約2km處，北距佛坪縣城35km，東距寧陜縣城45km，南距石泉縣城49km，西距洋縣縣城50km。三河口水利樞紐主要由大壩、壩身泄洪放空系統、壩后泵站、電站和連接洞等組成。大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高145m，為1級建筑物，引水、泄水建筑物為2級建筑物，次要建筑為3級，臨時建筑物為4級建筑物。施工總工期安排為48個月。

2 設計條件

2.1 地形地貌

壩址位于佛坪縣大河壩鄉以北約3.5km處，屬秦嶺中段南麓中低山區，子午河在壩址區流向由NE53°轉向SW51°，河流比降約3.0‰～4.5‰。河谷呈“V”字形發育，兩岸地形基本對稱，山體雄厚，自然邊坡坡度35°～50°。壩區河床高程 525.7m～528.70m，谷底寬79m～87m。

2.2 工程地質

壩區河床砂卵石覆蓋層厚6.5m～7.2m，最大厚度11.0m，滲透系數k=62m/d，強透水。壩基巖體主要為變質砂巖夾薄層結晶灰巖，巖石飽和抗壓強度Rb＞60MPa，巖體表面強風化帶垂直厚度1m～2m。

2.3 水文氣象

三河口水利樞紐壩址以上控制流域面積2186km2，占子午河全流域的72.6%，多年平均降雨量891mm。子午河的徑流主要由降雨形成，具有年際變化較大，年內分配不均的特點。豐水期7月～10月4個月徑流量占年徑流量的68.6%，枯水期11月～翌年3月，5個月徑流量僅占年徑流的11.7%。子午河的洪水是由暴雨形成的，洪水具有峰高、量大的特點，一次洪水過程約4天～6天。壩址處全年及分期洪水見表1。

子午河流域屬北亞熱帶濕潤、半濕潤氣候區，四季分明，夏無酷熱，冬無嚴寒，春季氣升溫迅速、間有“倒春寒”，秋涼濕潤多連陰雨。多年平均氣溫12.3℃，極端最高氣溫37.4℃，最低氣溫-16.4℃；多年平均降水量903mm，多年平均蒸發量1214mm，多年平均風速1.2m/s，多年平均最大風速9.1m/s。

3 導流設計

3.1 導流方案選擇

三河口水利樞紐大壩為碾壓混凝土拱壩，壩址處河谷呈“V”字形，兩岸山體雄厚，覆蓋層薄，巖石完整堅硬，具備成洞的自然條件。在選擇導流方式時，進行了隧洞導流和分期導流的比較。

一次攔斷河床隧洞導流方式具有導流程序簡單、基坑施工干擾小的優點。缺點是導流洞投資大，上游圍堰高度大，填筑工程量大。

分期導流方案先圍右岸底孔壩段，填筑全年擋水圍堰，左岸河床過流。當壩體澆筑過底孔后，填筑二期圍堰，由底孔過流，進行左岸混凝土施工。該方案的優點是不用修導流洞，投資小，缺點是縱向圍堰受河道狹窄的條件限制無法采用，需要采用混凝土縱向圍堰，堰基防滲不好解決。

本工程最終采用了隧洞導流的方案。

3.2 導流標準

根據《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303—2004)規定，導流建筑物級別為4級，相應土石圍堰導流標準為重現期10年～20年一遇洪水；考慮到本工程水文資料系列較長，同時10年與20年一遇洪水調洪后圍堰工程量相差較大，所以按10年一遇考慮。

3.3 洞徑選擇

針對隧洞導流方式，按10年一遇洪水進行了 6m×8.4m、10m×14m、14m×19.6m洞徑的導流洞方案比較。根據調洪結果知道上 游 水 位 分 別 為 581.07m、563.31m、549.88m，相應的圍堰高度分別為58.07m、40.31m、26.77m，導流建筑物直接投資分別為7176萬元、6108萬元和7434萬元。經濟洞徑曲線見圖1。

根據經濟洞徑曲線確定為9m左右，考慮到水泥及鋼材價格具有較大的波動性，為了避免因水泥及鋼材價格出現大幅度上漲而導致導流工程費用的大幅度增加，實際導流洞按8m×11.3m進行設計。

3.4 導流流量選擇

針對10年一遇洪水進行了枯水期圍堰和全年圍堰比較。

表1 全年及分期洪水流量表 單位：m3/s

枯水期圍堰方案：2012年11月～2013年5月進行基坑開挖和壩體澆筑，2013年6月～2013年10月，大壩停工，基坑過水。汛后進行基坑清理及553m高程以下混凝土澆筑。2013年6月～2014年10月，壩頂過流；2014年11月～2015年5月，進行553m～613m高程混凝土澆筑，導流洞過流；2015年5月～2015年10月進行613m～637m高程混凝土澆筑，導流洞過流；2015年10月中旬～2016年1月進行洞封堵和637m～646m高程混凝土澆筑，泄洪底孔過流。

全年圍堰方案：2012年10月～2014年5月進行開挖及598m個高程以下混凝土澆筑，導流洞過流；2014年6月～2014年12月進行598m～628m高程混凝土澆筑，導流洞與泄洪底孔聯合過流；2015年1月～2016年2月進行導流洞封堵和628m～646m高程混凝土澆筑，泄洪底孔過流。

從表2可以看出，采用全年圍堰方案導流建筑物及基坑清理投資較枯水期圍堰方案少509萬元，同時可以全年施工，基坑開挖及基礎混凝土強度適中，工期容易保障。同時可以避免枯水期圍堰方案汛期壩體過水易產生表面裂縫的風險。因此，綜合考慮施工進度、施工強度、以及汛期影響等因素，采用10年一遇全年洪水作為導流標準。

3.5 導流建筑物設計

導流建筑物包括導流洞和上、下游圍堰。

表2 導流方案綜合比較表

3.5.1 導流隧洞

根據壩址區的河床地形，將導流洞布置在河道右岸。洞室圍巖為變質砂巖、結晶灰巖、大理巖，局部夾有石英巖脈及偉晶巖脈。洞身圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，占67%，進出口附近圍巖為Ⅳ、Ⅴ類占33%。

導流洞長570m，進口高程531.4m，出口底板高程為526.0m，洞底設計比降0.009。洞身為城門洞型，尺寸8m×11.3m。Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段采用C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯厚0.8m；Ⅱ、Ⅲ類圍巖段，由于度汛期間流速約24m/s，為了防止洞身汛期遭洪水破壞，洞身采用C25混凝土襯砌，邊頂拱厚0.5m，底板厚0.6m。出口采用平底擴散消能。擴散段長度20m，由導流洞出口8m寬擴散至20m。為便于以后閘封堵，在導流洞進口布置封堵塔，塔頂高程551.5m，塔長10m，寬15m。

3.5.2 圍堰

圍堰采用當地材料填筑，上游為土石圍堰，堰頂高程573.5m，最大堰高49.3m，堰體主要由堆石、復合土工膜防滲體及上游護坡組成，圍堰頂寬6.0m，上游邊坡1∶2.25，下游邊坡為1∶1.5，粘土心墻上下游邊坡1∶0.1。下游圍堰布置于導流洞出口與大壩之間，采用土石圍堰，堰頂高程為532.0m，最大堰高6.5m，圍堰頂寬4.0m，堰體下游邊坡 1∶2.25，上游邊坡為1∶1.5。堰體主要由堆石和防滲土工膜、混凝土截滲墻組成，下游圍堰基礎采用混凝土截滲墻，混凝土截滲墻厚0.8m，墻深12m，深入基巖0.5m。3.6截流設計與下閘蓄水

截流時段選在汛后的11月份，截流標準為10年一遇月平均流量30.2m3/s，截流戧提頂高程532.5m。根據壩址交通及地形條件，龍口位置選在左岸的主河槽處，采用自右向左單戧進占的立堵方式進行截流。經初步計算龍口最大落差約2.2m，最大流速約3.5m/s。截流采用開挖石渣，最大石渣粒徑0.5m。

根據施工總進度安排，擬定于第2015年1月導流洞下閘，水庫蓄水，下閘流量為標準流量7.05m3/s。蓄水計劃按各月份75%保證率的流量計算，蓄水至水庫死水位558m，相應庫容0.23億m3，蓄水時間約80天。

4 總結

本文全面介紹了三河口水庫的施工導流工程設計，重點通過經濟洞徑分析及對枯水期圍堰和全年圍堰兩種方案的對比，選擇10年一遇洪水作為洪水標準，全年圍堰擋水。8m×11.3m隧洞導流的方案，使工期提前了3個月，并保證了基坑施工強度的均衡性，具有較優的綜合效益。陜西水利