王云濤

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710001）

1 工程概況

三河口水利樞紐地處佛坪縣與寧陜縣交界的子午河中游狹谷段，壩址位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)三河口村下游約2km處，北距佛坪縣城35km，東距寧陜縣城45km，南距石泉縣城49km，西距洋縣縣城50km。三河口水利樞紐主要由大壩、壩身泄洪放空系統(tǒng)、壩后泵站、電站和連接洞等組成。大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高145m，為1級建筑物，引水、泄水建筑物為2級建筑物，次要建筑為3級，臨時建筑物為4級建筑物。施工總工期安排為48個月。

2 設(shè)計條件

2.1 地形地貌

壩址位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)以北約3.5km處，屬秦嶺中段南麓中低山區(qū)，子午河在壩址區(qū)流向由NE53°轉(zhuǎn)向SW51°，河流比降約3.0‰～4.5‰。河谷呈“V”字形發(fā)育，兩岸地形基本對稱，山體雄厚，自然邊坡坡度35°～50°。壩區(qū)河床高程 525.7m～528.70m，谷底寬79m～87m。

2.2 工程地質(zhì)

壩區(qū)河床砂卵石覆蓋層厚6.5m～7.2m，最大厚度11.0m，滲透系數(shù)k=62m/d，強透水。壩基巖體主要為變質(zhì)砂巖夾薄層結(jié)晶灰?guī)r，巖石飽和抗壓強度Rb＞60MPa，巖體表面強風化帶垂直厚度1m～2m。

2.3 水文氣象

三河口水利樞紐壩址以上控制流域面積2186km2，占子午河全流域的72.6%，多年平均降雨量891mm。子午河的徑流主要由降雨形成，具有年際變化較大，年內(nèi)分配不均的特點。豐水期7月～10月4個月徑流量占年徑流量的68.6%，枯水期11月～翌年3月，5個月徑流量僅占年徑流的11.7%。子午河的洪水是由暴雨形成的，洪水具有峰高、量大的特點，一次洪水過程約4天～6天。壩址處全年及分期洪水見表1。

子午河流域?qū)俦眮啛釒駶?、半濕潤氣候區(qū)，四季分明，夏無酷熱，冬無嚴寒，春季氣升溫迅速、間有“倒春寒”，秋涼濕潤多連陰雨。多年平均氣溫12.3℃，極端最高氣溫37.4℃，最低氣溫-16.4℃；多年平均降水量903mm，多年平均蒸發(fā)量1214mm，多年平均風速1.2m/s，多年平均最大風速9.1m/s。

3 導流設(shè)計

3.1 導流方案選擇

三河口水利樞紐大壩為碾壓混凝土拱壩，壩址處河谷呈“V”字形，兩岸山體雄厚，覆蓋層薄，巖石完整堅硬，具備成洞的自然條件。在選擇導流方式時，進行了隧洞導流和分期導流的比較。

一次攔斷河床隧洞導流方式具有導流程序簡單、基坑施工干擾小的優(yōu)點。缺點是導流洞投資大，上游圍堰高度大，填筑工程量大。

分期導流方案先圍右岸底孔壩段，填筑全年擋水圍堰，左岸河床過流。當壩體澆筑過底孔后，填筑二期圍堰，由底孔過流，進行左岸混凝土施工。該方案的優(yōu)點是不用修導流洞，投資小，缺點是縱向圍堰受河道狹窄的條件限制無法采用，需要采用混凝土縱向圍堰，堰基防滲不好解決。

本工程最終采用了隧洞導流的方案。

3.2 導流標準

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303—2004)規(guī)定，導流建筑物級別為4級，相應土石圍堰導流標準為重現(xiàn)期10年～20年一遇洪水；考慮到本工程水文資料系列較長，同時10年與20年一遇洪水調(diào)洪后圍堰工程量相差較大，所以按10年一遇考慮。

3.3 洞徑選擇

針對隧洞導流方式，按10年一遇洪水進行了 6m×8.4m、10m×14m、14m×19.6m洞徑的導流洞方案比較。根據(jù)調(diào)洪結(jié)果知道上 游 水 位 分 別 為 581.07m、563.31m、549.88m，相應的圍堰高度分別為58.07m、40.31m、26.77m，導流建筑物直接投資分別為7176萬元、6108萬元和7434萬元。經(jīng)濟洞徑曲線見圖1。

根據(jù)經(jīng)濟洞徑曲線確定為9m左右，考慮到水泥及鋼材價格具有較大的波動性，為了避免因水泥及鋼材價格出現(xiàn)大幅度上漲而導致導流工程費用的大幅度增加，實際導流洞按8m×11.3m進行設(shè)計。

3.4 導流流量選擇

針對10年一遇洪水進行了枯水期圍堰和全年圍堰比較。

表1 全年及分期洪水流量表 單位：m3/s

枯水期圍堰方案：2012年11月～2013年5月進行基坑開挖和壩體澆筑，2013年6月～2013年10月，大壩停工，基坑過水。汛后進行基坑清理及553m高程以下混凝土澆筑。2013年6月～2014年10月，壩頂過流；2014年11月～2015年5月，進行553m～613m高程混凝土澆筑，導流洞過流；2015年5月～2015年10月進行613m～637m高程混凝土澆筑，導流洞過流；2015年10月中旬～2016年1月進行洞封堵和637m～646m高程混凝土澆筑，泄洪底孔過流。

全年圍堰方案：2012年10月～2014年5月進行開挖及598m個高程以下混凝土澆筑，導流洞過流；2014年6月～2014年12月進行598m～628m高程混凝土澆筑，導流洞與泄洪底孔聯(lián)合過流；2015年1月～2016年2月進行導流洞封堵和628m～646m高程混凝土澆筑，泄洪底孔過流。

從表2可以看出，采用全年圍堰方案導流建筑物及基坑清理投資較枯水期圍堰方案少509萬元，同時可以全年施工，基坑開挖及基礎(chǔ)混凝土強度適中，工期容易保障。同時可以避免枯水期圍堰方案汛期壩體過水易產(chǎn)生表面裂縫的風險。因此，綜合考慮施工進度、施工強度、以及汛期影響等因素，采用10年一遇全年洪水作為導流標準。

3.5 導流建筑物設(shè)計

導流建筑物包括導流洞和上、下游圍堰。

表2 導流方案綜合比較表

3.5.1 導流隧洞

根據(jù)壩址區(qū)的河床地形，將導流洞布置在河道右岸。洞室圍巖為變質(zhì)砂巖、結(jié)晶灰?guī)r、大理巖，局部夾有石英巖脈及偉晶巖脈。洞身圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，占67%，進出口附近圍巖為Ⅳ、Ⅴ類占33%。

導流洞長570m，進口高程531.4m，出口底板高程為526.0m，洞底設(shè)計比降0.009。洞身為城門洞型，尺寸8m×11.3m。Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段采用C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯厚0.8m；Ⅱ、Ⅲ類圍巖段，由于度汛期間流速約24m/s，為了防止洞身汛期遭洪水破壞，洞身采用C25混凝土襯砌，邊頂拱厚0.5m，底板厚0.6m。出口采用平底擴散消能。擴散段長度20m，由導流洞出口8m寬擴散至20m。為便于以后閘封堵，在導流洞進口布置封堵塔，塔頂高程551.5m，塔長10m，寬15m。

3.5.2 圍堰

圍堰采用當?shù)夭牧咸钪嫌螢橥潦瘒?，堰頂高?73.5m，最大堰高49.3m，堰體主要由堆石、復合土工膜防滲體及上游護坡組成，圍堰頂寬6.0m，上游邊坡1∶2.25，下游邊坡為1∶1.5，粘土心墻上下游邊坡1∶0.1。下游圍堰布置于導流洞出口與大壩之間，采用土石圍堰，堰頂高程為532.0m，最大堰高6.5m，圍堰頂寬4.0m，堰體下游邊坡 1∶2.25，上游邊坡為1∶1.5。堰體主要由堆石和防滲土工膜、混凝土截滲墻組成，下游圍堰基礎(chǔ)采用混凝土截滲墻，混凝土截滲墻厚0.8m，墻深12m，深入基巖0.5m。3.6截流設(shè)計與下閘蓄水

截流時段選在汛后的11月份，截流標準為10年一遇月平均流量30.2m3/s，截流戧提頂高程532.5m。根據(jù)壩址交通及地形條件，龍口位置選在左岸的主河槽處，采用自右向左單戧進占的立堵方式進行截流。經(jīng)初步計算龍口最大落差約2.2m，最大流速約3.5m/s。截流采用開挖石渣，最大石渣粒徑0.5m。

根據(jù)施工總進度安排，擬定于第2015年1月導流洞下閘，水庫蓄水，下閘流量為標準流量7.05m3/s。蓄水計劃按各月份75%保證率的流量計算，蓄水至水庫死水位558m，相應庫容0.23億m3，蓄水時間約80天。

4 總結(jié)

本文全面介紹了三河口水庫的施工導流工程設(shè)計，重點通過經(jīng)濟洞徑分析及對枯水期圍堰和全年圍堰兩種方案的對比，選擇10年一遇洪水作為洪水標準，全年圍堰擋水。8m×11.3m隧洞導流的方案，使工期提前了3個月，并保證了基坑施工強度的均衡性，具有較優(yōu)的綜合效益。陜西水利