龍?zhí)了畮鞂?dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑選擇方法

武小龍

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

1 工程概況

龍?zhí)了畮煳挥谒拇ㄊ錾揭妥遄灾沃蓰}源縣馬壩河下游峽谷出口段，為Ⅱ等大（2）型工程，總庫容1.45 億m3，壩后電站總裝機(jī)容量8200 kW。工程主要由混凝土重力主壩、副壩、引水洞、上下電站廠房和庫壩區(qū)防滲工程等組成。

導(dǎo)流洞位于大壩右岸，進(jìn)口布置于壩軸線上游約166 m處，出口布置于壩軸線下游約140 m 處，全長290.5 m。導(dǎo)流洞采用圓拱直墻型，洞身段長264.50 m，進(jìn)口高程2379.50 m，出口底板高程2377.0 m，洞底比降i=0.945%。出口明渠長12.2 m，采用C25 鋼筋混凝土襯砌。

上游圍堰堰頂高程為2397.20 m，圍堰頂寬7.0 m，堰頂軸線長44.50 m，最大堰高23.4 m。堰體主要采用石碴填筑，堰體上、下游邊坡均為1∶1.8，上游迎水面采用鉛絲籠塊石砌護(hù)，砌護(hù)厚度0.5 m。圍堰基礎(chǔ)覆蓋層為砂卵石，厚約7 m。堰體采用土工膜心墻防滲?；A(chǔ)以下采用高壓旋噴防滲墻，墻厚0.6 m，最大墻深11.2 m。

下游圍堰布置于導(dǎo)流洞出口上游側(cè)，采用土石圍堰，堰頂高程2376.0 m，圍堰頂寬5.0 m，堰頂軸線長23.50 m，最大堰高3.5 m。圍堰結(jié)構(gòu)型式與上游圍堰相同。圍堰主體填筑采用導(dǎo)流洞開挖的石碴料填筑。基礎(chǔ)采用高壓旋噴防滲墻，墻厚0.6 m，最大墻深9.5 m。

2 工程區(qū)自然條件

2.1 水文條件

馬壩河流域的徑流主要由降雨形成，雨季河流的水量主要由降雨補(bǔ)給，枯水季節(jié)依靠穩(wěn)定的地下水補(bǔ)給，徑流具有年際變化不大年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。馬壩河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性決定著洪水特性。流域處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，且位于山區(qū)，因此地域之間差異較大，年降雨量隨高程變化也較大。夏秋兩季流域內(nèi)斑狀暴雨居多，汛期6月～9月降水量占全年降水量80%以上，洪水受降雨時(shí)空分布不均以及喀斯特地形影響，洪水具有峰不高、量大的特點(diǎn)，一次洪水過程約3 天。龍?zhí)了畮旆制诤樗晒姳?。

表1 龍?zhí)琳痉制诤樗?jì)算成果 單位：m3/s

2.2 工程地質(zhì)條件

導(dǎo)流洞位于右岸，導(dǎo)流洞軸線位于龍?zhí)翇{谷段河谷兩岸的基巖斜坡地帶，沿線基巖裸露，巖性為三疊系中統(tǒng)白山組的石灰?guī)r、含生物碎屑凝塊狀灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r等，表面強(qiáng)烈溶蝕風(fēng)化帶巖體垂直厚度8.0 m～10.0 m，裂隙性溶蝕風(fēng)化帶巖體垂直厚度10.0 m～15.0 m，以下為微新巖體。導(dǎo)流洞沿線發(fā)育f9 逆斷層和f11 正斷層。沿線地下水類型主要為基巖裂隙水，水位埋深與洞身段埋深相當(dāng)，地下水分布主要受溶蝕裂隙及斷層控制，表現(xiàn)為從溶蝕裂隙中滴水或串珠狀、線狀流水。

3 導(dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑比選

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及布置

龍?zhí)了畮旃こ虨棰虻却螅?）型工程，永久性主要建筑物攔河大壩、泄水建筑物和引水建筑物按2 級設(shè)計(jì)，電站廠房按3級設(shè)計(jì)。根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303—2017），施工導(dǎo)流建筑物按4 級設(shè)計(jì)，采用土石不過水圍堰，導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為10 a～20 a?？紤]到馬壩河水文實(shí)測資料系列較長，圍堰采用常規(guī)土石圍堰，且圍堰使用時(shí)間僅1.5 a，因此導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇10 a 一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為267 m3/s。

壩址處兩岸山坡陡峻，河道狹窄，不適合采用分期導(dǎo)流方式。結(jié)合工程建筑物的布置特點(diǎn)，采用河道一次斷流，隧洞導(dǎo)流的方式。由于壩址峽谷段兩岸陡峭，河谷呈“V”字型，谷底寬20 m～25 m，交通不便，且壩體基坑施工工序繁雜，因此枯水期導(dǎo)流方案在汛前澆筑至壩體度汛斷面較困難。采用全年導(dǎo)流方案，基坑開挖及基礎(chǔ)混凝土施工強(qiáng)度均衡，施工工期及工程質(zhì)量有保證，業(yè)主管理風(fēng)險(xiǎn)較小，因此采用全年圍堰擋水、隧洞過流的導(dǎo)流方案。

壩址處左、右岸均具備布置導(dǎo)流洞的條件，對左、右岸布置進(jìn)行了方案比較：兩岸地形條件相當(dāng)，洞線布置的長度左岸較右岸略短。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，左岸導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡處于（Q4col+dl）崩坡積堆積碎塊石中，處理困難。為了保證左岸導(dǎo)流洞施工期的交通通暢，還需新建施工道路，施工準(zhǔn)備期長，且施工輔助企業(yè)及渣場均布置于右岸，運(yùn)距較遠(yuǎn)。右岸導(dǎo)流洞交通條件較好，下閘封堵交通方便，且導(dǎo)流洞出口水流條件較好，因此，導(dǎo)流洞布置于壩址右岸。

3.2 導(dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑比選

3.2.1 經(jīng)濟(jì)洞徑比選原則

隧洞的斷面尺寸主要由通過流量的大小確定，在圍堰高度允許的條件下，盡量減少隧洞斷面是經(jīng)濟(jì)的。隧洞經(jīng)濟(jì)斷面的選擇首先擬定幾個(gè)隧洞尺寸，計(jì)算相應(yīng)的圍堰高度，并計(jì)算不同斷面尺寸的隧洞與圍堰工程量造價(jià)。兩者相加，總造價(jià)最小的斷面尺寸即為經(jīng)濟(jì)斷面。

由于隧洞開挖及襯砌單價(jià)高，圍堰的單價(jià)低，比較的結(jié)果往往是小隧洞配高圍堰最經(jīng)濟(jì)。但是經(jīng)濟(jì)合理的隧洞斷面尺寸還應(yīng)體現(xiàn)以下的幾個(gè)方面：（1）盡量發(fā)揮隧洞效益的同時(shí)，務(wù)必使圍堰能夠在一個(gè)枯水期內(nèi)建成，并保證圍堰的安全和技術(shù)上的可靠性；（2）洞內(nèi)流速不超過允許抗沖流速；（3）滿足通航、放木等綜合利用的要求；（4）方便施工；（5）滿足中后期施工度汛要求，如不能滿足，應(yīng)加大隧洞斷面，降低圍堰高程，減小洞內(nèi)流速。

3.2.2 導(dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑選擇

導(dǎo)流洞采用圓拱直墻型，洞徑的選擇分別進(jìn)行了2.5 m×3 m、3 m×4 m、4 m×5 m、5 m×6 m 洞徑的方案比較，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，上游圍堰堰頂高程分別為2399.60 m、2397.6 m、2394.2 m、2391.1 m，圍堰最大高度分別為25.6 m、23.6 m、20.2 m、17.1 m，相應(yīng)的投資（只包括導(dǎo)流洞洞身開挖、鋼筋混凝土、噴混凝土及進(jìn)、出口開挖幾項(xiàng)主要工程量和上游圍堰填筑、基礎(chǔ)防滲及拆除工程量）約為818.2 萬元、787.9 萬元、821.1 萬元和1032.7 萬元。經(jīng)分析比較，導(dǎo)流洞洞徑為3 m～3.7 m 時(shí)投資最低，考慮洞涇大于3.7 m 時(shí)導(dǎo)流建筑物投資增加較快，施工方便及中后期度汛要求，導(dǎo)流洞洞徑采取3.5 m×4.0 m 進(jìn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑比較見圖1。

圖1 導(dǎo)流洞經(jīng)濟(jì)洞徑曲線圖

導(dǎo)流洞洞徑采用3.5 m×4.0 m 時(shí)，滿足隧洞施工最小洞徑要求。圍堰最大堰高22.7 m，堰體主要采用石碴填筑，能夠保證在枯水期內(nèi)完成填筑。

3.3 導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

整個(gè)洞線地質(zhì)條件相對較好，洞室圍巖以Ⅲ類為主，進(jìn)、出口段有少量的Ⅳ、Ⅴ類。

導(dǎo)流洞進(jìn)出口邊坡巖石開挖坡比1∶0.75，采用錨噴支護(hù)。φ22 砂漿錨桿，單根長度3.0 m，間排距2.0 m，梅花型布置；C25 混凝土噴護(hù)厚100 mm，邊坡頂設(shè)排水溝。

導(dǎo)流洞洞身段初期支護(hù)參數(shù)為：Ⅲ類圍巖噴C25 混凝土100 mm，洞內(nèi)布設(shè)φ22 隨機(jī)錨桿，錨桿長度2.0 m 的支護(hù)方式；Ⅳ類圍巖進(jìn)行噴C25 混凝土100 mm，φ22 砂漿錨桿，單根長度2.0 m，間排距1.0 m，梅花型布置，掛φ8 鋼筋網(wǎng)@200 mm×200 mm 的支護(hù)方式；Ⅴ類圍巖采用噴C25 混凝土150 mm，φ22 砂漿錨桿，單根長度2.0 m，間排距1 m，梅花型布置，掛φ8 鋼筋網(wǎng)@200 mm×200 mm，每米設(shè)I14 鋼拱架一榀支護(hù)。

二期支護(hù)Ⅳ、Ⅴ類采用C25 混凝土襯砌，襯砌厚度0.4 m；Ⅲ類圍巖段底板采用0.4 m 厚C20 混凝土找平。洞內(nèi)襯砌段頂拱120°范圍采取回填灌漿，樁號導(dǎo)0+112.00 m～導(dǎo)0+132.00 m及導(dǎo)0+189.00 m～導(dǎo)0+204.00 m 兩段封堵段采取固結(jié)灌漿，灌漿孔深4 m，固結(jié)灌漿孔間排距2.0 m，梅花形布置。

4 結(jié)語

施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)是水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)中的中心環(huán)節(jié)，也是編制施工總進(jìn)度計(jì)劃的主要依據(jù)。正確選擇施工導(dǎo)流方案，不僅對降低工程造價(jià)、縮短工期、提高工程質(zhì)量和施工安全具有重大影響，而且也影響到壩址、壩型和樞紐布置方案。在臨時(shí)工程投資中，導(dǎo)流洞的開挖和襯砌單價(jià)較高，投資占比較大，所以選擇規(guī)模合適的導(dǎo)流洞洞徑能夠做到降低工程造價(jià)，提高投資收益的效果。本文通過采用經(jīng)濟(jì)洞徑比選的方法，綜合考慮方便施工、圍堰枯水期完成施工等因素，確定合理的洞徑，提高了工程投資效益。