吳偵輝(貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

響水水庫工程施工導(dǎo)流規(guī)劃與實(shí)踐

吳偵輝
(貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

針對響水水庫建壩河段河谷為深切峽谷地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜、流域洪水洪峰歷時短且量大集中等問題，經(jīng)現(xiàn)場踏勘并根據(jù)SL303—2004等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合考慮樞紐布置、施工期設(shè)計洪水、施工工藝及投資經(jīng)濟(jì)效益等因素，優(yōu)選圍堰一次攔斷河床，河床右岸隧洞導(dǎo)流方案.經(jīng)導(dǎo)流洞合理布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)的多次優(yōu)化調(diào)整，并結(jié)合調(diào)洪計算成果，合理確定了壩區(qū)導(dǎo)流程序.

洪峰；施工導(dǎo)流；導(dǎo)流洞；響水水庫

響水水庫位于烏江上游支流白甫河一級支流響水河中游河段，屬長江流域烏江水系.壩址區(qū)距左岸竹園鄉(xiāng)約6 km，距右岸響水鎮(zhèn)4 km，距畢節(jié)市約64 km.工程任務(wù)是向大方縣煤化工產(chǎn)業(yè)基地提供工業(yè)用水及向響水鄉(xiāng)、竹園鄉(xiāng)提供農(nóng)田灌溉用水.水庫正常蓄水位1 366.00 m，正常蓄水位以下庫容2 910 萬m3；校核洪水位1 368.11 m，總庫容3 279 萬m3；死水位1 342.00 m，死庫容522 萬m3，興利庫容2 388 萬m3.工程規(guī)模為中型，屬Ⅲ等工程，擋水、泄水等主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級[1].大壩樞紐區(qū)兩岸均有村級公路通過，工業(yè)、灌溉輸水管線的主要管段也有村道相通，工程交通條件總體尚可.

1 施工導(dǎo)流水文地質(zhì)條件

響水水庫推薦壩址控制流域面積318.8 km2，主河道長38.8 km，河道平均比降6.24‰.流域?qū)俚湫偷纳絽^(qū)雨源性河流，徑流主要由降水補(bǔ)給，徑流特性與降水特性基本一致.該區(qū)徑流洪枯懸殊，年內(nèi)分配不均，豐水期5～10月徑流量占全年徑流量的77.9%左右，枯水期11～次年4月徑流量占全年徑流量的22.1%左右.流域多年平均流量為1.37 m3/s，最大年均流量2.37 m3/s，最小年均流量0.66 m3/s.

壩址河谷為深切峽谷地貌，呈基本對稱“V”型橫～縱向河谷.左岸山頂高程1 388.0～1 409.0 m左右，河床至1 370.0 m之間地形坡度50°～55°，1 370.0 m以上一帶為40°左右；右岸山頂高程1 400.0～1 410.0 m左右，河床至1 342.0 m高程地形坡度45°～50°，1 342.0～1 354.0 m地形坡度30°～38°，1 354.0 m以上為42°～50°左右；枯季河水位高程1 311.0～1 311.5 m.施工導(dǎo)流洞布置在河床右岸，采用城門洞型，由2個直線段和1個圓弧段組成.進(jìn)口明挖段(導(dǎo)0-009.56～導(dǎo)0+000.00 m)，地形坡度45°～60°，洞臉邊坡基巖裸露，為關(guān)嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，存在卸荷帶分布及強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，建議強(qiáng)卸荷帶全部挖除，再進(jìn)行鎖口支護(hù)處理后進(jìn)入洞挖.進(jìn)口淺埋段(導(dǎo)0+000.00 m～導(dǎo)0+009.07 m)，地層為關(guān)嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，隧洞軸線與巖層走向大角度相交，甚至垂直,圍巖為強(qiáng)風(fēng)化至弱風(fēng)化巖體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性相對較差，成洞條件一般，施工開挖時局部可能有較大的掉頂和垮壁現(xiàn)象.洞身段(導(dǎo)0+009.07 m～導(dǎo)0+351.39 m)穿越關(guān)嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r地層，洞室埋深40～80 m，隧洞軸線與巖層走向夾角為30°～90°，圍巖類別為Ⅲ～Ⅳ類.遇強(qiáng)巖溶發(fā)育地段為Ⅴ類圍巖，約占洞身段30%～40%，不能自穩(wěn).隧洞出口段(導(dǎo)0+351.39 m～導(dǎo)0+371.39 m)穿越關(guān)嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r地層，隧洞軸線與巖層走向夾角為90°左右,但卸荷帶及強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，圍巖類別為Ⅴ類，成洞條件較差，不能自穩(wěn).出口明挖段(導(dǎo)0+371.39～導(dǎo)0+375.53),地形坡度45°～60°，較陡峭，基巖裸露，為關(guān)嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r，為(T2g2)弱風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r地層，圍巖類別為Ⅳ類，明挖段邊坡高達(dá)14 m，洞臉為逆向坡，但卸荷帶及強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，裂隙發(fā)育，建議作掛網(wǎng)加噴錨支護(hù)處理[2].

2 施工導(dǎo)流方式

響水水庫工程等別為Ⅲ等中型水庫，擋水建筑物為重力壩，最大壩高72.00 m，壩頂寬度7.00 m.根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)的相關(guān)規(guī)定，主要建筑物為3級，次要水工建筑物為4級[3-4].根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303—2004)及《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計規(guī)范》(SL623—2013)的相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)流建筑物(導(dǎo)流隧洞及上、下游圍堰)的級別定為5級[5].導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相應(yīng)流量Q=318.0 m3/s.推薦壩址天然設(shè)計洪水成果(見表1).

表1 推薦壩址天然設(shè)計洪水成果表

根據(jù)河床地形條件，結(jié)合混凝土重力壩壩型特點(diǎn)，確定采用上、下游圍堰一次攔斷河床，隧洞導(dǎo)流方式.隧洞在汛期會形成有壓流，過流能力按照有壓流進(jìn)行考慮，導(dǎo)流洞斷面分別取5.0 m×6.15 m、5.3 m×6.50 m、5.6 m×6.65 m、5.8 m×6.65 m共4個斷面進(jìn)行計算復(fù)核，每個斷面與之對應(yīng)的圍堰及導(dǎo)流洞進(jìn)行組合[5].經(jīng)過調(diào)洪演算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，圍堰及導(dǎo)流洞最經(jīng)濟(jì)組合對應(yīng)的導(dǎo)流洞斷面為5.6 m×6.5 m，對應(yīng)的上游圍堰最大堰高為14.7 m.

3 施工導(dǎo)截流設(shè)計

3.1 導(dǎo)流洞設(shè)計

導(dǎo)流洞按5級建筑物設(shè)計，斷面采用城門洞型.導(dǎo)流洞進(jìn)口底板高程定為1 315.50 m，出口底板高程1 310.00 m，隧洞總長371.39 m，底坡1.48%.隧洞由2個直線段和1個圓弧段組成.上游第1個直線段為導(dǎo)流洞進(jìn)口段，長90.21 m，方位角為S82.22°W，圓弧段長29.14 m，圓弧R為50 m，中心角33.40°；第2個直線段長252.04 m，方位角為S48.83°W.經(jīng)水力計算，確定隧洞過水?dāng)嗝娉叽?寬×高)為5.6 m×6.65 m，直墻高度5.0 m，頂拱中心角122.04°，開挖斷面尺寸為(寬×高)6.8 m×7.75 m.導(dǎo)流洞開挖后先噴10 cm厚的C20混凝土，并作φ25系統(tǒng)錨桿支護(hù)，開挖完畢后再采用全洞段50 cm厚C25鋼筋混凝土襯砌.導(dǎo)流洞進(jìn)、出口基巖裸露，明挖邊坡均采用1 ∶0.3，洞臉采用φ25系統(tǒng)錨桿(長4.5 m)+噴10 cm厚混凝土支護(hù).進(jìn)、出口邊坡開挖高度在15 m內(nèi)，不考慮設(shè)置馬道.

3.2 圍堰設(shè)計

由于土石圍堰具有地基適應(yīng)性強(qiáng)，能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，施工技術(shù)成熟及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良等特點(diǎn)，故上、下游圍堰均采用土石圍堰.圍堰建筑物級別與導(dǎo)流洞相同，均為5級.圍堰安排在河床以下壩基開挖前填筑，根據(jù)施工進(jìn)度安排，圍堰在第2年的10月份形成.

上游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用年限為次年11月～第4年1月，共14個月，全年擋水，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇(P=10%)全年洪水，相應(yīng)流量Q=318.0 m3/s，迎水面最高擋水水位1 325.40 m，堰頂高程1 326.5 m，最大堰高14.7 m，堰頂寬6.0 m，堰頂長47.74 m.圍堰上游迎水面坡比為1 ∶2，下游背水面坡比為1 ∶1.8.圍堰堰體采用粘土心墻防滲，防滲體頂部高程1 326.00 m；圍堰基礎(chǔ)采用帷幕防滲.上游圍堰軸線上游約20 m處設(shè)截流戧堤，高5.0 m，頂寬6.0 m，上游邊坡1 ∶2.5、下游邊坡為1 ∶1.5，頂部高程1 318.00 m，頂軸線長31.92 m.戧堤設(shè)粘土斜墻防滲，上游側(cè)拋塊石保護(hù)，截流戧堤形成后作為圍堰的一部分.

下游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和使用期限與上游圍堰相同，下游迎水面最高擋水水位1 314.9 m，堰頂高程1 316 m，最大堰高6.5 m，堰頂寬6.0 m，堰頂長34.42 m.上游背水面坡比為1 ∶1.8，下游迎水面坡比為1 ∶2.0.圍堰堰體采用粘土心墻的防滲型式；圍堰基礎(chǔ)采用帷幕防滲.

由于上游圍堰堰頂高程1 326.50 m，低于放空底孔進(jìn)口底板高程1 331.0 m，遠(yuǎn)低于水庫死水位1 342.0 m，完工后不考慮拆除.工程完工后應(yīng)將下游圍堰拆除，運(yùn)至大壩下游交通洞進(jìn)口附近的棄渣場堆放.

3.3 施工度汛

當(dāng)壩體澆筑高度高于圍堰后，其臨時渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303—2004)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行[6].響水水庫攔河壩為混凝土重力壩，當(dāng)壩體攔洪庫容小于0.1億m3時，度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇全年流量設(shè)計，相應(yīng)洪峰流量318 m3/s.當(dāng)壩體澆筑到上游圍堰頂高程(1 326.50 m)時，壩體混凝土澆筑工程量為15.37萬m3，根據(jù)全年導(dǎo)流方案施工進(jìn)度，達(dá)到該高程的時間為第3年7月上旬.響水水庫5月即進(jìn)入汛期，汛期壩體混凝土澆筑需在上游圍堰的保護(hù)下進(jìn)行.

根據(jù)水位庫容曲線，當(dāng)壩體澆筑到1 350.00 m時，壩前最大攔蓄庫容為1 033萬m3.此時，壩體混凝土澆筑工程量為24.6 萬m3，根據(jù)全年導(dǎo)流方案施工進(jìn)度，達(dá)到該高程的時間為第3年11月中旬，即1 350.0 m以上壩體施工為枯期(第3年11月中旬～第4年1月底).全年導(dǎo)流方案的施工度汛方式為上、下游圍堰擋水，導(dǎo)流洞過流.

3.4 堵頭設(shè)計及壩區(qū)導(dǎo)流程序

堵頭位于導(dǎo)流洞與大壩帷幕灌漿位置.堵頭迎水面樁號為導(dǎo)0+144.17 m，底板高程1 313.37 m.水庫校核洪水位為1 368.11 m，作用在堵頭上的最大水頭為54.74 m.經(jīng)計算導(dǎo)流隧洞堵頭長為10.04 m，考慮安全富余、施工條件和其他異常情況，隧洞封堵長取20.0 m.堵頭樁號為導(dǎo)0+144.17 m～導(dǎo)0+164.17 m.壩區(qū)導(dǎo)流程序(見表2).

表2 壩區(qū)導(dǎo)流程序

3.5 截流

響水水庫采用全年導(dǎo)流方案，截流時間主要由施工進(jìn)度安排及當(dāng)?shù)厮臍庀筇攸c(diǎn)確定[7]，截流時段選擇在10月上旬進(jìn)行，截流標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，截流設(shè)計流量采用10月平均流量，相應(yīng)的截流設(shè)計流量為Q=3.99 m3/s.考慮到截流設(shè)計流量不大、土料場位置、左岸交通方便且較易布置截流施工場地等特點(diǎn)[8]，選擇從左岸向右岸立堵進(jìn)占截流.

在上游圍堰處設(shè)戧堤截流，主要截流材料可直接利用壩基開挖料，戧堤上游粘土從大壩下游土料場開挖后沿壩下游左岸進(jìn)基坑公路運(yùn)到工作面填筑；戧體由12 t振動碾壓實(shí)，粘土鋪蓋由羊足碾配合夯板壓實(shí)；護(hù)坡塊石用挖掘機(jī)上料、人工配合填實(shí).截流從左岸向右岸推進(jìn)，立堵法進(jìn)占截流.截流成功后在戧堤后加高培厚，最終形成上游圍堰[9].由于截流流量不大，下游圍堰可不設(shè)戧堤截流，直接從左岸向右岸進(jìn)占填筑.

4 結(jié) 論

響水水庫壩址區(qū)存在漲峰歷時短、洪峰陡峻、洪量集中、洪水匯流時間較短等山區(qū)性河流特點(diǎn)，且壩址區(qū)地形地質(zhì)條件較復(fù)雜，為確保工程高效優(yōu)質(zhì)安全施工和防洪度汛，緊密結(jié)合庫區(qū)水文地質(zhì)條件和調(diào)洪成果，對導(dǎo)流方案和導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了合理優(yōu)化確定，以滿足工程特性和實(shí)際施工條件需求.

(1)采用上、下游圍堰一次攔斷河床，隧洞導(dǎo)流方式，充分利用了工程區(qū)地形地質(zhì)條件，把導(dǎo)流洞布置在河床右岸，并采用城門有壓洞型式，有利于導(dǎo)流洞施工.

(2)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相應(yīng)流量Q=318.0 m3/s，有利于工程安全施工度汛.

(3)利用壩基開挖料在上游圍堰處設(shè)戧堤截流，從左岸向右岸進(jìn)占填筑，立堵法進(jìn)占截流，實(shí)現(xiàn)開挖棄料填筑再利用，節(jié)省了工程投資.

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Planning of Construction Diversion for Xiangshui Reservoir

WU Zhen-hui
(Guizhou Xinzhongshui Engineering Co., Ltd, Guiyang 550001, China)

Xiangshui Reservoir dam is constructed in the narrow valley with complex topographical and geological conditions, therefore, the flood peak in river basin is likely to concentrate in large amount with short duration. Combining the site reconnaissance data and SL303—2004 standards, the optimal scheme of whole cofferdam blockade with right tunnel diversion has been chose by considering the dam layout, the design flood in construction period, the construction technology, the economic benefit and other factors. The diversion procedure in dam area has been reasonably determined after reasonable arrangement of the diversion tunnel and multiple adjustments of the structure parameter.

flood peak; construction diversion; diversion tunnel; Xiangshui Reservoir

2016-10-24

吳偵輝(1986-)，男，陜西安康人，工程師，研究方向為水利水電工程施工組織設(shè)計.

TV698

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1008-536X(2017)02-0041-04