向陽橋水庫工程導(dǎo)流洞與放空洞結(jié)合方案設(shè)計(jì)探討

劉　佳　常俊杰　鄭　宇　馮向珍

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司河南鄭州450003）

向陽橋水庫工程導(dǎo)流洞與放空洞結(jié)合方案設(shè)計(jì)探討

劉佳常俊杰鄭宇馮向珍

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(dǎo)流洞與放空洞結(jié)合的方案設(shè)計(jì)。本工程優(yōu)化導(dǎo)流洞與放空洞布置及進(jìn)水口結(jié)構(gòu)，通過后期封堵改建形成“龍?zhí)ь^”。設(shè)計(jì)方案既能滿足工程建設(shè)期導(dǎo)流洞運(yùn)行要求，改建后也能滿足放空洞運(yùn)行的要求，可為類似案例提供借鑒。

水庫工程；導(dǎo)流洞；放空洞；方案設(shè)計(jì)

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(zhèn)境內(nèi)的丹水灘河上游。壩址在西天鄉(xiāng)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(guī)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(shè)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(shí)，庫水位無法通過溢洪道消落。向陽橋水庫下游有鄰水縣規(guī)劃中的工業(yè)園區(qū)，且人口密集，考慮設(shè)置放空設(shè)施以備用。樞紐施工期設(shè)有導(dǎo)流洞，可將其封堵改建利用，經(jīng)濟(jì)合理。因此，將水庫放空洞結(jié)合導(dǎo)流洞布置于右岸。

2　放空（導(dǎo)流）洞設(shè)計(jì)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)流洞進(jìn)口高程較低，放空洞進(jìn)口高程較高，通常放空洞采用龍?zhí)ь^的方式與導(dǎo)流洞銜接。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，相鄰兩隧洞間的巖體厚度，應(yīng)根據(jù)布置需要地質(zhì)條件圍巖承受的內(nèi)水壓力、圍巖的應(yīng)力和變形、隧洞橫斷面尺寸和形狀、施工方法和運(yùn)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(shí)經(jīng)分析巖體厚度可適當(dāng)減小但不應(yīng)小于1倍開挖洞徑或洞寬。應(yīng)保證運(yùn)行期圍巖不發(fā)生滲透失穩(wěn)和水力劈裂［1］。導(dǎo)流洞及放空洞運(yùn)行要求以及相關(guān)水力學(xué)計(jì)算，確定導(dǎo)流洞進(jìn)口高程為317m，導(dǎo)流洞洞身結(jié)構(gòu)型式城門洞型，尺寸3.0m×5.0m；放空洞進(jìn)口高程為325m；兩洞進(jìn)口高程相差僅8m，放空（導(dǎo)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(tǒng)龍?zhí)ь^方式設(shè)計(jì)，兩洞結(jié)合點(diǎn)附近處巖層厚度不能滿足《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

為解決上述問題，首先對(duì)導(dǎo)流洞與放空洞的平面布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，可將導(dǎo)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(shí)現(xiàn)導(dǎo)流洞與放空洞的結(jié)合；為解決導(dǎo)流洞與放空洞進(jìn)口高程不同的問題，在導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段擴(kuò)大導(dǎo)流洞斷面，待導(dǎo)流任務(wù)完成后，利用封堵混凝土形成龍?zhí)ь^段，將導(dǎo)流洞改建成為放空洞。放空（導(dǎo)流）洞進(jìn)口段縱剖面見圖1。

采取上述設(shè)計(jì)方案，從隧洞的使用功能性上分析，能夠滿足工程建設(shè)期導(dǎo)流洞運(yùn)行要求，改建后也能滿足放空洞運(yùn)行的要求；從工程投資上分析，減少了放空洞進(jìn)口開挖支護(hù)以及結(jié)合點(diǎn)之前放空洞洞身開挖支護(hù)襯砌的工程量及進(jìn)水塔的工程量，減少工程投資。從設(shè)計(jì)的方案經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)可行性兩方面綜合分析，本設(shè)計(jì)方案做導(dǎo)流洞與放空洞結(jié)合的設(shè)計(jì)的推薦方案。

2.1放空（導(dǎo)流）地質(zhì)條件

放空（導(dǎo)流）導(dǎo)流洞布置于右壩肩山體內(nèi)。隧洞進(jìn)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(qiáng)風(fēng)化水平深度7m～10m，由于隧洞頂板為一產(chǎn)狀平緩的厚層砂巖，地形較陡，進(jìn)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(fēng)化巖體，其后為弱風(fēng)化帶巖體，隧洞最大埋深約38m；隧洞出口位于公路內(nèi)側(cè)，地形坡度25°～35°，為斜向坡，為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖裸露，強(qiáng)風(fēng)化水平深度10m～15m，由于巖層產(chǎn)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(cè)至河床的斜坡區(qū)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(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深6m～8m。隧洞水文地質(zhì)條件簡單，地下水活動(dòng)中等。

隧洞進(jìn)口：樁號(hào)導(dǎo)0-012～導(dǎo)0+014洞段為強(qiáng)～弱風(fēng)化的砂、泥巖互層，巖體完整性較差，屬Ⅴ類圍巖。洞身段：導(dǎo)0+014～導(dǎo)0+168洞段以弱～微風(fēng)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(hào)導(dǎo)0+196～導(dǎo)0+216洞段以強(qiáng)～弱風(fēng)化的泥巖為主，巖體完整性較差，屬Ⅴ類圍巖。

2.2放空（導(dǎo)流）設(shè)計(jì)

根據(jù)壩區(qū)地形、地質(zhì)、施工洪水等條件，以及水工布置情況，導(dǎo)流洞的總體布置既要滿足施工導(dǎo)流的要求，又要考慮改建放空洞的布置要求。導(dǎo)流洞布置在右岸，進(jìn)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(dǎo)流任務(wù)后，下閘封堵，將導(dǎo)流洞改建成放空洞。

進(jìn)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(jìn)水塔寬6.5m，328.50m高程以下長12.0m，328.50m高程以上長10.5m。進(jìn)水塔一期底板高程317.00m，塔后接城門洞型隧洞。導(dǎo)流期間，放空（導(dǎo)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(dǎo)流任務(wù)后，下封堵閘門，對(duì)進(jìn)水塔及導(dǎo)流洞進(jìn)行二期改建。改建采用混凝土回填方式，回填后，進(jìn)水塔進(jìn)口底板高程為325.00m，內(nèi)設(shè)事故檢修閘門及工作閘門，進(jìn)水塔后回填成的龍?zhí)ь^段與后部隧洞相接。龍?zhí)ь^段長34.0m，尺寸為3.0m寬城門洞型，龍?zhí)ь^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?zhí)ь^后接城門洞型隧洞。

放空（導(dǎo)流）出口底板高程314.00m，導(dǎo)流洞出口與放空洞出口永臨結(jié)合，待完成導(dǎo)流任務(wù)后進(jìn)行出口二期改建。

2.3下閘封堵改建

導(dǎo)流洞完成導(dǎo)流任務(wù)后進(jìn)行封堵，其封堵時(shí)間應(yīng)根據(jù)施工總進(jìn)度的要求、壩體施工進(jìn)展情況、河道水文特性、引水時(shí)間等綜合考慮確定導(dǎo)流洞下閘封堵時(shí)間安排在第三年1月底。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算堵頭混凝土長度［1］。經(jīng)計(jì)算，下閘后對(duì)導(dǎo)流洞導(dǎo)0-008.00m～導(dǎo)0+034.00m洞段進(jìn)行改建成永久放空洞，改建段應(yīng)滿足永久放空洞結(jié)構(gòu)型式和穩(wěn)定要求，改建時(shí)間安排在第三年2月初開始，封堵改建混凝土施工應(yīng)在下閘后的2個(gè)月內(nèi)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(nèi)充水前，承受上游水壓力。

導(dǎo)流洞封堵門下閘利用檢修門啟閉機(jī)。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(shí)因?qū)Я鞫磁c放空洞共同使用一個(gè)進(jìn)水口，在下閘封堵過程中放空洞檢修閘門也需關(guān)閉。封堵改建混凝土施工采用逐段澆筑混凝土的方法進(jìn)行。混凝土水平運(yùn)輸采用3m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送至洞口，然后由泵送入倉，插入式振搗器振搗密實(shí)。

圖1　放空（導(dǎo)流）洞進(jìn)口段縱剖面

3　結(jié)語

（1）向陽橋水庫樞紐工程通過優(yōu)化導(dǎo)流洞與放空洞布置，將導(dǎo)流洞與放空洞“二洞合一”。根據(jù)施工總進(jìn)度安排，截流以后通過導(dǎo)流洞泄流，待大壩及溢洪道施工完成以后，進(jìn)行導(dǎo)流洞下閘封堵改建。經(jīng)相關(guān)水力學(xué)計(jì)算，在施工導(dǎo)流期間該條隧洞能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的導(dǎo)流要求。導(dǎo)流任務(wù)完成以后，通過下閘封堵改建形成龍?zhí)ь^段，改建后能滿足放空洞的使用要求。

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

（3）對(duì)于中小型水庫工程，導(dǎo)流洞與防空洞具備結(jié)合的條件下，若放空洞進(jìn)口段斜支洞布置及受地形地質(zhì)條件限制時(shí)，可考慮優(yōu)化導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)計(jì)，將導(dǎo)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?zhí)ь^”。

（4）對(duì)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(nèi)敷設(shè)引水鋼管，為下游供水。

（5）根據(jù)施工進(jìn)度安排，選擇合理的封堵時(shí)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(fēng)險(xiǎn)。陜西水利

［1］水利部東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，SL279-2002水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京.中國水利水電出版社出版，2002.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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