向陽橋水庫工程導流洞與放空洞結合方案設計探討

劉　佳　常俊杰　鄭　宇　馮向珍

（黃河勘測規劃設計有限公司河南鄭州450003）

向陽橋水庫工程導流洞與放空洞結合方案設計探討

劉佳常俊杰鄭宇馮向珍

（黃河勘測規劃設計有限公司河南鄭州450003）

本文以向陽橋水庫工程為例，介紹了該工程導流洞與放空洞結合的方案設計。本工程優化導流洞與放空洞布置及進水口結構，通過后期封堵改建形成“龍抬頭”。設計方案既能滿足工程建設期導流洞運行要求，改建后也能滿足放空洞運行的要求，可為類似案例提供借鑒。

水庫工程；導流洞；放空洞；方案設計

1　工程概況

向陽橋水庫工程位于廣安市鄰水縣西南部城南鎮境內的丹水灘河上游。壩址在西天鄉政府下游1km處，距鄰水縣縣城5.7km，距廣安市70km，距重慶市96km。向陽橋水庫樞紐為Ⅲ等工程，工程規模為中型。水庫壩址位于丹水灘河燈堡，攔河壩為面板堆石壩，右岸設有溢洪道、放空洞、取水管道等樞紐建筑物。大壩壩頂高程350.00m，壩頂長188.00m，最大壩高45.0m。向陽橋水庫總庫容1644萬m3，擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，由于水庫僅通過溢洪道泄洪，而溢洪道堰頂高程較高，緊急情況時，庫水位無法通過溢洪道消落。向陽橋水庫下游有鄰水縣規劃中的工業園區，且人口密集，考慮設置放空設施以備用。樞紐施工期設有導流洞，可將其封堵改建利用，經濟合理。因此，將水庫放空洞結合導流洞布置于右岸。

2　放空（導流）洞設計

根據工程經驗，導流洞進口高程較低，放空洞進口高程較高，通常放空洞采用龍抬頭的方式與導流洞銜接。根據《水工隧洞設計規范》要求，相鄰兩隧洞間的巖體厚度，應根據布置需要地質條件圍巖承受的內水壓力、圍巖的應力和變形、隧洞橫斷面尺寸和形狀、施工方法和運行情況如（一洞有水，鄰洞無水）等因素綜合分析決定。巖體厚度不宜小于2倍開挖洞徑或洞寬，巖體較好時經分析巖體厚度可適當減小但不應小于1倍開挖洞徑或洞寬。應保證運行期圍巖不發生滲透失穩和水力劈裂［1］。導流洞及放空洞運行要求以及相關水力學計算，確定導流洞進口高程為317m，導流洞洞身結構型式城門洞型，尺寸3.0m×5.0m；放空洞進口高程為325m；兩洞進口高程相差僅8m，放空（導流）洞洞身巖性以泥巖為主，巖石完整性一般，圍巖類別以Ⅳ類為主；若按傳統龍抬頭方式設計，兩洞結合點附近處巖層厚度不能滿足《水工隧洞設計規范》要求。

為解決上述問題，首先對導流洞與放空洞的平面布置進行優化設計。根據本工程的特點，可將導流洞洞軸線與放空洞洞軸線在平面布置上使用同一軸線，實現導流洞與放空洞的結合；為解決導流洞與放空洞進口高程不同的問題，在導流洞進口漸變段擴大導流洞斷面，待導流任務完成后，利用封堵混凝土形成龍抬頭段，將導流洞改建成為放空洞。放空（導流）洞進口段縱剖面見圖1。

采取上述設計方案，從隧洞的使用功能性上分析，能夠滿足工程建設期導流洞運行要求，改建后也能滿足放空洞運行的要求；從工程投資上分析，減少了放空洞進口開挖支護以及結合點之前放空洞洞身開挖支護襯砌的工程量及進水塔的工程量，減少工程投資。從設計的方案經濟性以及技術可行性兩方面綜合分析，本設計方案做導流洞與放空洞結合的設計的推薦方案。

2.1放空（導流）地質條件

放空（導流）導流洞布置于右壩肩山體內。隧洞進口位于上游右岸楊河村溝口，地形較陡，坡度25°～45°，為斜向坡，坡面為基巖裸露，主要為砂巖夾泥巖，強風化水平深度7m～10m，由于隧洞頂板為一產狀平緩的厚層砂巖，地形較陡，進口段成洞條件較好；洞身段巖性以泥巖為主，前段112m主要為微風化巖體，其后為弱風化帶巖體，隧洞最大埋深約38m；隧洞出口位于公路內側，地形坡度25°～35°，為斜向坡，為泥巖、粉砂質泥巖裸露，強風化水平深度10m～15m，由于巖層產狀平緩且地形較陡，成洞條件較好。洞后排水明渠位于公路外側至河床的斜坡區域，坡度10°～20°，表層為厚2.0m～3.0m的人工填筑碎石土層，下伏基巖為泥巖、粉砂質泥巖，強風化帶下限埋深6m～8m。隧洞水文地質條件簡單，地下水活動中等。

隧洞進口：樁號導0-012～導0+014洞段為強～弱風化的砂、泥巖互層，巖體完整性較差，屬Ⅴ類圍巖。洞身段：導0+014～導0+168洞段以弱～微風化的泥巖為主，巖體完整性一般，屬Ⅳ～Ⅲ類圍巖。隧洞出口：樁號導0+196～導0+216洞段以強～弱風化的泥巖為主，巖體完整性較差，屬Ⅴ類圍巖。

2.2放空（導流）設計

根據壩區地形、地質、施工洪水等條件，以及水工布置情況，導流洞的總體布置既要滿足施工導流的要求，又要考慮改建放空洞的布置要求。導流洞布置在右岸，進口高程317.0m，出口高程314.0m，洞長216m，綜合縱坡0.014。在完成施工期導流任務后，下閘封堵，將導流洞改建成放空洞。

進水口明渠底板高程317.00m，塔架建基面高程315.00m，塔頂高程同壩頂高程為350.00m，進水塔寬6.5m，328.50m高程以下長12.0m，328.50m高程以上長10.5m。進水塔一期底板高程317.00m，塔后接城門洞型隧洞。導流期間，放空（導流）洞洞身隧洞前端34.0m長洞段洞高由10.5m漸變至5.0m，洞寬3.0m，襯砌厚度1.0m。隧洞后部為3.0m×5.0m城門洞型，襯砌厚度0.5m～0.6m。

在完成導流任務后，下封堵閘門，對進水塔及導流洞進行二期改建。改建采用混凝土回填方式，回填后，進水塔進口底板高程為325.00m，內設事故檢修閘門及工作閘門，進水塔后回填成的龍抬頭段與后部隧洞相接。龍抬頭段長34.0m，尺寸為3.0m寬城門洞型，龍抬頭段采用前部拋物線后接1∶3斜坡段與反弧曲線相連，拋物線方程為y=x2/100，反弧半徑25.0m。龍抬頭后接城門洞型隧洞。

放空（導流）出口底板高程314.00m，導流洞出口與放空洞出口永臨結合，待完成導流任務后進行出口二期改建。

2.3下閘封堵改建

導流洞完成導流任務后進行封堵，其封堵時間應根據施工總進度的要求、壩體施工進展情況、河道水文特性、引水時間等綜合考慮確定導流洞下閘封堵時間安排在第三年1月底。根據《水工隧洞設計規范》，計算堵頭混凝土長度［1］。經計算，下閘后對導流洞導0-008.00m～導0+034.00m洞段進行改建成永久放空洞，改建段應滿足永久放空洞結構型式和穩定要求，改建時間安排在第三年2月初開始，封堵改建混凝土施工應在下閘后的2個月內完成，即在第三年3月底以前完成，并具備擋水過流條件。封堵閘門在封堵改建混凝土施工完成且洞內充水前，承受上游水壓力。

導流洞封堵門下閘利用檢修門啟閉機。封堵閘門孔口尺寸3.0m×8.0m（寬×高），底坎高程317.0m。閘門落下后不再提出，同時因導流洞與放空洞共同使用一個進水口，在下閘封堵過程中放空洞檢修閘門也需關閉。封堵改建混凝土施工采用逐段澆筑混凝土的方法進行。混凝土水平運輸采用3m3混凝土攪拌運輸車運送至洞口，然后由泵送入倉，插入式振搗器振搗密實。

圖1　放空（導流）洞進口段縱剖面

3　結語

（1）向陽橋水庫樞紐工程通過優化導流洞與放空洞布置，將導流洞與放空洞“二洞合一”。根據施工總進度安排，截流以后通過導流洞泄流，待大壩及溢洪道施工完成以后，進行導流洞下閘封堵改建。經相關水力學計算，在施工導流期間該條隧洞能夠滿足設計標準下的導流要求。導流任務完成以后，通過下閘封堵改建形成龍抬頭段，改建后能滿足放空洞的使用要求。

（2）采用上述結合方式，減少了放空洞的開挖支護工程以及放空洞進水塔的工程量，降低了工程投資。

（3）對于中小型水庫工程，導流洞與防空洞具備結合的條件下，若放空洞進口段斜支洞布置及受地形地質條件限制時，可考慮優化導流洞進口設計，將導流洞與放空洞在平面位置上布置在同一軸線上，通過后期混凝土封堵施工形成“龍抬頭”。

（4）對有下游供水要求的水庫工程，可考慮在不影響足放空洞使用的條件，在洞內敷設引水鋼管，為下游供水。

（5）根據施工進度安排，選擇合理的封堵時段，制定合理的封堵改建施工方案，減少封堵的難度和降低封堵期間的風險。陜西水利

［1］水利部東北勘測設計研究院，SL279-2002水工隧洞設計規范［S］.北京.中國水利水電出版社出版，2002.

（責任編輯：暢妮）

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