張曉夫

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 117200）

施工導(dǎo)流主要是為了將河道水流導(dǎo)引向預(yù)定的泄水建筑物，其設(shè)計(jì)方案是水利工程建設(shè)的前置條件和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。導(dǎo)流度汛過程一般劃分為初期導(dǎo)流、中期導(dǎo)流和后期導(dǎo)流。一般而言，施工初期擋水建筑物采用圍堰工程，中后期為樞紐本身的擋水壩段。梁仁強(qiáng)等[1]通過對(duì)烏東德拱壩的施工仿真分析，優(yōu)化了水利工程施工方案；關(guān)濤等[2]通過對(duì)大崗山拱壩施工的動(dòng)態(tài)仿真分析，優(yōu)化了大壩施工進(jìn)度計(jì)劃和資源配置方案。本文結(jié)合新疆卡拉貝利水利樞紐對(duì)導(dǎo)流與圍堰施工進(jìn)行探討。

1 工程概況

卡拉貝利水利樞紐工程位于新疆境內(nèi)的克孜河上，是克孜河流域開發(fā)的控制性工程，以灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電綜合水利工程。

此水利樞紐工程總庫容2.62億m3。水庫正常蓄水位1770.00 m，設(shè)計(jì)洪水位1771.35 m，校核洪水位1773.34 m，死水位1740 m，水庫調(diào)節(jié)庫容1.687億m3。攔河壩最大壩高92.5 m，壩頂長度760.7 m，電站裝機(jī)3×23.3 MW。工程建成后，將下游防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇。工程規(guī)模為大(2)型，大壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高92.50 m，為1級(jí)建筑物。

攔河壩及泄水建筑物正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期500年，相應(yīng)洪峰流量4760 m3/s；非常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期5000年，相應(yīng)洪峰流量7460 m3/s。

樞紐工程由攔河大壩、溢洪道、導(dǎo)流洞、泄洪排沙洞、發(fā)電引水洞及電站廠房組成。大壩布置在主河床，溢洪道布置在右岸壩肩階地，發(fā)電引水洞、泄洪排沙洞布置左岸山體內(nèi)，電站廠房布置在左岸河床邊。溢洪道右岸Ⅴ級(jí)階地設(shè)置右岸防滲段，采用現(xiàn)澆混凝土墻防滲。

2 施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

2.1 洪水特性

克孜河洪水多發(fā)生在6、7、8三個(gè)月，主要是由于氣溫急劇上升使該河上游大量冰雪融化產(chǎn)生洪水。洪水受氣溫日變化影響較大，大部分峰型呈一日一峰，洪水歷時(shí)一般在5天～10天左右。水文站測得年最大洪峰流量系列年際變化較大。1999年年最大洪峰值為2220 m3/s，為歷年之首；1985年年最大洪峰僅234 m3/s，為歷年最小峰值。此工程以防洪為主的綜合利用水利樞紐，水庫下游的防洪斷面在克孜河卡拉貝利水庫下游約25 km處，有支流卡浪溝呂克河匯入?？紤]下游斷面的防洪要求，本次進(jìn)行了洪水地區(qū)組成計(jì)算，計(jì)算方法采用同頻率法，采用2004年為典型年，以下游斷面為控制斷面，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，經(jīng)計(jì)算下游斷面設(shè)計(jì)情況下（P=0.2%）洪峰流量為4760 m3/s，校核情況下（P=0.02%）洪峰流量為7460 m3/s。

2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

本工程為二等工程，主要建筑物為2級(jí)建筑物。參照《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范（SL303-2004）》要求，導(dǎo)流臨時(shí)建筑物為3級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為50 a～20 a，綜合考慮主體建筑物特性和圍堰形式，確定洪水重現(xiàn)期為20 a一遇?？紤]施工進(jìn)度計(jì)劃和工程施工強(qiáng)度，枯水期導(dǎo)流時(shí)段選擇在10月～次年4月。

2.3 導(dǎo)流方案選擇

2.3.1 導(dǎo)流方式

通常導(dǎo)流施工圍堰分為整體與分段圍堰。整體圍堰即攔截整個(gè)河床，對(duì)河道水流進(jìn)行整體攔截與阻斷，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的目的。分段圍堰是利用多段圍堰將河床按照時(shí)間和空間合理分割分段導(dǎo)流。為了提高導(dǎo)流的實(shí)施效果，在具體的施工階段，必須充分研究，確定分段圍堰實(shí)施步驟，規(guī)劃分段具體的導(dǎo)流策略。

本工程壩址區(qū)樞紐建筑物范圍內(nèi)，左右兩岸無大的滑坡及不穩(wěn)定的變形體，僅局部受裂隙切割組合，存在一些小的不穩(wěn)定巖塊，在施工中采用開挖、錨噴一般處理方法均可得到處理，且處理難度不大。河道年徑流量較大，因此采用隧洞導(dǎo)流方式。

2.3.2 導(dǎo)流程序

根據(jù)圍堰工程的實(shí)際情形和進(jìn)度計(jì)劃，壩址處10月和11月上旬的旬平均流量不大，結(jié)合庫區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件，按照施工進(jìn)度計(jì)劃合理安排施工強(qiáng)度，將工程的截留時(shí)段選在當(dāng)年10月上旬。根據(jù)《水利水電工程組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，截流洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20 a一遇，截流設(shè)計(jì)流量選擇20 a重現(xiàn)期10月上旬平均流量為41.7 m3/s。

表1 壩址處各月平均流量 單位：m3/s

2.3.3 導(dǎo)流水力計(jì)算

截流時(shí)上游來水量主要由導(dǎo)流隧洞泄流、上游河道調(diào)蓄流量、龍口泄流和戧堤滲流等幾部分下泄。其中調(diào)蓄流量和戧堤滲流部分由于占比極小，對(duì)計(jì)算結(jié)果幾乎無影響，故采用在最不利狀況下的簡化計(jì)算，即只考慮戧堤泄流和導(dǎo)流隧洞泄流流量。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口采用無控制自由堰流，洞內(nèi)為無壓流。龍口的寬為45 m，頂寬為54 m，龍口的水位～流量關(guān)系采用堰流公式計(jì)算，見式（1）：式中：Q為流量，m3/s；m為流量系數(shù)，本工程取0.32；B為龍口平均過流寬度，m；H0為上游水深，m。

根據(jù)式（1）計(jì)算龍口在不同頂寬時(shí)的水位～流量關(guān)系。

龍口截流拋石最大塊徑按照式（2）計(jì)算：

式中：d為石塊的當(dāng)量直徑（m）；g為重力加速度；rs、r為石塊和水的容重，石塊取2.6 t/m3；v為計(jì)算流速；k為穩(wěn)定系數(shù)，取1.02。

經(jīng)計(jì)算，本空城龍口拋石塊徑大于0.3 m可滿足要求。

2.3.4 截流施工

結(jié)合河道水文現(xiàn)狀擬采用立堵法雙戧進(jìn)占，龍口位于主河槽。端頭邊坡設(shè)計(jì)為1∶1.5。頭部采用鉛絲籠防護(hù)，在龍口采取拋石護(hù)底。塊石料采用2 m3挖掘機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)送導(dǎo)流隧洞開挖石料至龍口拋入。砂礫石料和粘土料采用推土機(jī)平料，振動(dòng)碾壓。截流作業(yè)時(shí)，按照從下游往上游先后拋填塊石、砂礫料和粘土料的順序快速填筑[3]。圍堰水上部分參照碾壓試驗(yàn)確定的措施分層填筑碾壓至設(shè)計(jì)高程，確保截流成功。

2.3.5 導(dǎo)流運(yùn)行階段損失估算

施工前為了明確投資風(fēng)險(xiǎn)收益比，應(yīng)合理估算方案的風(fēng)險(xiǎn)損失，為此建立導(dǎo)流損失費(fèi)與施工過程關(guān)系，見圖1。

圖1 施工導(dǎo)流運(yùn)行期損失值分布圖

導(dǎo)流損失包括3個(gè)方面：①初期導(dǎo)流T1～T2階段，損失表示為f1(t)，包括圍堰潰決損失、基坑二次排水清淤費(fèi)用及工期延誤損失。②初期導(dǎo)流至中期導(dǎo)流T2～T3階段，損失表示為f2(t)，主要包括圍堰潰決損失、基坑二次排水清淤費(fèi)用、主體工程潰決損失及工期延誤損失。③T3階段為導(dǎo)流中期至后期階段，損失主要包括主體工程潰決損失和工期延誤損失。此階段損失值較小，記為f3(t)。根據(jù)闡述建立導(dǎo)流期間運(yùn)行損失函數(shù)，見式（3）：

3 結(jié)語

結(jié)合卡拉貝利水利樞紐工程，引入系統(tǒng)計(jì)算方法和風(fēng)險(xiǎn)估算公式，為確定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的導(dǎo)流方案提供合理方案。

（1）水利工程的施工過程與導(dǎo)流方案及圍堰技術(shù)密切相關(guān)，直接影響工程最終的施工質(zhì)量水平[3]。

（2）水利工程施工風(fēng)險(xiǎn)的不確定性導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)損失的估量十分困難[4]。本文將施工導(dǎo)流失效后產(chǎn)生的損失劃分為工程損失，基坑系統(tǒng)損失和工期損失，為風(fēng)險(xiǎn)決策及風(fēng)險(xiǎn)保險(xiǎn)費(fèi)率確定提供參考。