水庫壩施工期導(dǎo)流布置與適宜性分析

李美坤

(江西省南昌縣紅旗大泵電力排灌站，江西 南昌 330213)

水庫壩施工導(dǎo)流作為水利水電樞紐設(shè)計的重要組成部分，是影響施工方式、施工進(jìn)度、施工樞紐布置和工程造價的重要影響因素[1]。土石壩利用就地土料、砂礫、石渣卵石等材料筑成，施工期壩體不能過水，因此相較于混凝土重力壩、面板堆石壩的施工放線更大[2]。目前，土石壩常見的導(dǎo)流方式主要有一次攔斷河床圍堰和分期圍堰兩類[3-4]。根據(jù)泄水建筑物不同可分為明渠導(dǎo)流、隧洞導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流，以及施工過程中壩體孔導(dǎo)流、永久性泄水建筑物導(dǎo)流組合形式[5]。如一些水庫土石壩通過一次攔斷河床圍堰導(dǎo)流，前期利用導(dǎo)流明渠、隧道或壩體底部涵管泄洪，后期利用永久性泄水建筑或壩體缺口泄洪[6]。部分抽水蓄能水庫采用分期圍堰導(dǎo)流方式，前期利用束窄河床泄洪，后期利用束縛河床、壩體底孔、壩體缺口或?qū)Я髅髑⑺矶葱顾甗7-8]。工程實踐中，施工導(dǎo)流不同階段泄水建筑需要根據(jù)工程水文特性、地形地質(zhì)情況、樞紐條件等進(jìn)行方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合各種因素來選擇最優(yōu)導(dǎo)流方案[9-11]。本文針對某一中型水庫土石壩工程項目，提出三種不同的導(dǎo)流布置方案，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全性等角度對三種不同的導(dǎo)流方式進(jìn)行了比較，以選擇最佳的導(dǎo)流方式。

1 工程背景

1.1 工程概況

某水庫土石壩樞紐由黏土心墻土石壩、左右雙溢洪道、上壩、進(jìn)壩公路、放空閘，引水發(fā)電隧洞、放空閘等組成。壩頂高程2120 m，最大壩高37.8 m，壩頂寬6 m，壩軸線長208 m。水庫正常蓄水水位376 m3，總庫容2600萬m3，屬Ⅲ等中型工程，永久性建筑為3級建筑物，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，洪峰流量2010 m3/s，設(shè)計洪水50年一遇，設(shè)計洪峰流量2510 m3/s，校核洪水1000年一遇，校核洪峰流量4070 m3/s，采用4級 臨時性建筑物圍堰，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。水庫溢洪道位于大壩左岸壩肩處，采用2孔布置方式，引水發(fā)電隧洞布置在右岸，由進(jìn)口分層取水塔、龍?zhí)ь^、隧洞段組成，全長392 m。

1.2 工程條件

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，水庫區(qū)域?qū)侔霛駶櫦竟?jié)氣候區(qū)，冬季寒冷少雨，夏季炎熱多雨。歷史最高氣溫39.6 ℃，最低氣溫-2 ℃，年平均氣溫18.5 ℃，年降雨量1400～1500 mm，最大降雨量為2308 mm，最小降雨量為906 mm，其中降雨量多集中于5—9月，占年降雨量的70%以上，多年平均水平蒸發(fā)量在990～1400 mm之間。

水庫呈近東西向分布，整體呈“S”形，壩體處于“S”形中部。壩址處右岸為一斜臺地，高程380～390 m，上游地形平緩，坡度20°～25°，下游呈臺階狀，綜合坡度20°～25°。地表覆蓋層為坡積土及種植土，厚度約0.5 m，下伏基巖為三疊系邊陽組極薄-薄層砂巖、粉砂巖。鉆孔顯示，庫區(qū)廣泛分布侏羅系砂巖、粉砂巖以及頁巖等，下壩址處以黑云母花崗巖為主。

2 導(dǎo)流方案

該工程主要建筑物為3級，導(dǎo)流建筑物5級，整個工程項目為Ⅲ等工程，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)流設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，導(dǎo)流時段為11月—次年4月，導(dǎo)流流量6.85 m3/s。設(shè)計時根據(jù)工程地形地貌特征以及水工建筑物布置情況，分別采用導(dǎo)流隧洞結(jié)合永久隧洞布置、隧洞單獨(dú)布置以及埋管導(dǎo)流方式比較。

2.1 方案一：導(dǎo)流隧洞結(jié)合永久隧洞

采用圍堰一次攔斷河流，導(dǎo)流隧道結(jié)合永久隧洞布置。隧洞布置在右岸，隧洞長442.33 m，采用圓形斷面，進(jìn)口高程106.5 m，出口高程105 m，洞徑2.0 m，洞身采用掛鋼筋網(wǎng)噴C20混凝土和現(xiàn)澆鋼筋混凝土負(fù)荷襯砌方式，C20混凝土厚15 cm，鋼筋混凝土襯砌厚30 cm。

上游圍堰位于壩軸線上游約440 m，為黏土心墻土石圍堰，堰頂長54 m，寬5 m，堰頂高程2114.16 m，最大堰高5.5 m，堰前水位2113.36 m；戧堤部分迎水邊坡和背水邊坡為1∶1.5，土石渣填筑迎水邊坡和背水邊坡為1∶2.0。下游圍堰位于壩軸線下游約170 m處，為黏土心墻土石圍堰，堰頂長32 m，寬5 m，堰頂高程2111.46 m，最大堰高2.5 m，堰前水位2110.92 m；黏土心墻邊坡1∶0.1，土石渣填筑采用厚500 mm的干砌石或拋石護(hù)坡，迎水邊坡和背水邊坡為1∶2.0。該方案在枯水期，由導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，圍堰擋水，汛期由導(dǎo)流隧洞泄洪，大壩擋水。

2.2 方案二：防導(dǎo)流隧洞單獨(dú)布置

采用圍堰一次攔斷河流，導(dǎo)流隧道單獨(dú)布置圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，汛期大壩擋水，導(dǎo)流隧洞泄洪度汛。引水隧洞和導(dǎo)流隧洞結(jié)合布置，隧洞長442.33 m，圓形斷面，進(jìn)口高程106.5 m，出口高程105 m，洞徑2.0 m，洞身采用掛鋼筋網(wǎng)噴C20混凝土和現(xiàn)澆鋼筋混凝土負(fù)荷襯砌方式，C20混凝土厚15 cm，鋼筋混凝土襯砌厚30 cm。上游圍堰位于壩軸線上游約160 m，為黏土心墻土石圍堰，圍堰形式與方案一相同。

2.3 方案三：埋管導(dǎo)流

“埋管導(dǎo)流法”即在第一個枯水期采用臨時圍堰擋水，河道右岸鋪設(shè)導(dǎo)流混凝土管保證二期導(dǎo)流過水條件，由左岸束窄河床斷流；第二個枯水期采用土石圍堰一次攔斷河流圍堰擋水，利用埋設(shè)的混凝土管泄流。其中埋管采用內(nèi)徑2 m的混凝土管穿過壩體布置在右岸，在第一個枯水期施工埋管部分，第二個枯水期填筑壩體。上游圍堰位于壩軸線上游坡腳處，為黏土心墻土石圍堰，堰頂長54 m，寬5 m，堰頂高程2113.18 m，最大堰高4.7 m；戧堤部分迎水邊坡和背水邊坡為1∶1.5，黏土心墻邊坡1∶0.1；土石渣填筑迎水邊坡和背水邊坡為1∶2.0，采用厚500 mm干砌石護(hù)坡。下游圍堰位于壩軸線下游約140 m處，為黏土心墻土石圍堰，堰頂長32 m，寬5 m，堰頂高程2111.66 m，最大堰高2.7 m。黏土心墻邊坡1∶0.1，土石渣填筑采用厚500 mm的干砌石或拋石護(hù)坡，迎水邊坡和背水邊坡為1∶2.0。

3 施工方案優(yōu)選

3.1 經(jīng)濟(jì)性比較

表1給出了三種不同導(dǎo)流方案下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果，可以看出，方案一結(jié)合了永久隧道，工程施工量小，工期短，投資成本低。方案二采用隧洞單獨(dú)布置的方式，在工程施工量和施工成本方面都遠(yuǎn)大于方案一。方案三的費(fèi)用相較于方案二較低，但方案三整體施工周期長，工程量大，容易造成施工過程不確定因素增加，影響施工進(jìn)度，且采用埋管導(dǎo)流方式要求施工后期將涵管埋入土壩中，容易對填土方的穩(wěn)定性造成影響。

表1 不同導(dǎo)流方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

3.2 導(dǎo)流程序控制

根據(jù)上述經(jīng)濟(jì)性分析，采用導(dǎo)流隧洞結(jié)合永久隧洞布置方式進(jìn)行土石壩施工。在枯水期，由導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，圍堰擋水，盡早實現(xiàn)河床截流，保證工程盡快施工，汛期由導(dǎo)流隧洞泄洪，泄洪閘聯(lián)合過流，充分利用永久泄水建筑物，減少導(dǎo)流隧洞的尺寸和工程量。具體為：

第一期(第一年5月—第二年3月)為基坑施工期，原河床過流，導(dǎo)流隧洞，泄洪閘在進(jìn)出口巖坎及縱向巖坎維護(hù)下施工，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，設(shè)計洪峰流量2010 m3/s。

第二期(第二年4月—第三年8月)汛期采用導(dǎo)流隧洞與泄洪閘聯(lián)合過流，河床土石圍堰全年擋水，設(shè)計洪峰流量2510 m3/s。其中枯水期采用導(dǎo)流隧洞過流，主河床土石圍堰進(jìn)出口擋水，枯水期第二年10月—第三年2月底，設(shè)計洪峰流量1500 m3/s。

第三期(第三年9月—第四年6月)采用泄洪閘過流，第三年9月—第二年2月導(dǎo)流隧洞上游枯水期土石圍堰擋水，左岸混凝土副壩施工，合成土石圍堰擋水，導(dǎo)流流量2010 m3/s；第三年3月—第四年6月底，汛前擋水壩段最低澆筑高程超過上游圍堰頂高程，采用壩體擋水，泄洪閘過流，水工永久建筑物泄洪，洪峰流量4070 m3/s。

4 結(jié) 語

土石壩施工導(dǎo)流是水利工程施工設(shè)計重要組成部分，直接影響到施工程序和施工進(jìn)度，因此，需要根據(jù)工程實際情況，確定合理的土石壩施工方案。根據(jù)某水庫土石壩樞紐工程實際情況，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全性等角度對三種不同的土石壩施工方案進(jìn)行比較分析。隧洞單獨(dú)布置施工方案施工周期短、但成本高極高；埋管導(dǎo)流施工方案投資較小，但施工周期長，施工進(jìn)度推進(jìn)困難，且存在土方穩(wěn)定性問題；導(dǎo)流隧洞結(jié)合永久隧洞布置的施工方式具有施工工期短、施工干擾小，投資成本低，因此作為該水庫土石壩工程的首選施工方案。