劉牧沖，劉濤，萬露

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

察爾森水庫除險加固施工導流設計

劉牧沖，劉濤，萬露

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

察爾森水庫是一座以防洪、灌溉為主，結合發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫。2011年，針對大壩基礎滲漏、溢洪道結構安全等問題，進行除險加固設計。根據(jù)加固工程布置特點、水庫運行條件等因素進行導流方案、導流程序、導流建筑物設計，為類似工程提供借鑒經驗。

導流標準；導流方式；導流程序；過水圍堰；模袋混凝土

1 工程概況

察爾森水庫位于嫩江支流洮兒河中游、內蒙古自治區(qū)科右前旗境內，是一座以防洪、灌溉為主，結合發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫。水庫正常蓄水位為365.40 m，設計洪水位366.40 m，校核洪水位367.61 m，水庫總庫容12.53×108m3。設計灌溉面積6.65×104hm2，多年平均發(fā)電量2 664×104kW·h。水庫下游防洪標準為20年一遇洪水標準。

2011年5月，南京水利科學研究院將察爾森水庫定性為三類壩。2011年7月，水利部大壩安全管理中心同意察爾森水庫為三類壩鑒定結論意見，需要進行加固處理。

水庫樞紐由壤土心墻砂礫石壩、溢洪道、泄洪洞和電站組成。壤土心墻砂礫石壩壩頂高程為371.50 m，最大壩高為40.0 m，壩頂寬為6.0 m，壩頂長為1 712 m。岸邊陡槽式溢洪道，位于大壩左側，設4孔9 m×9 m弧形鋼閘門（加固后為3孔12 m×14.5 m弧形鋼閘門），堰頂高程353.00 m，最大泄量3 616 m3/s。泄洪洞位于大壩右側，采用二洞合一的布置方式。主洞灌溉、泄洪，支洞發(fā)電輸水。主洞為圓形有壓隧洞，長度392 m，內徑分為6.0 m和6.7 m（加固后為6.0 m），最大泄量367 m3/s。電站支洞為壓力隧洞，洞長51.5 m，內徑5.0 m，最大過流量59.6 m3/s。電站壓力管道4根，為鋼筋混凝土結構，內徑3.1 m，廠房為地面式廠房。電站裝機容量為1.28×104kW。

2 導流條件

2.1 水文條件

根據(jù)洮兒河流域洪水的季節(jié)變化規(guī)律和施工情況將施工期洪水劃分為汛前期（4—5月）、大汛期（6—9月）、汛后期（10月）、枯水期（11月至翌年3月）。施工分期洪水成果，見表1。

表1 察爾森水庫施工分期設計洪水成果表

2.2 氣象條件

根據(jù)洮南站氣象資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為5.5℃，歷年最高氣溫為40.8℃，歷年最低氣溫為-34.6℃。洮兒河流域年最多風向為西風、西北風和西南風，冬季為西風和西北風，夏季多為西南風和西北風，年最大風速發(fā)生在4—5月份，歷年最大風速為24 m/s，主汛期歷史最大風速為19 m/s。

2.3 地形及地質條件

察爾森水庫區(qū)位于大興安嶺東坡，地面標高450～680 m，山體比高120～350 m。流域內地形基本為低山丘陵區(qū)。壩址處河谷寬1 550 m，山頂高程：左岸380 m，比高45 m，屬丘陵地形；右岸比高165 m，為低山，河漫灘寬闊平坦，地面標高334.00～336.00 m。壩址處出露的地層以侏羅系—白堊系（J3S1—OV）的噴出巖為主。右岸及河谷底部均以碎屑凝灰?guī)r為主，火山角礫多見于左岸。侵入巖主要為燕山期侵入巖，以輝長巖脈為主，其次為安山巖脈。第四系地層分為坡積層及沖積層。壩址未發(fā)現(xiàn)有大斷裂，以規(guī)模較小的斷層（寬0.2～1.8 m）和巖脈侵入體為主要構造特征。

3 導流標準、導流方式及導流程序

3.1 導流標準

察爾森水庫為大（1）型工程，大壩、溢洪道、泄洪洞均為1級建筑物。根據(jù)SL303—2004《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》第3.2.1條的規(guī)定，察爾森水庫除險加固工程施工導流建筑物為4級建筑物。察爾森水庫現(xiàn)有建筑物基本完整，且施工期水庫庫容較大，導流建筑物一旦失事，對樞紐及下游均造成較大影響，故確定溢洪道及泄洪洞施工導流標準均采用20年重現(xiàn)期洪水。溢洪道施工采用圍堰攔擋非汛期20年一遇洪水，主汛期圍堰過流聯(lián)合泄洪洞過流宣泄20年一遇洪水。

3.2 導流方式

察爾森水庫除險加固工程泄流通道共有兩處，分別為泄洪洞及溢洪道，施工導流主要考慮利用上述2個泄流建筑物進行導流，不再新建施工導流泄流設施。在主體加固工程中，壩頂及壩體上、下游護坡、壩基防滲處理、泄洪洞進口啟閉機室重建等工程均位于庫水位以上或壩下游側，不必采用施工導流措施，即可具備干地施工條件。只有泄洪洞洞身襯砌加固、溢洪道新建閘室段、挑流鼻坎重建、陡槽段加固等工程的施工需要施工導流，具體導流方式如下：

1）溢洪道施工導流方式。溢洪道除險加固施工主要分為新建閘室段、泄槽與挑流消能段，其施工導流采用圍堰擋非汛期洪水，泄洪洞泄流；主汛期圍堰過流結合泄洪洞聯(lián)合泄流的導流方式。

2）泄洪洞施工導流方式?？紤]每年5月11日～9月10日水庫需向下游供水的要求，在進度安排上考慮第三年汛后開始進行泄洪洞加固施工，至第四年4月底完成上述工程的施工，具備向下游供水的條件。泄洪洞施工安排在第三年9月11日至第四年4月底，施工導流采用由泄洪洞進口閘門擋水，由于泄洪洞施工期為枯水期，來流量較小，主要靠察爾森水庫的庫容來容納來流量，如遇來流量較大，水庫水位超過365.40 m正常高水位，可由溢洪道進行泄流，因此不需要新建施工導流建筑物。

3.3 導流程序

第一年主汛前進行圍堰過水部分填筑，堰體填筑至354.00 m，主汛期未進行主體工程施工，此時泄洪洞、溢洪道均具備泄流條件，察爾森水庫可按《察爾森水庫防洪調度臨時方案》正常運行調度。

第一年汛后，圍堰填筑至設計高程357.65 m。至第二年大汛前，溢洪道圍堰擋水，進行原堰控段拆除和新建底板及邊墩施工。此時，泄洪洞具備泄流條件。

第二年主汛期，圍堰拆除至354.00 m。溢洪道暫停施工，此時溢洪道具備臨時過流條件，結合泄洪洞聯(lián)合泄流，可確保施工期工程安全。

第二年汛后，重新填筑圍堰擋水部分至設計高程357.65 m。溢洪道圍堰擋水，泄洪洞泄流，溢洪道堰控段恢復施工，完成剩余部分中墩混凝土澆筑工作。至第三年主汛前，溢洪道堰控段完成金屬結構安裝調試作業(yè)，溢洪道施工全部完成。

第三年主汛期，新建溢洪道施工完成，水庫可按臨調方案正常運行調度。

第三年供水期結束，依靠水庫庫容蓄水，結合溢洪道宣泄超標洪水，進行泄洪洞加固改造施工，至第四年4月底完成。至此，工程全部完工。

4 導流水力計算

4.1 泄洪洞泄流能力

察爾森水庫泄洪洞泄流能力，見表2。

4.2 溢洪道圍堰非汛期擋水工況計算分析

為滿足水庫向下游供水需求，供水初期（每年5月初）水庫庫水位最低需達到356.00 m。按照選定的工程導流標準及施工導流方式，溢洪道施工采用圍堰擋非汛期20年一遇洪水，主汛期過流。根據(jù)施工洪水成果，非汛期20年最大洪水為春汛洪水，洪峰流量為122 m3/s；按照計算的泄洪洞泄流能力成果，當庫水位為354.00 m時，泄流能力為267 m3/s，大于20年春汛洪峰。據(jù)此分析，圍堰最高擋水位為滿足水庫向下游供水所需水位，即356.00 m。

表2 泄洪洞泄流量表

4.3 溢洪道圍堰汛期過流工況計算分析

1）過水圍堰頂高程選定。察爾森水庫主汛期最低庫水位在354.00 m可滿足向下游供水需要；由于設計圍堰主汛期不具備擋水功能，并考慮到汛期圍堰過水工況的穩(wěn)定性，選擇較低的過水圍堰高度對安全是有利的。因此，確定過水圍堰頂高程采用滿足水庫向下游供水需求的最低庫水位，即354.00 m。

2）調洪起始水位。根據(jù)施工進度安排，第一年及第二年汛期，溢洪道圍堰過流聯(lián)合泄洪洞泄流；第三施工年汛期溢洪道、泄洪洞可正常調度使用。

按照水庫運行調度，第一年及第二年汛前，水庫庫水位均可降至354.00 m，由此，確定主汛期起調水位采用354.00 m。

3）洪水調節(jié)計算。庫容曲線為實測庫容曲線成果，設計洪水選用1957年型。根據(jù)調洪成果分析，20年一遇洪水由1957年型控制，調洪計算水庫最高水位358.06 m。

5 導流建筑物設計

1）圍堰布置。溢洪道過水圍堰布置在溢洪道進水渠內，圍堰軸線長度約為60.0 m。

2）圍堰結構。圍堰頂設計擋水位為356.00 m，計入超高1.65 m，設計圍堰頂高程為357.65 m。過水圍堰設計頂高程為354.00 m。圍堰堰頂寬度4.0 m，迎水坡坡比為1∶2，擋水部分背水坡坡比為1∶1.5，過水部分背水坡坡比為1∶3.0。圍堰上部擋水部分采用草袋土填筑，下部過水部分采用砂礫石填筑，過水面采用30 cm（最小厚度）模袋混凝土防護。上下游坡腳處模袋混凝土上部設30 cm厚混凝土防護板。度汛工況圍堰斷面型式見圖1，非汛期工況圍堰斷面型式見圖2。

圖1 度汛工況導流圍堰斷面型式（高程單位：m）

圖2 非汛期工況導流圍堰斷面型式（高程單位：m）

6 結語

察爾森水庫除險加固工程施工導流設計方案根據(jù)加固工程內容及特性，利用現(xiàn)有泄水建筑物作為導流通道，節(jié)省了新建過流建筑物的費用，同時通過詳細分析施工程序，提出了合理的施工工期。圍堰采用過水圍堰型式降低了施工期圍堰作為水庫擋水建筑物的運行風險，規(guī)避了圍堰失事造成庫水集中下泄，給下游帶來災難性后果的可能。同時，考慮在施工期盡可能保障水庫效益，減少棄水，對圍堰頂高程進行了充分論證。目前，水庫加固工程正在施工，施工導流基本按照設計方案實施，導流建筑物運行狀況良好。

TV697

B

1002－0624（2017）03－0003－03

2016-11-17