紅花爾基水利樞紐工程施工導流二期圍堰設計

代玉旭，苑振霞

(1.遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110006；2.遼寧省水利水電工程移民局，沈陽 110003)

紅花爾基水利樞紐工程施工導流二期圍堰設計

代玉旭1，苑振霞2

(1.遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽 110006；2.遼寧省水利水電工程移民局，沈陽 110003)

文章根據工程水文、流域氣候特點，針對實施中不利條件，結合壩區自然地質條件和工程工期要求，簡要介紹了二期圍堰標準選擇、斷面形式和防滲鋪蓋設計，既保證了施工導流要求，也實際驗證了圍堰結構設計的合理性，為保證壩體填筑節點施工期創造了有利條件，為類似水利樞紐圍堰設計提供一定的實踐經驗和參考。

壤土鋪蓋；實施條件變化；導流圍堰設計；二期圍堰

1 工程概述

紅花爾基水利樞紐工程位于呼倫貝爾市海拉河一級支流伊敏河中游，是一座以供水、防洪為主，兼顧防凌、灌溉、發電等綜合利用的大(2)型控制性樞紐工程。水庫設計洪水標準為100a一遇洪水，校核洪水標準為2000a一遇洪水。水庫總庫容為32229萬 m3，為多年調節水庫。

攔河壩位于主河床，溢洪道、發電引水洞、電站位于大壩左岸岸坡(或坡腳)，泄洪導流洞、工業供水洞位于大壩右岸。大壩為壤土心墻砂礫石壩，最大壩高32.2m，壩頂長1008.35m；溢洪道為無閘門控制，堰型為低實用堰，凈寬30m；泄洪導流洞設計為有壓洞，洞徑6.5m，洞長286m；發電引水洞洞徑4.5m，設計為有壓洞，洞長320m，發電流量48m3/s；電站廠房內安裝3臺軸流式水輪機組，裝機容量7500kW，多年平均年發電量為2375萬 kW。工業供水洞設計為有壓洞，洞徑2.2m，洞長2953.2m，設計取水流量8.78m3/s。

大壩基礎砂卵礫石層采用混凝土防滲墻防滲，基巖防滲采用帷幕灌漿[1]。

壩址處河段河谷開闊，谷底寬890m，主流河道距右岸300m，寬約70m。根據壩址處的地形、水文地質條件及本樞紐水工建筑物布置，參考類似工程的施工導流經驗，經綜合分析比較后，大壩施工導流采用分期導流方式，共分兩期：一期為束窄河床導流;二期為泄洪導流洞導流。

2 工程條件

2.1 水文條件

伊敏河是海拉爾河6大支流之一，發源于鄂溫克族自治旗蘇河屯蘑菇山，全長359km，流域面積2.25萬 km2，河道比降為14.8‰。壩址以上河道長150km，控制流域面積5364km2。

本流域徑流來自降水、融雪水補給，徑流年內分配不均，主要集中在春汛和夏汛。春季4、5月份，水量占全年水量的20%～30%，春汛出現全年最大洪峰，凌汛時易形成冰壩。夏季6—9月份，徑流占全年的 59.4%。

伊敏河流域地處我國寒冷的北方，因特殊的氣候條件，流域洪水分春季融冰雪洪水和夏季暴雨洪水。融冰雪洪水一般出現在4—5月，洪水特點為峰高量大；夏季暴雨洪水一般出現在7—8月，洪水特點為峰小，歷時長。且春汛洪峰比夏汛洪峰大，洪水歷時長，春汛洪峰比夏汛洪峰大37.2%。夏汛的暴雨洪水均比春汛的融冰雪洪水峰平量小。一般一次春汛洪水歷時長達30d左右，春汛洪水基本15d可以控制，15d洪量占30d洪量的70%左右。

根據本地區洪水特性及施工要求，紅花爾基水利樞紐施工洪水分春汛期、夏汛期及枯水期，春汛期為4—5月，夏汛期為6—9月，汛后期為10月。

2.2 氣象條件

本流域屬于溫帶大陸性季風氣候。春季干燥風大，夏季溫涼短促，秋季氣溫聚降，霜凍早，冬季寒冷漫長。流域內多年平均氣溫-1.6℃(海拉爾站)，歷年極端最高氣溫36.7℃，歷年極端最低氣溫-48.5℃。多年平均降水量351.6mm，多年平均年蒸發量(20cm蒸發皿觀測值)1083.0mm，多年平均風速3.2m/s，多年平均年最大風速為18.5m/s，汛期6—9月最大風速平均為15.4m/s，風向多為西風和西北風。歷年最大凍土深為2.42m。

2.3 地質條件

紅花爾基水利樞紐工程壩址區為對稱的“U”型河谷，河床兩岸不對稱分布寬約860.00～970.00m漫灘。谷底地層巖性上部由全新統沖積、沼澤堆積物淤泥質壤土、含卵石粗礫組成，下部為上更新統冰水堆積泥礫及薄層上更新統洪沖積含中粗砂卵石粗礫，下伏基巖為綠泥絹云母千枚狀板巖及片理化細砂巖。

巖層透水性：含卵石粗礫及中粗砂卵石粗礫滲透系數為56.39～149.22m/d，為強透水巖層。泥礫層滲透系數1.00×10-6m/d，為微透水巖層。下伏基巖大部分地段為微透水巖層。

壩址區地下水類型為孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要分布于河床兩岸漫灘，地下水位埋深0.95～1.95m。在平水期河水補給地下水，在枯水期地下水補給河水。壩址區地震烈度為Ⅵ度。

3 原施工導流方案及擋水標準

3.1 一期導流

一期束窄河床導流，導流建筑物圍堰為4級建筑物。一期導流圍堰圍護主壩左、右岸基坑長度790m，占總壩長的88.8%，留100m寬的束窄河床導流。圍堰頂高程按攔擋20a一遇夏汛洪水設計，當發生20a一遇夏汛洪水時，上、下游水位分別為733.75m和732.10m(泄量為302.0m3/s)，上游圍堰堰頂高程為735.25m，最大堰高5.25m，下游圍堰堰頂高程為732.60m，最大堰高2.60m。

圍堰采用土石圍堰，圍堰土石料直接采用大壩基礎開挖棄料，圍堰頂寬為6.0m，上、下游邊坡均取1∶1.5。圍堰防滲采用迎水面鋪復合土工防滲膜防滲，上鋪砂礫石保護層，在縱向圍堰上游坡及上游圍堰轉角處鋪0.4m厚的鉛絲石籠護坡，防止水流沖刷破壞圍堰。由于一期圍堰內基礎開挖深度較淺，圍堰擋水位較低，所以一期圍堰基礎不考慮防滲措施，在施工期間加大明排即可。

3.2 二期導流

二期導流由新建直徑6.5m施工導流洞泄流(導流洞泄量為247m3/s)。導流建筑物包括導流洞及大壩上、下游圍堰。在二期導流階段，主河槽束窄段圍堰與左、右岸已填筑的大壩要一同面臨度過2009年夏汛，因此，二期圍堰按度夏汛50a一遇洪水設計。

根據調洪驗算成果，當發生夏汛50a一遇洪水(入庫洪水流量為371.0m3/s)，由泄洪導流洞進行泄洪(泄量為247m3/s)后的上游水位為742.88m；夏汛100a一遇洪水(入庫洪水流量為422.0m3/s)，由泄洪導流洞進行泄洪(泄量為268m3/s)后的上游水位為744.32m。因此，圍堰頂高程按50a一遇水位加波浪爬高和安全超高考慮，堰頂高程為745.00m，比100a一遇洪水位高0.68m。

根據《水電水利工程圍堰設計導則》(DL/T 5087—1999)，為滿足施工需要和防汛搶險要求，圍堰頂寬取7m，最大堰高15.00m。上游邊坡為1∶2.25，下游邊坡為1∶2.0。圍堰基礎及堰體防滲均采用高壓定噴灌漿防滲墻防滲，基礎防滲墻深入泥礫層2m。因二期圍堰與壩體搭接共同截流，但壩體為砂礫石壩殼，不能防滲，故圍堰防滲心墻要與壩體壤土心墻很好連接，做好接茬處的防滲工作。

為滿足大壩及基礎施工要求，在2007年8月和2009年5月兩次修筑龍口段圍堰截流，分別叫做二期一次圍堰和二期二次圍堰。

1)二期一次圍堰根據計劃工期節點，泄洪導流洞于2007年7月31日貫通具備過水條件，將在龍口段增加臨時圍堰，并于8月31日前完成填筑防滲、閉氣、排水等工作，以保證龍口段地下混凝土防滲墻于2007年9月1日具備平臺施工條件。龍口段上游圍堰堰頂高程735.25m(圍堰型式與一期圍堰相同)，并在2007年11月15日前拆除，滿足2008年春汛度汛要求。擋水時段為2007年8月至2007年11月。

2)二期二次圍堰由二期第二次圍堰和迅速填筑起來的龍口段壩體擋水，根據施工總進度安排，2009年5月中旬開始修建二期第二次圍堰，5月下旬截流，截流后迅速將龍口段壩體填筑至具備擋50a一遇夏汛洪水(其流量為371m3/s)的高程，河水由施工導流洞泄流。

4 二期施工導流圍堰設計

4.1 工程實施中的條件變化

實際施工中，泄洪導流洞由于出口地質條件發生變化，以及與3#施工路交叉問題，造成不能按原節點工期(2007年7月31日)成洞導流，故綜合考慮為確保工程安全、進度和質量，設計將原泄洪洞導流方案改為明渠導流。設計變更直接影響了壩基連續墻施工的總進度，加之防滲墻施工后期問題處理，使得壩基基礎處理由原來的2007年7月31日完成變為2008年4月15日完成。

大壩工程在2008年5—8月期間，受土料場土料不穩定、變更土料場影響，心墻填筑與基礎處理交叉施工，壩體分段分塊施工，增加了施工難度，開挖及填筑施工進度滯后。

本工程樞紐地處我國高寒地區，施工期間在9月末就氣溫聚降，降雪封凍，翌年5月初開始冰雪消融，逐步解凍。特殊的氣候條件，冬季寒冷漫長，使得全年有效施工期僅為6個月。

在大壩工程施工中，受到上述施工條件制約，使得工程進展緩慢，施工進度滯后，致使2008年計劃未能如期實現，給2009年以至以后，甚至給合同總工期的實現帶來很大困難。根據實際情況，經過研究論證，對原2008年的施工計劃進行調整，將原計劃主壩填筑124萬 m3調整為57.1萬 m3。形象進度為左右岸壩體心墻年底前填筑到740.0m高程。

2008年實際施工中，全年共完成壩體填筑52.92萬 m3；完成原計劃的44.3%，調整計劃的92.7%。

4.2 二期圍堰設計原則和特點

保證主體工程在干地條件下施工，緩解主壩過流段的填筑工期。《合同文件》要求：二期圍堰的截流時間為2009年6月15日，導流后進行主壩龍口段段壩基礎開挖和壩體填筑施工，至2009年底主體工程完工。

根據目前的施工形象進度和施工條件，考慮當地氣候因素，在有限的6個月內完成上述工程任務，不僅施工強度大，高寒地區冬季施工時施工質量難于保證。

在保證后線工期不變的前提下，研究提前進行施工導流，將截流時間提前到2009年5月，增加主體工程施工的有效工作日，是降低施工強度、保證施工質量的有效辦法。

確保圍堰在主汛期的穩定及度汛安全。

根據施工時段安排，二期導流建筑物設計標準采用水庫調洪演算成果六月份洪水標準進行設計。即：6月份50a一遇洪水流量281m3/s，經水庫調節，泄洪導流洞進口水位為740.34m，壩前攔洪庫容2795萬 m3，上游圍堰堰頂高程741.34m。下游圍堰頂高程731.90m。

根據壩址以上河床地形、地質條件及壤土覆蓋層厚度、滲透系數等情況分析論證，因地制宜，在距上游圍堰200m主河床范圍內拋填≥1.0m厚壤土、左右岸利用上游天然壤土層作為圍堰基礎防滲鋪蓋，與原設計高噴防滲墻相比，從經濟上、工期上均具有優越性，且和圍堰或壩體填筑施工不交叉，不占用直線工期，為全力進行圍堰或壩體填筑施工創造有效時間條件，確保安全度汛，從而保證整體工程合同工期。

二期圍堰的建基面為730.0m，龍口段壩體的建基面為729.0m。為了減少基坑初期滲水量，二期圍堰壤土鋪蓋及斜墻與左右岸一期上游圍堰防滲土工膜合理銜接，增大水流滲徑。

斜墻和上游鋪蓋用的壤土可結合上游料場覆蓋清理進行填筑，不占用主體工程施工的直線工期。有計劃開采堰前砂礫石料，并達到一定的寬度，隨后進行鋪蓋填筑施工，防滲效果會更佳。

最大限度地減少因基坑降水可能引起的壩基不均勻沉降現象和滲透穩定。

4.3 截流時間的分析

根據提供的水文氣象資料和連續兩年對伊敏河壩址區春汛情況的分析和觀察，伊敏河春季開河時間為4月中下旬，凌汛在4月下旬通過。截流時間安排在5月上旬進行，不影響凌汛通過，滿足渡凌汛條件。

5月份平均氣溫9.9℃，截流后需要排水清基和基礎處理施工，預計5月中旬進行部分壩體填筑，滿足壩體填筑的氣溫條件。

利用10月中旬開始進行二期上下游圍堰填筑，在上下游圍堰預留約57m寬的龍口，2009年5月份可以迅速完成二期圍堰施工。

5月中旬進行壩體填筑，筑壩料基本開始解凍。壩殼料和反濾料可以滿足要求。心墻土料是重點，為防止其在筑壩時未解凍，08年秋后未結凍前，采取在土料場選擇合適的部位將心墻土料表層1.5～2.0m進行翻松的保溫方法可以解決。

4.4 圍堰結構型式

上游圍堰采用上游壤土鋪蓋、壤土斜墻砂礫石(土石)堰體、邊坡采用上游1∶2.5，下游1∶2。下游設排水棱體和排水溝(截水溝)的結構，堰頂高程741.34m，控制排水高程范圍在727～727.5m，保證大壩基礎的穩定和728m高程建基面的旱地施工條件。

下游圍堰設計堰頂高程731.90m，利用已有壩下路作為下游圍堰，壤土鋪蓋防滲。

二期導流布置及圍堰典型剖面詳見圖1和圖2。

圖1 二期導流平面布置圖

圖2 圍堰典型剖面圖

4.5 導流渠設計

泄洪洞進口處高程為730m，右側河灘地高程在732m左右，主河道高程在731m左右，龍口段截流后河水不能自流通過泄洪洞，需要開挖一條長約300m的導流渠，將河水引至泄洪洞。

導流渠設計長300m，底寬15m，邊坡1∶2，深1.5m，渠底及邊坡鋪設塑料薄膜防滲。總開挖量為7762m3，開挖料用于二期圍堰填筑[2]。

4.6 導流方式

二期導流的主要任務是滿足主壩龍口段壩體填筑施工時的安全度汛。5月上旬截流，截流后河水經引渠由泄洪導流洞進行導流。

4.7 截流

4.7.1 截流標準

根據河流水文特征、氣候條件、圍堰施工等綜合因素分析確定，截流標準選用5月上旬5a一遇的旬平均流量116m3/s。

4.7.2 截流方式

二期截流為截斷束窄河床段水流。根據施工洪水特點及施工總進度安排，二期圍堰于2008年10月開始填筑，2009年5月1日截流閉氣。為方便截流材料運輸，截流龍口設在上游圍堰樁號0+361～0+417的橫向圍堰處，設計龍口寬度56m，采用單戧堤立堵進占截流[3]。

5 結 語

紅花爾基水利樞紐工程針對工程實施中出現的不利變化，充分分析，及時調整二期圍堰結構設計，節省工程量，有利于搶趕截流前后的施工進度，既滿足安全度汛需要，同時也保證了圍堰和大壩填筑工期要求。

紅花爾基水利樞紐大壩于2009年7月29日成功實現截流，2009年9月29日下閘蓄水，2011年4月9日3臺機組全部并網發電，2011年8月31日全部完工。

上游圍堰上游坡設置斜墻防滲，通過壩前淤積形成的天然鋪蓋和圍堰防滲斜墻上爬式相連，作為防滲線，縮短二期圍堰施工時間并降低造價，充分體現了因地制宜的設計思想。

實踐證明，圍堰防滲處理方案簡單、安全可靠，便于實施，從而為大壩龍口段基坑開挖及填筑贏得了工期，節省了工程投資，取得了良好的工程效益，同時也為高寒地區類似施工導流土石圍堰設計提供了一定的實踐經驗和參考。

[1]杜衛.水利水電工程施工導流方案決策研究[J].河南水利與南水北調，2012(10)：79-80.

[2]謝雯霞.施工導流的方案選擇必須因地制宜—淺談溪下水庫施工導流設計[J].浙江水利水電專科學校學報，2004(03)：18-19.

[3]梁峰，艾合買提·熱合曼.新疆某水電站施工導流設計[J].廣西水利水電，2012(12)：57-58.

1007-7596(2014)01-0105-04

2013-12-12

代玉旭(1984-)，女，遼寧建平人，工程師；苑振霞(1970-)，女，滿族，遼寧桓仁人，高級工程師，從事水利工程移民工作。

TV551

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