貴州省新寨水庫導流洞綜合利用與封堵設計

王瑞 曾樹元 張斌

摘要：貴州省赫章縣新寨水庫大壩為混凝土面板堆石壩，導流洞及放空兼取水建筑物均布置于大壩左岸。根據實際情況，將導流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態流量下泄設施結合布置，最大限度地利用了導流洞，在保證工程施工期導流度汛的同時，可以滿足水庫運行期放空、取水以及下泄生態流量的需求，簡化了工程布置，方便工程施工，減少了工程量及施工工期，節省了工程投資，且便于后期運行管理。

關鍵詞：面板堆石壩;導流洞;放空建筑物;取水建筑物;生態流量;新寨水庫

中圖法分類號：TV551.1文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.008

文章編號：1006 - 0081（2021）08 - 0039 - 05

0 引 言

對于土石壩、心墻壩、面板堆石壩等柔性壩，為了修筑大壩、溢洪道等樞紐建筑物，需要先期修建擋水的上、下游圍堰，利用設置在山體內的導流洞[1]將河水自一旁引至下游，導流洞一般為臨時性建筑物，在工程完工后廢棄并進行封堵處理。放空建筑物[2]是在大壩需要檢修等非常時期需要放空水庫而設置的，一般設置于大壩壩體或者兩岸山體內，為便于施工和控制，多采用鋼管進行水庫放空。取水建筑物[3]是指利用從水庫或河流引水、提水的水工建筑物，對于水庫工程，通常采用庫內或者壩身取水塔結合取水鋼管進行取水，滿足工程取水或者灌溉的需要。另外，為了維持下游生態環境[4]，水庫工程還需要合理設置生態流量下泄設施。

在水利工程建設中，為便于控制，避免相互干擾，通常采用導流洞、放空建筑物及取水建筑物單獨布置的形式進行工程設計與施工，這樣加大了樞紐區各建筑物的布置及施工難度，增加了工程量及投資。有些工程將臨時導流洞改造為永久放空洞，有些工程將放空建筑物、取水建筑物及生態下泄設施部分結合布置[5]，但較少有工程將導流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態流量下泄設施四者結合布置。本文介紹的貴州省赫章縣新寨水庫將導流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態流量下泄設施結合布置，簡化了工程布置，方便施工、節省工期、減少了工程量，降低工程投資761萬元，在同類工程中具有較高的推廣價值。

1 工程概況

新寨水庫位于貴州省赫章縣東北部，地處河鎮彝族、苗族鄉馬家寨德卓河上游河段，壩址以上集水面積為10.28 km2，主河道長5.7 km，加權平均坡降為32.5‰，多年平均流量0.131 4 m3/s。水庫校核洪水位2 124.27 m，總庫容235.03萬m3，工程為Ⅳ等小（1）型水庫，水庫樞紐工程包括：擋水、泄水、取水建筑以及灌溉供水系統。大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高39.50 m，壩頂高程為2 124.50 m;單孔開敞式溢洪道寬7 m，布置在左岸壩肩;取水塔布置于左岸壩肩，取水塔后接直徑0.8 m的放空鋼管，放空鋼管采用水平段及豎井段引入左岸山體內的導流洞，穿過永久堵頭后于導流洞內明管布置;導流洞出口設置閘閥室，以便控制工程放空、取水以及下泄生態流量。大壩樞紐平面布置見圖1。

2 導流洞地質條件

導流洞布置于左岸山體內，全長222.5 m，斷面寬3.0 m，高3.5 m，呈城門洞形。導流洞進口前為長20.5 m的引渠，前10 m地表出露主要為第四系殘坡積（Qel+dl）黏土夾碎塊石，結構松散，后10 m洞段為基巖出露，地層巖性為三疊系下統飛仙關組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖。導流洞洞身段長192 m，地層巖性為三疊系下統飛仙關組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖，洞向與巖層走向從小角度相交（近似水平）漸變為大角度相交（約60°），埋深15～30 m，洞段處在弱風化下部至新鮮巖體中，巖層傾角較平緩，洞室圍巖整體穩定性較好，以Ⅲ～Ⅳ類圍巖為主。導流洞出口的尾端長10 m，地層巖性為三疊系下統飛仙關組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖，出口洞臉為逆向坡，洞向與巖層走向夾角60°，處在強風化及弱風化巖體中，裂隙較發育，巖體較破碎，完整性較差，局部可能存在塌方、掉塊現象。

3 導流洞與取水兼放空隧洞結合布置

新寨水庫大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，為滿足施工期導流度汛的需要，需設置導流洞。經綜合比選，導流洞布置于左岸山體內。為滿足工程取水、放空的需要，還需設置取水、放空建筑物。另外，為滿足下泄生態流量的要求，需設置生態流量下泄設施。若采用取水兼放空隧洞與導流洞單獨設計方案，則需另外布置一條245 m長的隧洞，增加投資761萬元。參考同類工程導流洞永臨結合經驗，本工程采取導流洞與取水兼放空隧洞結合布置的方式以節省工程投資。

將導流洞與取水兼放空隧洞結合布置，則牽涉到如何合理利用原已建導流洞進行工程的取水、放空以及下泄生態流量。為便于放空建筑物的運行期控制，該工程于大壩左岸壩肩設置取水塔，取水塔后設置DN820放空鋼管，并采用豎井形式將鋼管接入導流洞內，以滿足水庫放空的需要。在導流洞出口設置閘閥室，閘閥室內放空鋼管上接取水管及生態流量管，以滿足工程取水及下泄生態流量的需要。同時，導流洞設置了臨時封堵措施及永久堵頭，可以保證永久堵頭的施工質量及防滲效果。

4 導流洞結構設計

新寨水庫大壩壩址位于河灣地段，左岸是凸岸，故將導流隧洞布置在左岸，使導流洞洞線最短。導流洞進、出口高程主要考慮盡量減少明挖、底板高程高于常枯水位線等因素，從而使進出口施工受河水影響小。另外，考慮導流洞進口截流時能夠順利過流及防止河道砂石、淤泥進入導流洞等因素，導流洞進口底板高程定為2 092.00 m，出口底板高程定為2 087.00 m，進口明渠長14.5 m，進口閘門井長6 m，導流洞洞身長192 m，底坡2.607%，出口明渠長10 m，進口洞臉、洞身以及出口洞臉根據地形地質條件采取相應支護加固措施。大壩施工期臨時度汛標準為20 a一遇洪水，相應洪峰流量Q5%=48.6 m3/s，計算出導流洞斷面尺寸為3.0 m×3.5 m（寬×高），導流隧洞斷面選擇城門洞型，過流斷面面積9.65 m2。

5 放空兼取水建筑物設計

5.1 取水塔設計

取水塔布置于溢洪道引渠上游側的左岸岸坡高程2 112 m開挖平臺上，取水塔進水口底板高程為2 112.50 m，塔頂檢修層高程為2 125.50 m，塔頂啟閉機室高程為2 131.00 m，啟閉機室內設攔污柵、事故閘門起吊設備。取水塔設計取水流量為0.094 m3/s（含生態流量），依水流方向布設攔污柵、三橢圓面收縮喇叭口、平板閘門及通風檢修井。進口采用橢圓面收縮喇叭口，攔污柵孔口尺寸為1.5 m×2.5 m（寬×高），平面閘門孔口尺寸為1.5 m×1.5 m（寬×高），閘門后設置通風檢修井，孔口尺寸為0.8 m×1.5 m（寬×高）。取水塔塔身采用C25常態混凝土，門槽采用C30常態混凝土。

5.2 放空兼取水鋼管設計

取水塔后接漸變段（樁號QS000.0～002.0）以便與DN820放空兼取水鋼管相接，漸變段長度為2.0 m，由1.5×1.5 m的方形孔漸變為圓形，漸變段后接樁號 QS0+002.0～0+022.0水平段鋼管，水平段鋼管外包混凝土60 cm;樁號QS0+022.0～0+026.0為轉彎、豎井段鋼管，豎井段鋼管外包混凝土60 cm，放空兼取水鋼管通過水平段、轉彎段及豎井段接入導流洞內;QS0+024.0～0+030.0為臨時堵頭段，QS0+030.0～0+040.0為永久堵頭段;放空兼取水管穿過堵頭后于導流洞內明管布置，按照每6～8 m的間距設置支墩。放空兼取水建筑物剖面見圖2。

5.3 出口閘閥室設計

放空兼取水管出口布置閥門室以保護及控制放空管、取水管及生態流量管，閘閥室內放空管上按水流方向依次設置叉管接取水管及生態流量管，其中取水管為DN300 K9級球墨鑄鐵管，設置DN300活塞閥及DN300偏心半球閥;生態流量管為DN159鋼管，設置DN150活塞閥及DN150偏心半球閥;放空管出口設置DN800活塞閥及DN800偏心半球閥用于水庫放空。取水管由閥門室下游跨河，連接至右岸灌溉主管。閥門室采用框架結構，底板采用40 cm厚C20混凝土，墻壁為砌體結構。

6 導流洞封堵設計

6.1 導流洞進口臨時封堵設計

導流洞進口孔口尺寸3.0 m×3.5 m，底檻高程2 092.00 m，最大設計擋水水頭24 m。為減少專業交叉，方便施工，加快工程進度，導流洞進口采用鋼筋混凝土預制疊梁門進行封堵。綜合考慮施工吊裝難度，確定疊梁梁高40 cm，梁厚60 cm，長3.6 m，共13根，其中1根為備用，采用C30混凝土預制梁。

6.2 導流洞永久堵頭設計

導流洞堵頭布置于QS0+030.0～0+040.0樁號，長度為10.0 m，斷面尺寸3.0 m×3.5 m（城門洞型），帷幕軸線貫穿永久堵頭，堵頭與大壩帷幕灌漿線相交于QS0+035.0樁號，交點距永久堵頭上游端點5 m。堵頭采用楔形體設計，混凝土強度等級為C20，采用二級配微膨脹混凝土[6]。堵頭施工時，需對堵頭接觸的原襯砌混凝土表面進行鑿毛，堵頭與隧洞接觸面頂拱采用預埋灌漿管進行回填灌槳，灌漿在堵頭混凝土達到70%設計強度后進行。

為保證永久堵頭混凝土干地施工，確保永久堵頭施工質量，結合放空兼取水鋼管下彎段布置，在永久堵頭上游設置長6 m的臨時堵頭進行臨時擋水，并對臨時堵頭頂部進行回填灌漿，臨時堵頭（圖3）施工完畢并進行上游導流洞洞身段充水排氣后，方可進行永久堵頭的施工。

6.3 導流洞堵頭排水、排氣設計

導流洞洞內排水主要為經常性排水，包括洞身及疊梁門滲水、施工期上游臨時擋水圍堰滲水、施工用水等。在臨時堵頭上、下游設置臨時黏土草袋擋水圍堰，在臨時堵頭混凝土澆筑期間，臨時堵頭段之前的洞內各種滲水利用預埋的1根DN300 mm的鋼管下排。

為防止臨時堵頭前洞內充水時擠壓空氣產生氣爆，臨時堵頭內部設有1根DN150 mm排氣鋼管。排氣管上游延伸至導流洞進口位置，采用直角彎頭向上伸至導流洞進口洞頂位置，下游延伸至永久堵頭首部，臨時堵頭上游導流洞洞身段充水時，其內部空氣可自排氣管排出（圖4）。

7 結 語

新寨水庫工程結合實際情況，將導流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態流量下泄設施四者結合布置，簡化了工程布置，減少工程量，方便施工，達到了加快工程進度、節省投資的目的。

（1）工程前期設計時，應結合實際地形地質條件，導流洞設計應優先考慮永臨結合，充分利用已建導流洞進行工程的放空、取水以及下泄生態流量，避免單獨布置上述建筑物導致工程量增加、工期延長、投資增加等問題。

（2）放空兼取水建筑物首部設置取水塔及啟閉機室，尾部設置閘閥室，并設置相應控制設施，便于運行期工程放空、取水及下泄生態流量的控制。

（3）導流洞永久堵頭前設置臨時堵頭，并設置排水、排氣設施，保證永久堵頭施工質量。

（4）其他同類工程采用類似布置時，需合理考慮放空設施與導流洞洞身的銜接設計、穿過導流洞永久堵頭時的防滲處理措施以及放空設施布置于導流洞永久利用段的安全性、耐久性，以便于后期運行管理。

參考文獻：

[1] 文志穎，張晨. 夾巖水利樞紐工程施工導流隧洞設計[J]. 水利水電快報，2020（9）：25-29.

[2] 姚敏杰，高雅芬. 水電站放空洞混凝土和鋼管聯合封堵系統設計[J]. 人民長江，2016（17）：110-112，141.

[3] 張毓成，何志華. 萬家寨水利樞紐布置及主要技術問題[J]. 水力發電，1999（1）：29-31.

[4] 方國華，丁紫玉，黃顯峰，等. 考慮河流生態保護的水電站水庫優化調度研究[J]. 水力發電學報，2018（7）：1-9.

[5] 胡允楚，曾锃，陸佳華，等. 一種新型導流、放空洞封堵方式研究與應用[J]. 中國農村水利水電，2012（6）：159-160.

[6] 趙芹，何江達，梁照江. 導流洞堵頭常規設計方法的修正[J]. 巖石力學與工程學報，2004（8）：1336-1338.

（編輯：江 文）