廣安龍灘水庫施工導流方案比選

張 濤，秦曉亮，李志偉，彭繼樂

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽550081）

1 概況

龍灘水庫位于廣安市前鋒區桂興鎮境內，壩址位于桂興鎮大店村龍灘子峽谷口，距廣安中心城區約40 km，距前鋒火車站約10 km。大壩至廣安市區有省道S304、縣道X167、XX18公路相通，渠道沿線縣道X167、縣鄉道XX16等道路與外界相通，對外交通較為方便。

龍灘水庫是一座以農業灌溉、鄉村供水、發電等綜合利用中型水利工程，樞紐工程屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。水庫校核洪水位428.80 m，總庫容3010萬m3，正常蓄水位425 m，正常蓄水位以下庫容2645萬m3，死水位381 m，死庫容200萬m3，興利庫容2445萬m3。樞紐工程包括攔河大壩、壩身泄洪系統、取水隧洞、渠首電站及皮子槽河庫區巷道防滲工程。

攔河大壩為拋物線型碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程430.00 m，最大壩高85 m，壩頂弧長219.97 m，壩頂寬7.0 m，壩底厚21.50 m。壩身泄洪系統由4個溢流表孔和1個底孔組成，溢流表孔堰頂高程為425.00 m，底孔進出口底板高程為373.00 m，出口孔口為3 m×3 m（寬×高），設置弧形工作閘門。

取水隧洞布置于大壩左岸，由取水口、隧洞、壓力鋼管等組成，引水線路全長160.46 m。取水口采用岸塔式布置，底板高程376.00 m；隧洞全長122.20 m，由上部上平段與斜井段組成，水平段長99.16 m，斜井段長23.04 m；隧洞后接壓力鋼管，主管經岔管分出三條支管，其中兩條支管接入廠房供發電，另一條支管下放水流進入尾水渠。

渠首電站主廠房尺寸26.5 m×10 m×12.47 m（長×寬×高），廠內布置兩臺單機容量為0.5 MW的水輪發電機組和放水管錐形閥，機組安裝高程362.00 m。

龍灘煤礦巷道在EL310 m橫穿皮子槽河，為保證水庫蓄水后此段巷道不受滲漏影響，采用四道交叉的防滲帷幕將巷道封閉，截斷地下水向巷道滲漏的通道。在巷道左右側上方平行于巷道布置兩條灌漿隧洞，灌漿隧洞底高程330 m，每條長度均約1158 m，灌漿隧洞為城門洞型，斷面尺寸選擇為3 m×3.9 m（寬×高）。

2 導流方式比選

根據工程地形地質條件、區域水文特性及樞紐工程建筑物布置對本工程導流方式進行比較分析。

（1）地形、地質條件：壩址位于龍灘子峽谷入口河段。龍灘子匯河口段地勢開闊，兩岸坡相對較緩，多有覆蓋層分布；自壩址附近進入峽谷，兩岸坡急劇變陡。壩軸線位于河流自SWW向轉為NWW向附近，枯期河水位高程361.5 m，河水面寬12 m～18 m，水深0.2 m～1.0 m，河床寬15 m～20 m，正常蓄水位425.00 m高程時河谷寬136.0 m。

壩軸線附近出露雷口坡組第二段第一層（T2l2-1）至第三層（T2l2-3）薄～中厚層夾極薄層泥質灰巖、白云質灰巖、泥灰巖、灰巖夾鈣質頁巖、泥巖；拱壩軸線壩基段及壩肩段均位于雷口坡組第二段（T2l2-1～2-2）地層內，其中拱冠段緊靠兩地層分界線布置。河床覆蓋層為沖積砂、卵礫石層。

（2）水文特性：龍灘河流域屬亞熱帶濕潤季風氣候區，主汛期為5月～9月。暴雨發生在5月～10月，大暴雨多發生在6月～7月，洪水由暴雨形成，洪水與暴雨同步。

洪水流量汛期及枯期差別較大，5年一遇洪水汛期流量234 m3/s，枯期流量14.9 m3/s。

根據鄰近長灘橋水文站實測洪水資料分析，年內最大洪水多出現在5月～10月，其中尤以6月～7月居多。龍灘水庫壩址以上集水面積65 km2，設計流域無實測水文資料，鄰近東灘河流域有長灘河水文站。

（3）樞紐工程由碾壓混凝土拱壩+左岸取水隧洞+左岸地面廠房組成。

綜合分析以上諸因素，由于壩址區河床狹窄，且兩岸高陡，局部近直立，采用大規模明挖山體形成明渠導流的方式顯然不合理，本工程壩址不具備分期導流和明渠導流的條件，宜采用圍堰一次攔斷河床、隧洞導流的方式。

3 導流時段

3.1 導流時段的比選

根據建筑物布置、主體工程及施工強度等因素分析，取水隧洞從開挖至最后完工，需歷時28個月；從導流工程開挖至大壩基礎處理、壩體澆筑、金屬結構安裝、接觸灌漿完成、導流洞封堵共歷時39個月。庫區防滲工程從開始開挖至帷幕灌漿完成歷時38個月。因此本工程控制灌溉效益、機組發電工期的關鍵線路有兩條：①導流工程→大壩工程→下閘蓄水；②庫區防滲工程→下閘蓄水。根據本工程樞紐建筑物規模及施工總進度分析，結合樞紐特性和工期要求，對各個時段導流方案進行比較分析。

（1）采用5個月枯期時段（11月～3月）方案：為滿足施工總進度要求，第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎處理、壩體混凝土澆筑至360.00 m，超過灌漿廊道頂部2.1 m。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工，二枯時段繼續澆筑壩體。

根據施工總進度安排，在一枯時段施工項目較多，工序繁雜，需要較長時段進行施工。11月份截流后，需進行圍堰堆筑及高噴板墻施工，11月底完成，月強度土石填筑17500 m3/月、高噴板墻2180 m/月；12月份開始基坑開挖，1月中旬完成基坑開挖，月強度土石方開挖29321 m3/月；1月中旬開始澆筑大壩找平混凝土，2月中旬完成找平混凝土施工，月強度3034 m3/月；2月中旬開始大壩基礎固結灌漿，至3月中旬完成固結灌漿，月強度6710 m/月，隨后開始澆筑大壩。大壩從345.00 m高程施工至壩體高程360.00 m，僅0.5個月時間，需澆筑15 m，同時還要完成高程354.00 m廊道施工，難度較大，現有施工水平很難達到。

（2）采用6個月枯期時段（11月～4月）方案：采用6個月枯期時段方案對以下三種情況進行分析比較。

1）一汛大壩停止施工、二枯時恢復上游圍堰：第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎處理、壩體混凝土澆筑至360.00 m，超過灌漿廊道頂部2.1 m。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工。二枯時段恢復上游圍堰，繼續澆筑壩體。

大壩從345.00 m開始澆筑至壩體澆筑到壩頂高程430.00 m，跨越兩個枯期，實際可用的施工時間為8個月，可滿足施工總進度要求。

2）一汛大壩停止施工、二枯時不恢復上游圍堰：第一年11月份截流后，緊接著開始圍堰堆筑、高噴板墻施工、大壩基坑開挖、基礎處理、壩體混凝土澆筑至370.00 m（滿足二枯時段擋水要求）。汛期來臨后河床過流，大壩停止施工。二枯時段采用壩體臨時斷面擋水，繼續澆筑壩體。

該方案11月份截流后，需進行圍堰堆筑及高噴板墻施工，11月月底完成，月強度土石填筑17500 m3/月、高噴板墻2180 m/月；12月份開始基坑開挖，1月中旬完成基坑開挖，月強度土石方開挖29321 m3/月；1月中旬開始澆筑大壩找平混凝土，2月中旬完成找平混凝土施工，月強度3034 m3/月；2月中旬開始大壩基礎固結灌漿，至3月中旬完成固結灌漿，月強度6710 m/月，隨后開始澆筑大壩。大壩從345.00 m高程施工至壩體高程370.00 m，僅1.5個月時間，需澆筑25 m，同時還要完成高程354.00 m廊道施工，難度較大，現有施工水平很難達到。另外大壩在未完成接縫灌漿時擋水水頭達到24.1 m，也是一個不利條件。

3）一汛大壩不停止施工、二枯時不恢復上游圍堰：一枯時段需要完成圍堰堆筑及防滲施工、基坑開挖、壩基處理、壩體需上升至389.90 m（調洪演算），且同時要進行底層灌漿廊道、底孔施工，施工強度非常大，現有施工水平很難達到。

綜上分析比較，推薦一汛大壩停止施工、二枯時恢復上游圍堰方案。

（3）采用全年時段方案：全年導流方案采用隧洞導流，土石圍堰擋水，導流標準5年一遇（流量為234.0 m3/s），左岸導流洞采用城門洞型，洞徑5.0 m×7.0 m，上游水位376.50 m，上游圍堰高13.5 m。

采用全年時段導流，第一年11月截流后，可進行圍堰堆筑、高噴板墻施工、壩基開挖、壩基處理、壩體澆筑，一直到下閘蓄水。大壩全年時段可進行施工，不受汛期影響，大壩從基礎開挖至壩體混凝土澆筑完成施工時段為16個月，大壩工程（含導流工程）總工期33個月，壩體月平均上升10 m/月，施工強度符合目前施工水平，在可控制范圍以內，滿足施工總進度要求。

采用6個月枯期時段（11月～4月）方案和采用全年時段方案，施工導流對比見表1。

表1 6個月枯期時段導流和全年導流比較表

兩方案的優缺點比較結果如下：

1）投資：全年導流方案導流工程費用比枯期導流方案增加約706萬元。

2）施工進度及工期：根據庫區防滲工程進度安排，庫區防滲工程工期為38個月；枯期導流方案在一汛（第二年5月～第二年10月共計6個月）不安排施工，第38個月月底，大壩工程、庫區防滲工程施工完成，第39個月下閘蓄水并進行導流洞堵頭施工；大壩工程（含導流工程）工期為39個月，樞紐工程總工期39個月；關鍵線路有兩條：①導流工程→大壩工程→下閘蓄水；②庫區防滲工程→下閘蓄水。

全年導流方案在一汛安排施工，大壩工程（含導流工程）工期全年導流方案比枯期導流方案少6個月；大壩工程工期為33個月，庫區防滲工程工期38個月，大壩在第33個月底施工完成，至第39個月月初（待庫區防滲工程完成）才下閘蓄水并進行導流洞堵頭施工；樞紐工程總工期39個月；關鍵線路一條：庫區防滲工程→下閘蓄水。

全年導流方案和枯期導流方案只對大壩（含導流工程）工期有影響，對整個樞紐區（含大壩、導流及庫區防滲工程）工期沒有影響。

3）全年導流方案在一汛大壩不停工，大壩施工連續性較強；枯期導流方案一枯由枯期圍堰擋水，一汛停止施工，根據施工進度安排及強度分析，大壩壩體澆筑月抬升高度10.6 m/月，施工難度不大，容易實現。

綜合分析兩種方案優劣，采用全年時段導流與采用6個月枯水時段導流相比較，其導流工程規模及投資增加較多，只對大壩工程工期有影響（大壩工程只縮短6個月工期），對整個樞紐區工期沒有影響。因此采用6個月時段較優，本工程推薦枯期導流方案。

通過對上述5個月、6個月及全年三個時段導流進行比較分析，推薦采用枯期6個月即11月～次年4月導流時段施工。

3.2 導流建筑物級別及洪水標準

龍灘水庫是一座以灌溉為主的水庫，該工程屬Ⅲ等中型工程。攔河大壩、取水建筑物等永久主要建筑物為3級，永久次要建筑物為4級。上游圍堰堰高6.5 m，庫容33.80萬m3，根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303-2004）表3.2.1的有關規定，導流建筑物級別為5級，采用隧洞導流，土石圍堰擋水，根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303-2004）第3.2.6條的規定，導流建筑物洪水標準可在5年～10年的洪水重現期內選取。

本工程導流采用枯期導流，導流時段為11月～次年4月，洪水設計標準選取洪水重現期為10年一遇（P=10%）和5年一遇（P=20%），相應洪峰流量分別為31.1 m3/s和14.9 m3/s，進行比較后選定導流標準。采用左岸導流洞方案洞徑2.5 m×3 m進行比較，具體參數見表2。

表2 施工洪水標準選取比較表

采用導流洞2.5 m×3.0 m導流，10年一遇和5年一遇洪水上游水位相差1.6 m，圍堰高差1.6 m；在滿足導流和施工要求的情況下，本著經濟原則考慮，為節約工程投資，推薦導流標準采用5年一遇，流量14.9 m3/s。

4 結語

龍灘水庫壩址區位于龍灘河峽谷河段之中，在河流寬度較小、枯期流量不大的情況下，設計過程中根據壩址地形地質、樞紐布置等實際情況，對導流方式進行定性分析，選定導流方式；采用不同枯期時段、全年時段進行比選，選定導流時段，進而確定導流建筑物級別和洪水標準，獲得最經濟的施工導流設計方案。隨著中小型水庫建設的開展，施工導流布置場地變得越來越小，同時人們對施工導流方案的經濟性要求越來越高，本文以龍灘水庫為例，通過對比分析，選取最經濟的施工導流設計方案，值得類似工程借鑒。