小型水庫工程施工導流設計規劃與實踐

韓敏

摘 要：工程規劃設計階段，結合水庫工程特性和庫區水文地質等條件，對施工導流關鍵技術問題進行了詳細分析論證，并結合導流流量計算成果，提出了合理的施工導流方式和導流建筑物設計方案，為工程順利優質施工建設提供重要的技術指導。

關鍵詞：施工導流；導流時段；導流流量；堵頭

中圖分類號：TV62 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0099-02

1 工程概況

貴州某水庫工程，其規模屬于IV等?。?）型，相應的主要建筑物為IV等4級建筑物，根據《水利水電工程施工組織設計規范（SL303-2004）》及導流建筑物級別劃分，相應的導流臨時建筑物為5級建筑物，導流擋水及泄水建筑物的設計洪水標準按P=20%的頻率流量進行設計。

2 導流時段導流流量

水庫屬雨源型山區河流，參照當地氣象站1959～2013年55年的觀測資料：最大一日降水量超過100mm的有12年。歷年一日最大降雨量為147.6mm（1960年5月18日），最小日暴雨31.5mm（1981年5月19日）。年最大一日降水量多發生在5～8月，占全年的80.37%，尤以6、7月份發生暴雨的機率較多，分別是31.37%、19.61%，個別年份出現在4月，占3.92%。

因此導流時段宜在枯季選擇，若采用全年導流，勢必增加導流建筑物的投資[1]。結合施工洪水成果，考慮施工總進度安排、導流工程量、度汛方式等，施工時段選擇在11月-3月，相應的5年一遇導流設計流量Q=4.72m3/s。

3 導流方式

由于受地形條件限制，結合水文資料，將采用河床一次攔斷、導流明渠+隧洞導流方案將枯期洪水引至地下溶洞下游，從而為溶洞上游段施工創造良好的施工場地。具體導流程序如下：

（1）第一年9月1日至9月底完成明渠段施工。9月20日至10月中旬完成導流隧洞的施工，期間洪水沿原河道通過溶洞下泄。

（2）待導流明渠及隧洞完工后隨即進行擋水圍堰堰體填筑，

于10月底完成圍堰施工。河流改變流向，洪水由導流明渠和隧洞下泄。第一年11月初進行溶洞封堵體施工。

（3）第二年3月中旬完成溶洞封堵工程以及生態放水管的施工，隨即對導流隧洞進行灌漿封堵，第二年5月底完成庫區帷幕灌漿工程施工，于第二年6月初開始正常蓄水。

4 導流建筑物設計

4.1 導流建筑物設計計算

（1）導流建筑物擬定及水力學計算

導流建筑物為明渠+隧洞，布置于右岸，明渠長120.9m，進口底板高程1136.50m，末端高程為1136.27m，底坡2‰，經圓弧段后接隧洞進口，隧洞進口底板高程為1134.96m，出口接地下溶洞0+128樁號下游17.25m處，底板高程為1110.46m，底坡24.8%。根據壩址11月-3月、5年一遇洪水為Q=4.72m3/s，在無壓流條件下，進行水力學計算。

明渠段過流能力計算：Q=AC■。式中：Q-設計規定的最大流量（m3/s）；A-水流的斷面面積（m2）；C-謝才系數；R-水力半徑，m，等于A與濕周的比值；i-底坡，i=0.2%。經計算得導流明渠過水斷面為矩形，斷面尺寸為1.8×2.0m（底×高），過水高1.5m。

隧洞段泄流能力計算：由于該隧洞底坡較陡，需采用能量方程，用求和法計算。根據計算隧洞的下泄洪水最大水深為0.86m，斷面型式為城門洞型，斷面尺寸選擇隧洞最小斷面尺寸1.5×1.8m（寬×高）。

（2）結構設計

導流明渠：KS0+000.0～KS0+086.8樁號段導流明渠為矩形斷面，斷面尺寸為1.8×2.0m（寬×高），明渠側墻為M7.5漿砌石，內邊坡坡度0，外邊坡為1：0.3，頂寬0.3m，底寬0.9m，底板澆筑0.2m厚C20混凝土；KS0+086.8～KS0+120.9樁號段明渠開挖基礎較深，基巖出露，為減少漿砌石工程量，節省投資，加快工期，該段明渠利用開挖斷面，不再砌筑漿砌石擋墻，覆蓋層開挖邊坡1：1，基巖開挖邊坡1：0.3。

導流隧洞：隧洞為城門洞型，斷面尺寸為1.5×1.8m（寬×高），過流斷面面積2.52m2，頂拱中心角112.89°，頂拱半徑0.9m。根據隧洞地質條件，導流洞段圍巖為III～IV類，由于該隧洞為臨時導流隧洞，故本階段只考慮對IV類圍巖進行噴錨支護，噴混凝土10cm。

4.2 圍堰設計

（1）圍堰結構形式的選擇

考慮該工程圍堰高度小，填筑量少，且土石圍堰堰體可利用明渠開挖的土石渣來填筑，具有施工方法簡單、就地取材、施工工期短等優點，并要求圍堰具有一定的抗沖能力，故選擇粘土心墻土石圍堰為該工程圍堰結構形式。

（2）圍堰設計

根據導流建筑工程的級別及導流建筑物結構型式，圍堰設計洪水標準為P=20%，相應擋水流量 Q=4.72m3/s，通過導流洞下泄時，對應上游水位1138.0m，考慮波浪在堰坡上的爬高、波浪以上安全超高和風力作用水位雍高后，確定圍堰設計頂部高程為1139.0m，頂寬3.0m，底寬11.7m，堰頂長度50.5m，最大堰高2.9m，上、下游邊坡均為1：1.5，圍堰采用粘土心墻防滲，心墻頂寬1.6m，底寬3.76m。

4.3 導流洞堵頭設計

由于本工程生態放水設施方案為在導流洞內埋管方案，在導流隧洞內埋一根DN200PE管，將水引到K1溶洞堵洞體下游，通過K1溶洞下放生態水。導流隧洞將采用C15砼全斷面封堵，洞頂采用充填灌漿。因此不再作導流洞堵頭設計。

5 導流工程施工

5.1 導流明渠施工

（1）導流明渠開挖

導流明渠開挖首先進行測量放線，然后采用挖掘機清除覆蓋層，遇到巖石部分采用YT-25型手風鉆鉆孔，人工裝藥，周邊光面爆破施工。出渣采用pc200挖機裝渣，5t自卸汽車運輸出渣，棄石渣運至上下游圍堰左岸河床，集中堆放，作上下堆石圍堰回填用料。endprint

（2）M7.5漿砌石施工

在明渠開挖完成后，及時進行工作面的清理，砌筑前，應在砌體外將石料上的泥垢沖洗干凈，砌筑時保持砌石表面濕潤。然后開始砌筑，塊石在料場采用人工爆破，人工篩選，由PC200挖掘機裝5t自卸汽車運至施工點，水泥由石阡縣供應。M7.5漿砌石砌筑由人工砌筑，水泥砂漿拌和采用0.25m3磨盤式拌和機拌和。

（3）C20砼施工

在明渠開挖完成后，及時進行工作面的清理，砌筑前，先鋪設0.1m厚碎石墊層，再進行C20砼施工，由JCZ200型拌合機進行混凝土拌制，人工配合膠輪車入倉。

5.2 導流隧洞施工

（1）施工道路布置

擬建1#施工公路至導流洞，公路寬4.5m，長0.44km。

（2）導流隧洞洞身開挖

由于隧洞斷面尺寸較小，洞身開挖將采用全斷面光面爆破施工，鉆孔機械選用YT-25型手風鉆，單鉆鑿孔，人工裝藥，電動氣爆，徑向超挖值和開挖巖面的起伏差按不超過15cm控制。

由于隧洞坡度達到24.8%，坡度較陡，農用三輪車無法出渣，出渣方法為在洞子內鋪設0.6m寬礦車軌道，0.75m3曲軌側卸式礦車由JM5T型卷揚機拉升至洞口集渣，5t自卸汽車運至棄渣場，運距1.1km。

（3）噴錨支護

導流隧洞IV類圍巖段需要進行噴錨支護，以加強圍巖穩定。噴混凝土采用BW200/400型混凝土噴射機施工，原材料由農用車運至工作面，每次噴3～5cm。錨桿采用YT-25型手持式風鉆鉆孔，錨桿的孔軸方向應垂直于開挖面。

（4）施工除塵及通風換氣

導流隧洞長117.7m，為保證施工質量及工作環境，考慮在洞口布置通風設備進行壓入式強制通風。

（5）導流洞封堵

導流隧洞封堵時，在導流洞進口設置簡易圍堰，混凝土在洞外拌合，小型拖拉機運至工作面。

5.3 圍堰施工

（1）土石開挖

用挖掘機挖掘心墻部位的覆蓋土，5t自卸汽車運至渣場，用人工清除殘余部分，直至挖到基巖。

（2）圍堰填筑

土石圍堰體填筑時，考慮利用明渠開挖料，粘土芯墻料就近挖取。堰體填筑采用10t自卸汽車運料，倒退法卸料，推土機平倉，灑水后，16t碾壓機碾壓。

（3）基坑排水

圍堰形成后，須將基坑內的積水排除，以形成干地施工。根據壩址處河床地形特點，初期排水設備選用2臺IS65-40-250型離心泵（1備1用）便可滿足抽排要求，水泵安放在下游圍堰上，直接將基坑內的水排至導流明渠沿隧洞排至下游河床。

（4）圍堰拆除

圍堰拆除時直接使用PC200挖掘機裝10t自卸汽車運至棄碴場堆放。

6 結束語

施工導流是水庫工程施工組織設計研究的主要內容，同時也是控制整個施工工期進度的核心路線，貫穿于整個工程施工全過程。本文緊密結合水庫工程特性、水文氣象條件等，對工程施工導流標準、導流時段、導流流量和導流建筑物優化設計方案進行了詳細分析研究，確保施工導流具有較高安全可靠性和節能經濟性。

參考文獻：

[1]鄭守仁，王世華.導流截流及圍堰工程[M].中國水利水電出版社，2005.

[2]鮑海霞.水庫壩型優化比選及施工導流研究[J].科技創新與應用，2016（27）：246.

[3]董澤剛.登盆水庫工程施工導流及大壩主體工程施工設計[J].科技創新與應用，2016（33）：234.endprint