馱英水庫工程施工導流設計

王志飛

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

馱英水庫為廣西左江治旱馱英水庫及灌區工程的龍頭供水水庫。樞紐工程由攔河土石壩、右岸溢洪道、右岸河道電站發電引水隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸灌溉發電引水系統、渠首電站廠房、壩后河道電站廠房及升魚機系統等建筑物組成。

攔河壩為瀝青心墻堆石壩，攔河壩壩頂高程為233.2 m，壩頂防浪墻頂高程234.4 m，最大壩高為72.2 m，壩頂總長為225 m，壩頂寬8 m，上游堆石區在207.8 m 高程以上坡比為1∶2.25，207.8 m 高程以下坡比為1∶2.5，在207.8 m 高程（堰壩結合部分）設寬32.5 m的平臺；下游壩坡坡比為1∶1.9。

溢洪道布置在大壩右岸岸坡上，溢洪道總長440.46 m，其中進水渠長158.36 m，底板高程為213 m；溢洪道控制段長29.5 m，堰頂高程為213 m，共設3 孔寬頂堰溢洪，每孔溢流堰設1 扇弧形鋼閘門控制；控制段后接泄槽陡坡段和挑流消能鼻坎段，溢洪道采用挑流消能。

泄洪隧洞采用與施工導流隧洞相結合布置的型式，布置在壩址右岸山體內，泄洪隧洞全長541.5 m。其中隧洞進口段長37.5 m，采用岸塔式短壓力進水口型式，設1扇下閘蓄水擋水閘門控制，導流期間進水口底檻高程176 m，導流結束后利用下閘蓄水擋水閘門擋水對進水塔進行改造，將底板高程從176 m澆筑至181 m，以滿足泄洪要求，并在塔內設1 扇弧形鋼閘門和1扇平板檢修門。隧洞橫斷面采用城門洞型，斷面尺寸為8 m×10.5 m（寬×高），洞段長457 m，設計縱坡1%，泄洪隧洞出口采用挑流消能，長47 m。

2 水文、地質條件

2.1 水文

馱英水庫所在公安河流域降雨空間分布不均，向西北方向漸減，區域各河流徑流主要由降雨形成，徑流特性與降雨基本一致，每年5～10月為豐水期，11 月～翌年4 月為枯水期，豐水期徑流量占全年80%以上，枯水期徑流量僅占20%，最枯月平均流量常出現在每年的12 月～翌年3 月，其中尤以2月份最枯。

壩址各施工時段設計洪水成果見表1。

時段全年9月15日～次年6月15日11月1日～次年6月15日11月1日～次年3月11月1日～次年2月流量/（m3/s）P=1%5120 P=2%4390 P=5%3410 1417 1083 38 P=10%2670 958 710 295 20%1950 667 525 178 172.4

2.2 地形、地質條件

壩址河谷為“V”型谷，水面寬20.5～52 m，河道平直，河床高程163.4～166.4 m 左右。河床沖積漂卵礫石層厚0～1.7 m，兩側河漫灘不發育，壩址兩岸山體不對稱。其中右岸較單?。ㄆ淇亢右粋葘頌閹靺^），右岸山頭高程293.6 m，岸坡較陡，自然坡度30°～45°；左岸較雄厚，左岸山頭高程303.6 m，自然坡度為30°～45°不等。

壩址覆蓋層主要有第四系沖積層和殘坡積層。沿岸邊、沖溝以及局部岸坡見基巖出露，兩岸山坡殘坡積層均較薄，為0～3.2 m，右岸相對較厚。壩基巖層的巖性組合特征是粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和砂巖呈夾層或互層狀，巖體為層狀巖體，發育的結構面主要有層面、裂隙面、軟弱夾層。

3 導流標準與導流時段

3.1 導流標準

馱英水庫屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，攔河壩為2 級建筑物。根據《水利水電工程施工導流設計規范》（SL623-2013）規定，大壩導流建筑物為4級。根據規定，當圍堰為土石結構、級別為4 級時，圍堰設計洪水標準為10～20年，根據本工程具體條件，上、下游橫向圍堰均采用土石圍堰，導流建筑物的設計洪水標準選用10年一遇。

3.2 導流時段

根據本工程的特點，結合施工進度安排，對大壩導流時段比較了枯水期導流和全年導流兩個方案。

（1）方案一：枯水期導流方案。第一個枯水期主要是完成大壩清基、基礎灌漿以及壩后廠房基礎開挖、基礎澆筑以及汛前保護工作，工期約為5 個月。經比較后選擇了枯水期11 月1 日～次年3 月31 日為導流時段，該時段10 年一遇的洪水流量為295 m3/s，通過導流隧洞導流時上游壅高水位為182.50 m，相應圍堰高程為184 m。汛前拆除大壩圍堰，二枯時重新填筑大壩圍堰。根據施工進度安排，第二個枯水期大壩無法上升至壩頂，汛期須采用壩體臨時斷面擋水，利用溢洪道、泄洪洞和導流隧洞聯合泄洪。為滿足施工度汛要求，大壩須在汛前施工至216 m 高程以上，施工工期約為9 個月。經比較后導流時段選擇9月15日～次年6月15日，相應10 年一遇的洪峰流量為958 m3/s，經調洪計算上游壅高水位為191.85 m，相應圍堰高程為193.5 m。二汛過后利用壩體擋水，導流隧洞導流，繼續壩體填筑和廠房施工，三汛前完成。

（2）方案二：全年導流方案。采用全年10年一遇的洪水標準，相應洪水流量為2670 m3/s，經調洪計算上游壅高水位為205.83 m，擋水圍堰高程為207.5 m。為節省圍堰投資，采用土石結構、堰壩結合的型式。

經比較，方案二導流費用比方案一節省約160萬元，方案二總工期比方案一減少約8個月，發電提前了9個月，發電效益增加約760萬元，推薦采用全年導流方案。

4 導流方式與導流程序

4.1 導流方式

壩址處河谷為“V”型，兩岸山勢陡峭，河流狹窄，屬峽谷型水庫，根據本工程的地形地勢特點，采用一次攔斷河床、隧洞導流的導流方式。

4.2 導流程序

一枯時先施工導流隧洞，一個枯水期內完成，在導流隧洞施工期間，同時進行右岸溢洪道開挖、河道電站發電引水隧洞進口及洞身施工，汛前完成導流隧洞的施工；二枯10 月下旬截流，填筑大壩上下游全年土石圍堰，全年施工大壩、壩后電站廠房及河道電站發電引水隧洞出口段、溢洪道和升魚機；至第四年1 月初時下閘蓄水，在蓄水期間，施工泄洪洞進口溢流堰和工作閘門、出口消能工，汛前完成壩區主體工程施工。

5 導流建筑物設計

5.1 導流隧洞

5.1.1 導流隧洞布置

大壩上游為轉彎河段，左岸為凹岸，右岸為凸岸。右岸洞軸線可布置成直線與下游河道銜接，洞線長約500 m。左岸洞線進口需避開與灌溉發電引水隧洞的干擾且比右岸洞線長出1 倍多，右岸洞線布置條件優勢明顯，導流隧洞洞線選擇沿右岸與泄洪洞結合布置，洞軸線與壩軸線呈39.21°交角。為使運行期泄水水流具有較好流態，泄洪洞與導流隧洞的結合考慮有不共用進水口與共用進水口結合兩種方案。

（1）方案一。不共用進水口方案。泄洪隧洞與導流洞分別采用不同的進水口，按高低布置。將泄洪洞在平面上布置成直線，泄洪洞進口布置在壩址上游右岸，進口高程194 m，平面長77.432 m，呈“龍抬頭”型式布置；導流隧洞進口段在泄洪洞上游偏轉24.5°布置，長122.8 m。導流隧洞洞身及出口段與泄洪洞結合，洞身段長367.2 m，城門洞型，寬為8 m，洞高10.5 m。在下閘后將導流隧洞前半段封堵，出口加設挑坎作為泄洪洞消能設施。

（2）方案二。共用進水口方案。泄洪隧洞與導流洞共用進水口，只設一條洞，前期為導流隧洞，后期改建成泄洪洞。導流隧洞進口高程176 m，與泄洪洞共用進口放水塔，洞長457 m，城門洞型，寬為8 m，洞高10.5 m。下閘后在進口段加設5 m高溢流堰，同時安裝工作弧門，出口加設挑坎作為泄洪洞消能設施。各方案優缺點、工程量及投資比較見表2。

方案優點缺點主要工程量及投資方案一（不共用進水口方案）1.兩個進口可以同時施工，施工干擾小，泄洪洞進口較高，不受洪水影響，施工相對安排寬松；2.隧洞進口底，減少截流難度。1.泄洪洞反弧末端與導流隧洞連接的地方施工非常復雜，安全風險大，而且反弧段為斜井，施工相對復雜，施工緩慢；2.后期需對導流隧洞封堵，增加封堵閘門和封堵工程量。土石方開挖20萬m3，混凝土7.1萬m3，鋼筋0.29萬t，閘門512t，圍堰填筑27.9萬m3，投資12 207萬元。方案二（共用進水口方案）1.隧洞較短，減少隧洞開挖工程量；2.平洞開挖，施工方便；3.進口底高程高于施工水位，減少了進口導流圍堰；3泄洪水流條件好。1.進口抬高，增加截流時水流落差，增加截流工程量；2.布置相對擁擠，放水塔高度增加了18 m。土石方開挖18.7萬m3，混凝土6.2萬m3，鋼筋0.24萬t，閘門586t，圍堰填筑25.3萬m3，投資11 259萬元。

在布置方面，兩個方案均能滿足工程布置要求，都采用永臨結合的方式，節省了工程投資，且出口均需要后期在導流洞基礎上加設挑坎消能。在施工方面，方案一“龍抬頭”段為反弧段，施工復雜，末端與導流隧洞連接部位施工難度更大，安全風險大，方案二隧洞均為平洞開挖，施工出渣較簡單。在投資方面，方案二比方案一節省948 萬元。盡管方案二抬高的隧洞進口，增加了截流落差，但截流流量較小，截流時流速不大，采取一定的防護措施可滿足截流要求。綜合考慮，方案二比方案一更優，推薦采用共用進水口方案，即導流洞與泄洪洞共用一個進水口，只設一條洞，前期為導流隧洞，后期改建成泄洪洞。

5.1.2 導流隧洞洞身

根據導流隧洞的地質條件、受力條件及使用條件等，對導流隧洞圓型和城門洞型兩種斷面型式進行了比較。

本工程處在山區河流，洪水暴漲暴落，洪峰歷時較短，根據現有水文資料統計，在導流期間，只發生過4次超標準洪水，平均每次歷時5 h?？紤]導流隧洞過流時為有壓流次數較少，且歷時時間短，有壓流對洞室圍巖穩定影響較小。同時城門洞型底部平整、施工方便，有利于截流。在同樣過流能力條件下，城門洞型投資相比圓洞更省。推薦導流隧洞為城門洞型。

導流隧洞洞身總長457 m，縱坡為1%，隧洞寬為8 m，洞高10.5 m，其中兩側直墻段高8 m，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.8～1 m。在拱頂及兩側邊墻打排水孔，以減小外水壓力。隧洞進口布置進水塔，底板高程為176 m，設一扇平板工作閘門，閘門孔口尺寸為8 m×10.5 m。導流隧洞出口高程為171.43 m，出口接消力池，消力池總長83 m，寬8～13.5 m，深1.43 m，池底高程170 m。

5.2 大壩上、下游圍堰

大壩圍堰擋水標準采用全年10年一遇，相應洪峰流量為2670 m3/s 時，調洪后堰前水位為205.83 m，最大下泄流量為1260 m3/s，相應下游水位為175.2 m。大壩上游圍堰采用堰壩結合的型式，上游圍堰頂高程為207 m，最大堰高43.5 m，堰頂寬7 m，堰體防滲采用斜墻和土工膜防滲，斜墻采用風化土填筑，頂寬2 m，底部寬度一般大于12 m，斜墻迎水側邊坡采用1∶2.5，坡面結合永久壩面要求采用干砌石防護，干砌石厚0.5 m，其下設置一層0.5 m厚的砂礫石反濾料；斜墻背水側通過1∶2.3 的邊坡與堰體渣料區相接，之間設置一層0.5 m 厚的砂礫石過渡料銜接。為節省導流費用，圍堰渣料區利用開挖渣料填筑，下游堰體與壩體堆石結合，臨時坡比為1∶1.5?；A采用開挖截水槽回填粘土防滲。

大壩下游圍堰頂高程為176.5 m，最大堰高11.5 m，堰頂寬7 m，迎水面坡1∶2.5，背水坡1∶2。下游圍堰采用開挖出來的土石混合料填筑，迎水面采用塊石護坡，護坡厚0.5 m。基礎采用開挖截水槽回填粘土防滲。

大壩施工導流布置圖見圖1，大壩上游圍堰典型剖面圖見圖2。

圖1 大壩施工導流布置圖

圖2 大壩上游圍堰典型剖面圖

6 施工度汛

大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，大壩及廠房采用全年圍堰擋水施工，擋水標準為全年10 年一遇，相應洪峰流量為2670 m3/s，上游圍堰采用堰壩結合型式，堰頂高程為207 m。根據施工進度安排，大壩圍堰填筑后的第一個汛期利用全年圍堰擋水施工，根據施工進度安排，一汛前壩體填筑至173.5 m，壩體填筑高程低于大壩上游圍堰，汛期度汛標準采用全年10年一遇，汛期利用導流洞泄洪。在二汛來臨前（5月底前）施工完成大壩全部工程、泄水建筑物，此時壩體攔洪總庫容約2.3 億m3，大壩級別為2 級，根據《水利水電工程施工導流設計規范》SL623-2013 相關規定，壩體度汛洪水標準采用全年100 年一遇，相應洪峰流量為5115 m3/s，經調洪計算，度汛上游水位為228.27 m，最大下泄流量為4202 m3/s，度汛期間，利用溢洪道與泄洪洞聯合泄洪。

7 結語

本工程充分利用大壩地形條件和主體建筑物布置，經過導流時段和隧洞布置方案比較，選擇了全年導流時段，導流洞與泄洪洞結合共用進水口方案，并通過大壩上游圍堰和大壩主體相結合，縮短了施工工期，節省了導流工程投資，降低了施工難度，提高了施工安全。馱英水庫工程于2017 年12月開工建設，根據設計的施工導流方案，目前大壩已填筑完成，取得了預期的效果，對同類水庫工程的施工導流方案提供一定的借鑒意義。