涵管導流在陽霞水庫初期導流設計中的應用

楊恒陽

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

施工導流作為水利工程建設施工中的一個重要組成部分，其方案的合理性將直接影響到施工安全、施工進度以及工程投資等多個方面，設計時須給予高度重視。施工導流可劃分為分期圍堰導流和一次攔斷河床圍堰導流兩種方式，同時，與之相配合的導流方式依據過流建筑物型式的不同分為明渠導流、隧洞導流、涵管導流、以及施工過程中的壩體底孔導流、預留缺口導流和不同泄流建筑物的組合導流等型式[1-2]。

分期圍堰導流因其需設置縱向圍堰，對工程區場地條件要求較高，多用于河床較寬、建筑建構復雜的大中型工程；對于河道狹窄、場地條件較差的中小型工程則多采用一次攔斷河床圍堰導流。相較于明渠、隧洞等泄水建筑物，涵管導流因受限于涵管自身體型尺寸及過流能力在實際工程中應用較少。本文結合陽霞水庫初期導流設計論述涵管導流的特點及適用條件，旨在為類似工程的設計提供借鑒和參考。

1 工程概況

陽霞水庫位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州輪臺縣境內，為陽霞河流域控制性樞紐工程，工程主要任務為灌溉、防洪。陽霞水庫工程為Ⅲ等中型工程，水庫總庫容1782萬m3，主要建筑物包括瀝青混凝土心墻砂礫石壩、溢洪洞和導流兼泄洪沖沙洞。瀝青混凝土心墻砂礫石壩最大壩高87.5 m，為2級建筑物，其余永久建筑物等級均為3級，臨時建筑物等級為5級。

鑒于河道狹窄，不具備分期圍堰導流的條件，因此本工程采用一次攔斷河床圍堰導流。選用土石圍堰，上游圍堰采用澆筑式瀝青混凝土心墻防滲，堰頂寬度10 m，上游邊坡1∶2.5（同大壩），下游邊坡1∶1.5。由于陽霞河實測水文資料年限不足20年，依據相關規范本工程導流標準定為20一遇洪水，經調洪計算確定上游圍堰堰頂高程為1423.5 m，最大堰高42.5 m。上游圍堰同大壩完全結合布置，背水面坡腳距離大壩心墻軸線約35 m。

工程計劃工期42個月，第一年7月開工，第四年12月完工。經分析大壩上游圍堰在一個枯水期能夠施工完成，依據建筑物布置型式，結合工程施工進度安排，本工程導流劃分為初期導流和后期導流兩個時段：

初期導流：第二年10月至第三年3月，該期間主要進行上游圍堰施工；

后期導流：第三年4月至導流洞下閘蓄水，該期間主要進行大壩填筑施工。

2 初期導流設計

2.1 導流方式比選

由于導流洞為永臨結合布置，其進口底板高出河床約15 m，同時，導流洞進口距離上游圍堰較近，用于布置截流堤的場地較為局限，且初期導流時段內對應的河道五年一遇的月平均流量僅為2.94 m3/s。出于施工安全、施工進度及經濟性方面的考慮，依據過流建筑物的不同，本工程進行了初期導流時段導流方式的比選，具體如下：

2.1.1 導流洞過流

初期導流采用導流隧洞過流時，由于下泄流量較小，水深未淹沒洞口，過流條件近似為無坎寬頂堰，因此采用堰流公式[3]（公式1）計算截流堤前相應水位，從而確定截流堤堤頂高程，相關計算參數及成果詳見表1。

式中：Q 為流量，m3/s；m為流量系數；B為孔口凈寬，m；g為重力加速度，9.8 m/s2；H0為包含行進流速在內的作用水頭，m。

表1 堰流計算參數特性表

由于庫內水流速度較小，可以忽略不計，由上表可知堰前水深為0.52 m，截流堤前水位為1405.52 m，考慮風浪爬高及安全加高，確定截流堤頂高程為1407.00 m，堤身最大高度18.1 m，堤頂寬度10.0 m，上游邊坡1∶3.0，下游邊坡1∶1.5。

初期導流時段流量較小，采用導流洞過流實際堰前水深僅為0.52 m，然而由于作為永久建筑物設計的導流兼泄洪沖沙洞進口底板高程較高，須抬高庫水位至導流洞進口底板高程以上方可形成泄流。一方面導致截流堤高度加大，相應填筑工程量較大，工程投資較高；另一方面截流后期龍口處上下游水位差較大，截流難度及風險相應增加；同時，截流后上游圍堰施工期間，截流堤前水頭始終保持在16 m以上，由于截流堤填筑未經嚴格碾壓密實，長期在高水頭作用下基礎及堤身滲流量較大，截流堤發生滲流破壞風險較高，嚴重影響到施工進度、危及施工人員安全。

2.1.2 導流涵管過流

初期導流采用導流涵管過流時，由于本工程天然河道較為狹窄，用于布置導流涵管的場地相對局限，因此選用管徑1.5 m單根預制涵管進行導流，采用管流公式[3]（公式2、3）進行水力計算，求得相應進口水頭，從而確定截流堤堤頂高程，相關計算參數及成果詳見表2。

式中：Q為流量，m3/s；μc為管道系統流量系數；A為管道斷面面積，m2；g為重力加速度，9.8m/s2；H0為包含行進流速在內的作用水頭，m；λ為管道系統沿程損失系數；l管道計算段長度，m；d為管道內徑，m；ξ為管道系統局部損失系數。

表2 管流計算參數特性表

由于庫內水流速度較小，可以忽略不計，由上表可知導流涵管進口水深為8.37 m，截流堤前水位為1396.37 m（該方案截流堤位置處河床高程為1388.00 m），考慮風浪爬高及安全加高，確定截流堤頂高程為1397.50 m，堤身最大高度9.5 m，堤頂寬度8.0 m，上游邊坡1∶3.0，下游邊坡1∶1.5。

采用涵管導流由于截流堤高度降低，工程量減小，工程投資（計入導流涵管部分投資）相比于導流洞過流方案有所降低；另一方面，截流堤前最大靜水水頭僅為8.37 m，且僅當對應五年一遇標準時才出現，大大降低了截流難度和截流風險，同時減小了截流堤發生滲流破壞的風險，提高了施工安全保障；另外，由于采用預制涵管，涵管鋪設施工速度較快，可有效加快施工進度，為上游圍堰及早施工創造條件。

表3 初期導流方案比選成果表

基于上述比選成果，本工程初期導流選用涵管導流方式。

2.2 涵管導流設計

結合壩址區河道地形條件，導流涵管布置在天然河道左岸，自截流堤上游坡腳外延伸至上游圍堰下游坡腳外，其出口位于大壩防滲體上游側，距離大壩心墻軸線約30 m，導流涵管未穿越大壩防滲體。

導流涵管全長226 m，縱坡i=3%，上游側進口處設置一道預制混凝土疊梁門用作后期封堵，孔口尺寸1.5 m×2.0 m。導流涵管選用直徑1.5 m承插式鋼筋混凝土預制管，單節長度2.0 m。導流涵管底部設置0.5 m厚C25現澆混凝土管座。

截流堤頂寬8.0 m，堤頂高程1397.50 m，最大高度9.5 m，采用砂礫石填筑，迎水面采用粘土閉氣，上游邊坡1∶3.0，下游邊坡1∶1.5。根據工程施工條件、水文條件，本工程截流采用單戧堤立堵方式，考慮從左岸向右岸單向進占，龍口設置在河道右岸。

上游圍堰施工完成后開始導流涵管封堵工作，首先將進口預制混凝土疊梁門下放，采用高壓水進行管壁沖洗，清除管底沉積泥沙，再由出口泵送C25混凝土進行回填密實即可。

3 結語

涵管導流（尤其是鋼筋混凝土預制管）具有工程規模小、技術成熟、施工速度快、施工工藝簡單、工程投資小、施工風險較低等特點，較適用于施工場地條件較差、河道狹窄且河道天然來流量較小的工程。

本工程針對河道狹窄、施工場地條件較差且來流量較小的深山峽谷型水庫通過合理劃分導流時段、選擇適宜的導截流方案，有效避開因場地狹窄導致的施工布置局限，降低了施工風險，加快了施工進度，同時節約了工程投資，為類似工程的施工導流設計、施工提供借鑒和參考。