石佛寺水庫樞紐布置探析

艾紅志

(遼寧石佛寺供水有限責任公司， 遼寧 沈陽 110180)

石佛寺水庫樞紐布置探析

艾紅志

(遼寧石佛寺供水有限責任公司， 遼寧 沈陽 110180)

本文對石佛寺水庫樞紐布置進行了多方案的選擇，其樞紐布置的關鍵是泄洪閘及泄水洞位置布設，文中根據兩個方案的比較, 決定采用方案①，將閘位布置在攔河主壩右端的主河道處，泄洪洞設在泄洪閘左端，又通過對支流改建、交叉建筑物改建工程設計最終確定了石佛寺水庫樞紐布置工程。

樞紐； 主壩； 泄洪閘； 布置

1 攔河主壩及副壩布置

攔河主壩根據地形條件布置成折線型，其右端A點布置在石家荒地，經祁家圍村堤V2點到大、小丁家泡之間的C′點、原西小河堤的D點，與原遼河大堤相連利用原堤線延至西小河山的F點，其中在原遼河主河道附近嵌有泄洪閘，主壩總長12.432km，其中新筑壩段10.927km，與遼河大堤相結合段1.505km。

副壩在現狀堤防基礎上加高培厚。分為左副壩和右副壩。其中左副壩起點F點設在西小河口村，終點設在藥王廟，由兩自然段組成，長度為9307m。右副壩起點EZ1設在石家荒地的帽山，從石家荒地的帽山，經過南山、拉馬河、李家窩堡、蓮花臺、石砬子、胡家窩棚至阿吉堡子和古城子之間的陡坎高地處。根據地形、地質及原有資料情況，右副壩共分七段，從下游至上游依次為：祝家堡段、陳平堡段、拉馬河口段、李家窩堡段、蓮花臺段、石砬子段、胡家窩棚段。壩長匯總見表1。

表1 壩長匯總

2 泄洪閘及泄水洞布置

2.1 泄洪閘的布設位置選擇

規范合理地布置泄洪閘是水庫防洪安全的重要保證。泄洪閘的布置不僅要考慮到地質結構、經濟、工程量、結構安全、建成后的運行管理等方面，還要綜合考慮庫區淹沒影響和生態環保等問題。

根據前期的地質勘測結果，適宜布設泄洪閘的位置有兩個，分別是攔河主壩右端的主河道和主河道左側灘地。分別對這兩處閘址進行比較分析，以選擇其中最合適的位置布置泄洪閘。

方案①：泄洪閘布置在主河道上。閘與河道基本垂直，閘兩端與主壩相連，閘堰頂高程為41.00m，凈寬200.00m，共設16孔，每孔凈寬12.50m。泄水洞設在泄洪閘左側，洞底高程與堰頂相同。閘布置在河道上，使河道水流上下游銜接順暢，閘堰頂高程應設置較低，可使泄量增加，開挖量最少。該方案的主要缺點是：由于水庫地形的原因，在宣泄洪水時水流條件較差，特別是沿攔河主壩左段，可能出現順壩向的水流，影響泄量的同時還會侵蝕部分壩段，給壩體的安全帶來隱患，這就必須在局部壩段加強防護，增加了工程量。

方案②：泄洪閘布置在主河道左岸灘地上。在方案①的基礎上把泄洪閘平行向左側移動60.0m至灘地上，此方案泄洪條件較前方案好，滿足泄洪要求。但由于泄洪閘局部移至灘地，大大增加了閘上游引渠及下游尾渠的開挖量，很不經濟。

根據庫區地形、壩線布置、地質條件、工程量以及運用條件等因素綜合考慮，決定采用方案①，將閘位布置在攔河主壩右端的主河道處，泄洪洞設在泄洪閘左端。

由于閘前水位變幅不大，壩高較低，泄水流量較大，采用無胸墻的開敞式水閘。泄水洞布置在泄洪閘左側，能使進出閘水流平順均勻，閘中心線基本與河道中心水流方向一致。

2.2 泄洪閘的閘門型式選擇

泄洪閘的閘門型式選擇兩種方案進行比較：異型雙扉門方案和弧形門方案。兩種方案中閘門的總凈寬均為200.00m，共設16孔，每孔凈寬12.50m。

a.異型雙扉門方案。閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。閘底板順水流方向長23.50m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長21.50m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個；縫墩厚3.50m，共7個；邊墩采用直墻式。閘墩下游側設置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬6.00m，橋面高程53.20m，交通橋采用T形梁簡支結構。閘墩上游側設置排架，工作橋布置在排架上，頂高程62.20m。

b.弧門方案。閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。閘底板順水流方向長31.70m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長30.70m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個；縫墩厚4.00m，共7個；邊墩采用直墻式。閘墩上游側設置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬9.50m，門機軌距6.5m，橋面高程53.20m，交通橋采用T形梁簡支結構。

異型雙扉門方案和弧門方案在技術上均是可行的，兩方案各具特點，具體比較如下。

2.2.1 設計技術比較

兩方案設計在技術上均可行，但異型雙扉門方案存在著上、下閘門間止水處理等技術難題；弧門方案的工作門沒有門槽，水流不產生突變，過流條件比異型雙扉門方案好。此外，弧門方案沒有高排架，整體造型較矮，抗震性能也比異型雙扉門方案好。弧門方案在結構設計中，技術上更為安全可靠，優于異型雙扉門方案。

2.2.2 經濟比較

對上述兩方案進行水工、金屬結構、電氣等方面的綜合經濟比較。弧門方案的投資為15852.6萬元，異型雙扉門方案的投資為14293.88萬元，弧門方案比異型雙扉門方案多投資1558.72萬元。因此，從工程投資的角度上講，異型雙扉門方案更加經濟。

2.2.3 施工比較

兩方案的施工精度要求均較高，施工條件與難度也基本相同，但異型雙扉門方案上、下扉門間的止水難度較大，在施工上稍遜于弧門方案。

2.2.4 管理運用比較

弧門方案閘門開度可任意調節，調節流量比異型雙扉門(只能有一、二個開度)方案靈活。由于本工程水閘較寬，同時防洪時要求嚴格控制泄量，弧門方案更利于防洪時的管理調度；異型雙扉門方案上、下扉門之間的止水難度較大，不利于蓄水期的管理運用。因此，從管理運用的角度上看，弧門方案遠遠優于異型雙扉門方案。

2.2.5 綜合利用比較

隨著社會的發展，要求水工建筑物不僅能滿足使用功能，還應綜合考慮其他功能。石佛寺水庫地處沈陽市近郊，是旅游的黃金地段，水庫樞紐的興建，形成了一個新的旅游景區，因此庫區內的建筑要盡量符合美觀要求。弧門方案較之異型雙扉門方案布置平整、美觀，與周邊建筑物及景物協調一致，因此，弧門方案更利于水庫樞紐的綜合發展。

通過以上幾個方面的比較，弧門方案除直接投資較大外，在其他方面均優于異型雙扉門方案，同時弧門方案所具有的一些綜合效益(管理、旅游等)的經濟價值是很難計量的，本次設計本著利于水庫管理和發展的原則，在資金允許的情況下，應該優先選擇弧門方案。

2.3 泄洪閘、泄水洞的總體布置

2.3.1 泄洪閘總體布置

石佛寺水庫泄洪閘縱向全長約為1250m，包括上游連接段、閘室段和下游連接段三大部分。其中上游連接段包括引渠、上游護底、上游鋪蓋、翼墻和護坡；閘室段由底板和閘墩、閘門、工作橋、啟閉機室、交通橋等組成；下游連接段包括斜坡段、消力池段、海漫段、防沖槽、尾渠以及兩岸的翼墻與護坡。

2.3.2 泄水洞總體布置

為了給二期工程及水庫蓄水作準備，根據下游環境用水及農業灌溉需要小流量泄流的要求，在泄洪閘左側設一泄水洞，設計流量60m3/s，孔口尺寸3m×4m，采用豎井式結構，頂高程53.20m，洞后接混凝土方涵，上面填筑土壩材料至壩頂高程53.15m，出口消能與泄洪閘共用一個消力池。本次設計時，一期工程泄水洞只做檢修門槽和工作門，暫不設置檢修門及啟閉設備，待二期工程興建時再行增設即可。

2.4 泄洪閘工程布置與結構型式選擇

泄洪閘鑲嵌在主壩中，與壩軸線平行，右岸邊墩與主壩用刺墻連接。刺墻長20.00m，頂寬0.50m，上下邊坡均為1∶0.02，頂高程50.50m，底高程39.50m。泄洪閘總寬257.00m，樁號從0+168.00到0+425.00，溢流總凈寬為200m，共分16孔，每兩孔一聯，共八聯。閘下采用底流式消能，下游翼墻的擴散角為7°。

2.4.1 上游連接段

引渠底高程41.00m，兩側用干砌石護坡，護坡長度100m，邊坡1∶3.5，護砌厚度40cm，干砌石護坡下用20cm碎石和一層無紡布作反濾層，防止護坡下填土的顆粒被淘刷帶走。上游護底采用漿砌石結構，長30.00m，寬377.5m，厚0.40m，齒墻深2.00m，漿砌石下鋪20cm碎石墊層。上游混凝土鋪蓋長27.00m，厚0.40m，齒墻深2.00m，鋪蓋下鋪10cm素混凝土墊層。右側翼墻平面上用直線段和圓弧段與閘室段連接，直線段長25.00m，圓弧段半徑25.00m，圓心角70°。左側翼墻與泄水洞邊墩相聯，采用1/4橢圓型曲線，長軸半徑40m，短軸半徑20m，直線段長度40m，壩軸線方向水平投影長80m。

2.4.2 閘室段

閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。經過金屬結構方案比較后決定，工作門采用弧門。工作門前只設檢修門槽，Ⅰ期工程不蓄水時不做檢修門，不設啟閉設備。閘底板順水流方向長31.70m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長30.70m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個；縫墩厚4.00m，共7個，縫間設雙層橡膠止水帶；邊墩采用直墻式。閘墩上游側設置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬9.50m，橋面高程53.20m，交通橋采用簡支T形梁結構。為滿足Ⅰ期工程可能出現的蓄水要求，需要布置檢修門門機軌道，軌距6.50m。門機梁高1.3m，梁肋寬350mm；其他梁高1.1m，梁肋寬250mm。閘墩下游側設置工作橋，橋面寬6.00m，橋面高程57.00m，工作橋亦采用簡支T形梁結構，梁高1.0m，梁肋寬250mm，橋上布置啟閉機室，啟閉機室凈寬3.5m，凈高4.0m。啟閉機室分縫與閘室分縫一致，兩孔設一沉陷縫。

2.4.3 下游連接段

斜坡段是連接閘室段和消力池的過渡段。斜坡段長14.00m，坡度1∶5，在斜坡和閘室底板之間布置一0.50m水平段，斜坡段總長14.50m，上游齒墻深1.50m，底板厚1.00m，底板下鋪10cm素混凝土和20cm碎石墊層。斜坡段兩側采用懸臂式擋土墻。

消力池采用矩形斷面，池深2.80m，池長34.00m，底板頂高程38.20m，底板厚度1.00m，底板上設排水孔，孔徑50mm，孔距1.50m，梅花形布置。底板下鋪10cm素混凝土、20cm碎石及一層無紡布。消力池末端設池坎，坡度1∶1，坎頂高程41.00m，頂寬1.00m。消力池末端齒墻深2.20m，底寬1.00m。兩側采用懸臂式擋土墻。

護坦段長30.00m，底板頂高程41.00m，混凝土底板厚1.00m，上、下游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m。底板上設排水孔，孔徑50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下鋪10cm素混凝土、20cm碎石及一層無紡布。兩側采用懸臂式擋土墻。

海漫段長60.00m，底坡1∶30，底板頂高程從41.00m降至39.00m。漿砌石底板厚1.00m，上、下游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m。底板上設排水孔，孔徑50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下鋪20cm碎石及一層無紡布。兩側采用懸臂式擋土墻。

防沖槽段長47.96m，其中上游斜坡段長15.00m，底板采用干砌石結構，坡度1∶5，底板高程由39.00m降至36.00m。上游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m；下游齒墻底高程34.00m，齒墻寬1.50m。防沖槽開挖底高程36.00m，長20.00m，拋石填筑到高程38.00m，高程38.00～39.00m填筑鐵絲石籠，下游用1∶5反坡與尾渠相連，反坡段高程由39.00m升至41.00m，長10m，采用厚40cm干砌石結構。干砌石下鋪20cm碎石墊層及一層無紡布。防沖槽左、右兩側開挖邊坡1∶3.5，采用厚40cm漿砌石護坡，漿砌石護坡下鋪20cm碎石墊層。

反坡段后接尾渠與原河道相連，尾渠底高程41.00m，尾渠左岸開挖邊坡1∶3.5，右岸回填邊坡1∶3.5，左、右岸均用厚40cm干砌石護坡，護坡長度200m，干砌石護坡下面設厚20cm碎石和一層無紡布。

2.5 泄水洞工程布置與結構型式選擇

泄水洞孔口尺寸為3m×4m，樁號從0+425.00至0+431.00，為單孔泄流。泄水洞閘室底板長16m，寬6m，厚1.5m。工作門槽和檢修門槽間設有胸墻，胸墻頂高程53.20m，底高程45.00m，厚40cm，并設上、中、下三道橫梁，以加強胸墻整體強度。工作門槽下游設擋土墻，擋土墻頂高程53.20m，底高程45.00m，擋土墻底板厚1m，與閘墩整體澆筑，泄水洞左邊墩為扶壁式擋土墻結構，踵板長8m；右邊墩為直墻式。泄水洞方涵直線段長27m，后接轉彎段，轉彎半徑為15m，圓心角42.17°，伸入消力池內1m。

3 支流改建工程

由于石佛寺水庫工程的興建，遼河上的拉馬河、勝利河、西小河、萬泉河等支流受到影響，需加以改建、整治。

3.1 拉馬河及勝利河改建工程

拉馬河位于遼河右岸，其入遼河口在南地與右副壩相交于樁號R30+000.000處。受水庫設計水位回水的控制，原有堤防需加高加厚，同時作為水庫的一部分，按副壩標準設計，拉馬河堤壩改建段長約2.674km。

為保證右副壩封閉，修建拉馬河支流勝利河，將其左岸加高，滿足水庫設計洪水的回水要求，此區段共長3.4km，按4級堤防標準修建，納入右副壩中。

3.2 西小河改道及萬泉河整治

由于攔河主壩的建成，使左岸原單獨入遼河的西小河，不能再單獨進入遼河。因而需要將西小河改道并入萬泉河，并對萬泉河進行整治，使其成為主干，將四條支流即西小河、萬泉河、羊腸河、長河統一為同一個入河口，在主壩下游匯入遼河，以減輕大壩防洪壓力。其中西小河改道段長5177m，萬泉河整治段長約2700m。

4 交叉建筑物改建工程

在水庫修建之前，淹沒區范圍內建有許多民生工程。為了滿足人民群眾的生活用水、用電及排污要求，原有的多座提水、排水泵站、輸電線路、穿堤涵閘等建筑物，由于水庫的興建都將被搬遷或改建。在力求節省投資和滿足居民生活要求的前提下，針對不同的建筑物進行了不同處理方案的論證。交叉建筑物具體設計處理方案見表2。

表2 交叉建筑物設計處理方案

5 交通工程及水庫管理局布置

5.1 對外交通

石佛寺水庫樞紐區段內的203國道，是對外交通的主要通道。其與樞紐在大丁家泡處與主壩相交，由于左右副壩利用原遼河大堤，副壩對外交通共設12個交叉段，與相鄰公路相接，引路段共長4.0 km，主、副壩無對外交通要求。

由于西小河改道把203國道切斷，需新建交通橋一座，長64m。同時，為管理和便民需要建一座便橋跨西小新橋，橋長40m。為右副壩交通連接，陳平堡至南山穿越拉馬河修建交通橋一座，長約50m。

5.2 內部交通

樞紐內部交通，主要利用主、副壩壩頂。主、副壩壩頂設計寬度均為6.0m，路面為泥結石和部分瀝青混凝土路面。長度共約42.60km，能夠滿足內部交通要求。

5.3 水庫管理局工程

為方便職工生活和庫區管理工作的開展，水庫管理局分設二處，管理局機構設置在沈陽市渾南區，壩址附近設有水庫前方管理所。共占地35畝，建筑面積8165m2。

6 結 語

石佛寺水庫與左側支流上的清河、柴河、南城子、榛子嶺四座水庫及區間堤防共同組成遼河干流防洪體系，從而將壩址以下遼河的防洪標準由原來的30年一遇提高到100年一遇。保護兩岸431.1萬畝耕地和235.4萬人及遼河油田、京沈鐵路、京沈高速公路等重要工礦企業和基礎設施，遠景擔負“北水南調”工程反調節任務。為此選擇適當的樞紐布置方案將解決遼干防洪問題。調節本流域徑流，并滿足“北水南調”工程的反調節任務要求。

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[5] 朱江,田景元.獅泉河水電站樞紐布置方案研究[J].水力發電，2008(12).

Exploration of Shifosi Reservoir hub layout

AI Hongzhi

(Liaoning Shifosi Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110180, China)

In the paper, many plans of Shifosi Reservoir hub layout are selected. The hub layout has the key point of arranging sluice gates and discharge tunnels. In the paper, plan ① will be adopted according to comparison of two plans. The gate is arranged on the main river channel, which is on the right of river blocking main dam. The discharge tunnel is set on the left of the sluice gate. Shifosi Reservoir hug layout project is finally determined through project design of tributary renovation and crossed building renovation.

hub; main dam; sluice gate; arrangement

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.019

TV62

B

2096- 0131(2016)06- 0063- 05