雷塬水庫施工導(dǎo)流方案比選分析

黃 婷，武小龍，鄒 森

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001）

1 工程概況

雷塬水庫地處陜北黃土高原銅川市宜君縣城境內(nèi)雷塬河下游，距雷塬河與洛河交匯口約1.5 km。工程開發(fā)任務(wù)主要為：在滿足工程斷面下游河道生態(tài)基流情況下，給水庫周邊村鎮(zhèn)居民生活和農(nóng)業(yè)灌溉供水。水庫總庫容1896 萬m3，屬中型工程，工程等別為Ⅲ等。樞紐工程主要建筑物由攔河大壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪洞、取水工程浮船泵站等四部分組成，主要建筑物等級為3 級。

攔河大壩為均質(zhì)土壩，大壩壩頂高程729.5 m，防浪墻頂高程730.7 m，水庫正常蓄水位726.0 m，最大壩高65.5 m，壩頂長度345.0 m，壩頂寬8.0 m，最大壩底寬度374.8 m。

2 水文地質(zhì)條件

雷塬河流域所處地區(qū)屬大陸性溫帶半干旱季風(fēng)氣候，多年平均氣溫9.7℃，極端最高氣溫34.6℃（2006 年），極端最低氣溫-19.7℃（2009 年），最冷月平均氣溫-7.0℃，其中11 月～翌年1 月為最低溫度時段；多年平均降水量676.4 mm，全年雨量分布不均，年際間變化大，其中汛期7 月～10 月徑流量占年徑流量的59.8%，枯水期11 月～翌年2 月占12.6%，而量級和強度較大暴雨80%都發(fā)生在7 月～9 月。雷塬河流域的洪水由暴雨形成，暴雨特性和流域下墊面決定了該河的洪水陡漲陡落，峰型略瘦。由于流域面積較小，河槽調(diào)蓄能力差，一次暴雨形成一個洪峰，洪峰流量較大，在多雨季節(jié)形成漲落明顯的連續(xù)洪峰。

壩址處地貌類型以殘塬溝壑為主，呈“V”字型，基本對稱，河谷寬92.8 m，河谷底寬64 m～116 m，河床高程665 m～672 m，河床寬度約16 m～29 m；在壩址區(qū)左右兩岸沖溝均有發(fā)育，垂直主河道，支溝呈樹枝狀發(fā)育，兩岸以黃土狀壤土為主。左壩肩上部為土質(zhì)邊坡，壩頂高程以下為巖質(zhì)邊坡，形態(tài)完整，邊坡穩(wěn)定。右壩肩上部為濕陷性土層，濕陷等級為Ⅲ級（嚴重），壩頂高程以下基巖斜坡表層為碎石土。

3 導(dǎo)流標準

根據(jù)水庫庫容、工程等別及主要建筑物等級，按照《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL 303-2017）的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物按5 級設(shè)計，采用土石圍堰，相應(yīng)的洪水標準重現(xiàn)期為10 年～5 年。根據(jù)水庫所在流域臨近河流域水文站的多年（近60 年）水文實測資料，且汛期淹沒損失不大，因此本工程導(dǎo)流標準取下限，按洪水重現(xiàn)期5 年標準進行設(shè)計。

4 導(dǎo)流方案

壩址兩岸地形陡峭，根據(jù)地形條件、樞紐建筑物布置特點、施工進度安排及河道的洪水特性，采用河道一次攔斷、導(dǎo)流泄洪洞過流的導(dǎo)流方式，本階段（可行性研究）選取了兩個方案進行比較。方案一：全年圍堰導(dǎo)流方案；方案二：枯水期圍堰擋水、汛期高水圍堰與壩體結(jié)合的導(dǎo)流方案[1]。

4.1 兩種方案的共性

經(jīng)方案比選，泄洪洞布置在大壩右岸，為減少臨時工程量和投資，本著結(jié)合利用永久建筑物的原則，導(dǎo)流洞結(jié)合泄洪洞布置，施工期作為導(dǎo)流洞使用，且泄洪洞進口高程可滿足施工導(dǎo)流的高程要求，工程運行期為泄洪洞。導(dǎo)流泄洪洞屬永臨結(jié)合的建筑物，設(shè)計時按永久建筑物考慮，建筑物等級為 3 級[2-3]。

導(dǎo)流泄洪洞進口底板高程682.00 m，放水塔內(nèi)設(shè)有事故檢修閘門和工作弧門各一道，弧門孔口尺寸4 m×5 m（寬×高）。洞身段采用城門洞型，斷面尺寸6.0 m×8.2 m（B×H），長535 m，隧洞比降為 i=0.015， 鋼筋混凝土襯砌，DX0+000.00-DX0+020.00 厚度為0.8 m,其余厚度為0.6 m。隧洞洞身出口接挑流消能段，長32 m，挑流鼻坎側(cè)墻高度8 m。上游設(shè)45 m 長護坡段, 下游設(shè)置首寬為6 m 末端15 m 厚1.5 m 的C25 鋼筋混凝土護坡段防沖。導(dǎo)流泄洪洞總長535 m，最大下泄流量486.07 m3/s。

4.2 兩種方案的特性

4.2.1 方案一

上游圍堰采用全年不過水土石圍堰，設(shè)計洪水標準為全年5 年一遇（P=20%），相應(yīng)洪峰流量為151 m3/s；經(jīng)調(diào)洪計算，堰前水位683.7 m，堰頂高程685.0 m。

導(dǎo)流安排：第一年6 月～第二年11 月，利用原河道導(dǎo)流，進行導(dǎo)流泄洪洞施工，洪水標準為全年5 年一遇。

第二年12 月～第四年5 月，11 月初進行河道截流后，圍堰擋水，導(dǎo)流泄洪洞過流，進行帷幕灌漿，壩體開始填筑，設(shè)計洪水標準為全年5 年一遇。

第四年6 月～9 月，導(dǎo)流洞泄洪過流，壩體擋水，繼續(xù)壩體建筑，此時度汛標準為全年50 年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為747 m3/s，壩體填筑到壩頂高程。

大壩平均填筑強度：4496 m3/d，平均上升速度：4.8 m/月。

優(yōu)點：能夠保證基坑工作面不過水，施工干擾相對比較小，而且壩體施工強度均衡，在保證工期的前提下，壩體填筑質(zhì)量比較高。

缺點：圍堰基礎(chǔ)開挖量以及填筑量較大，不經(jīng)濟。

4.2.2 方案二

導(dǎo)流安排：第一年6 月～第二年10 月，利用原河道導(dǎo)流，進行導(dǎo)流泄洪洞施工，洪水標準為全年5 年一遇。

第二年11 月～第三年5 月，11 月初進行河道截流后，導(dǎo)流泄洪洞過流，低水圍堰擋水，上游低水圍堰采用5 年一遇（P=20%）洪水標準的枯水期（11 月至翌年5 月）不過水土石圍堰，設(shè)計流量Q=14 m3/s，經(jīng)計算，堰前水位680.25 m，堰頂高程682 m。進利用一個枯水期將壩體填筑至度汛水位20 年一遇（P=5%）洪水度汛高程685.3 m。

第三年6 月～第四年9 月，導(dǎo)流洞泄洪過流，上游全年圍堰與壩體結(jié)合，汛期壩體臨時斷面擋水，繼續(xù)壩體施工，此時度汛標準為全年50 年一遇（P=2%）洪水，相應(yīng)洪峰流量為747 m3/s。

大壩平均填筑強度：6036 m3/d，平均上升速度：7 m/月。

優(yōu)點：導(dǎo)流工程量小，永臨相結(jié)合，充分利用枯水期，比較經(jīng)濟。

缺點：①在短期內(nèi)完成壩基清除、灌漿、壩體填筑等工作，施工強度高，且不易保證工程質(zhì)量；②壩體與圍堰結(jié)合部分的技術(shù)處理難度較大；③高水圍堰迎水面度汛擋水需做防護相應(yīng)的措施，后期還需拆除，施工程序復(fù)雜。

兩種方案比選見表1。

表1 導(dǎo)流方案比較表

綜上，全年圍堰導(dǎo)流雖然工程量略大，但它的優(yōu)點也是顯而易見的；施工干擾小，壩體填筑的進度不受洪水影響，填筑強度低，填筑質(zhì)量容易控制；方案二雖然臨時工程量少，但上游壩體度汛斷面填筑必須在汛期前填筑完成，每個月必須填筑7 m左右，滿足攔擋20 年一遇洪水度汛高程，加之此處冬季寒冷，3 個月不能施工，施工進度難以保證，強度高，施工干擾大，壩體與圍堰結(jié)合部分填筑質(zhì)量也不易保證；且全年圍堰與低水圍堰僅差了3 m，因此，為了保證工期和施工質(zhì)量，本階段推薦方案：全年圍堰導(dǎo)流方案。

5 上、下游圍堰的布置

上游圍堰布置于壩址上游300 m 處，堰體填筑本著盡量利用當?shù)夭牧系脑瓌t采用粘土填筑。堰頂高程685.0 m，最大堰高13.56 m，圍堰頂寬8.0 m，堰體上游邊坡為1∶3，下游邊坡為1∶2.5。上游迎水面采用鉛絲籠塊石護坡，砌護厚度0.5 m。

根據(jù)導(dǎo)流洞出口位置水位流量關(guān)系曲線得出，下游圍堰堰前水位為666.7 m，考慮安全超高后，下游圍堰頂高程取667.5 m。堰頂軸線長32.5 m，最大堰高2.5 m，堰體上、下游邊坡均為1∶2.5。上游迎水面采用鉛絲籠塊石護坡，砌護厚度0.5 m。

6 結(jié)語

在水利水電工程建設(shè)中，施工導(dǎo)流貫穿整個施工過程，因此導(dǎo)流方式的選擇尤為重要。針對雷塬水庫所處的地質(zhì)條件及所屬流域的洪水特性，采用永臨建筑物結(jié)合，提出兩個可實施的導(dǎo)流方案進行詳細的比較分析，不僅從工程造價方面衡量，還要考慮工期、質(zhì)量、安全、施工強度均衡等因素，最終選擇出適合本工程特點，且盡可能發(fā)揮投資效益的全年圍堰導(dǎo)流方式，為同類同等工程選擇導(dǎo)流方式提供一定的參考價值。