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        淺析中小型水庫(kù)工程綜合防洪度汛與導(dǎo)流技術(shù)

        2021-11-03 01:06:48楊莉英婁旭峰
        四川水利 2021年5期
        關(guān)鍵詞:主體工程度汛水洞

        楊莉英,婁旭峰

        (1.四川省綿陽(yáng)武都引水工程建設(shè)管理局,四川 綿陽(yáng),621000;

        2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司,拉薩,850000)

        1 引言

        某水庫(kù)工程按前期設(shè)計(jì)導(dǎo)截流方案及截流時(shí)段,在第一年度4月份開(kāi)工,到第二年度2月份通過(guò)大壩上游二期戧堤合龍截流,庫(kù)內(nèi)蓄水約21.0m高度后,通過(guò)左側(cè)的放空輸水洞進(jìn)行導(dǎo)流。但實(shí)際工程因招標(biāo)時(shí)段延遲,第一年9月才開(kāi)工建設(shè),較初步設(shè)計(jì)批復(fù)的施工時(shí)段相差約5個(gè)月,導(dǎo)致工程在第二年2月份達(dá)不到初步設(shè)計(jì)的導(dǎo)截流條件,按初步設(shè)計(jì)批復(fù)的施工方案,本工程導(dǎo)截流被延遲到第二年6-7月份,正逢在主汛期,對(duì)工程在汛期開(kāi)展導(dǎo)截流施工增加了較大的難度,并對(duì)主體工程施工參數(shù)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此,施工中能否確保工程度汛安全和主體工程能否連續(xù)進(jìn)行,成為了工程如何做好防汛與導(dǎo)流技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。

        在上述情況下,工程參建各方根據(jù)工程實(shí)際條件,組織召開(kāi)了關(guān)于汛期是否進(jìn)行導(dǎo)截流與主體工程如何連續(xù)施工的專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì),會(huì)后再根據(jù)專(zhuān)家咨詢(xún)意見(jiàn)就有關(guān)汛期導(dǎo)截流方案與安全度汛、防洪與導(dǎo)截流應(yīng)急管理等措施進(jìn)行了深入研究,并開(kāi)展了多方對(duì)比分析,最終確定工程調(diào)整導(dǎo)流方案與截流時(shí)段,確保工程安全度汛和主體工程汛期連續(xù)施工是非常有必要的。

        2 工程特點(diǎn)

        該水庫(kù)工程開(kāi)發(fā)任務(wù)是以灌溉為主,結(jié)合城鎮(zhèn)供水等綜合利用的III等中型水庫(kù)工程,最大壩高58.81m,壩長(zhǎng)452.0m,總庫(kù)容1043.0萬(wàn)m3。樞紐總布置由放空輸水洞、瀝青心墻混凝土砂礫石壩、溢洪道等結(jié)構(gòu)組成。工程庫(kù)區(qū)流域地形為4000m以上的高原高海拔地區(qū),屬半干旱亞寒帶高原氣候,日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈,氣溫年較差小,日較差大;干濕季節(jié)明顯,夏季降水集中,且多夜雨,冬季降水少。壩基覆蓋層達(dá)108.0m,在采取防滲墻截?cái)嗪螅叵滤怀掷m(xù)抬高,上游水位高于設(shè)計(jì)瀝青心墻基座高程,對(duì)主體工程截流影響較大。

        工程區(qū)域多年平均降水量385.4mm,其中夏季(6-8月)降水量為274.6mm,占年降水總量71.1%,冬季(12-次年2月)僅為1.3mm,占年降水總量0.34%。主汛期主要在7-9月,初設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算的壩址處年平均流量為0.572m3/s,工程區(qū)地形陡峻,河道及坡面坡度大,流域面積小,洪水匯流和漲落快,流速大,挾沙能力強(qiáng)。一次洪水過(guò)程歷時(shí)1~3天,主汛期10年一遇的最大洪峰流量在36.5m3/s。水庫(kù)分期設(shè)計(jì)洪水流量成果見(jiàn)表1。

        表1 水庫(kù)分期設(shè)計(jì)洪水成果統(tǒng)計(jì)表 單位:m3/s

        3 調(diào)整導(dǎo)截流方案

        3.1 設(shè)計(jì)導(dǎo)截流條件分析

        本工程設(shè)計(jì)采用二期導(dǎo)流,一期采用右岸老河道導(dǎo)流,二期為老河道段圍堰二期戧堤閉氣合龍,庫(kù)內(nèi)蓄水約21.0m后通過(guò)左側(cè)放空輸水洞自然導(dǎo)流。施工導(dǎo)截流安排在2月份進(jìn)行,10年重現(xiàn)期最大水流量為2.16m3/s,截流流量為0.27m3/s。按設(shè)計(jì)導(dǎo)截流時(shí)段,不存在防汛安全問(wèn)題,且對(duì)工程導(dǎo)截流不產(chǎn)生施工上的影響,但因工程受開(kāi)工時(shí)間影響,導(dǎo)致設(shè)計(jì)導(dǎo)截流時(shí)段產(chǎn)生了較長(zhǎng)的延遲,施工中完全不能按照設(shè)計(jì)的枯水時(shí)段進(jìn)行導(dǎo)截流。

        3.2 導(dǎo)截流時(shí)段變化的影響

        按相關(guān)導(dǎo)截流條件分析,結(jié)合工程實(shí)際具備條件,一期圍堰、泄水建筑物等在7月份可具備截流條件,但正屬于主汛期,與設(shè)計(jì)的導(dǎo)截流時(shí)段相差較大,導(dǎo)截流流量按10年一遇的最大洪峰流量將達(dá)36.5m3/s。若在此時(shí)段內(nèi)進(jìn)行大壩上游圍堰二期戧堤合龍截流,庫(kù)內(nèi)開(kāi)始蓄水21.0m通過(guò)輸水洞導(dǎo)流,則對(duì)壩體瀝青心墻混凝土施工質(zhì)量,圍堰二期戧堤閉氣合龍?zhí)钪脱雌诜篮槎妊窗踩?,均產(chǎn)生較大的影響。若將工程導(dǎo)截流時(shí)段調(diào)整至汛期之后10月份進(jìn)行,則主體工程將在汛期面臨停工,造成人員放假、設(shè)備閑置影響,從而造成施工成本增加、施工工期延長(zhǎng)等諸多問(wèn)題。同時(shí)在10月份截流后,面臨高原寒冷地區(qū)冬季施工,在增加施工難度的同時(shí),工程進(jìn)度、成本將再次受到較大影響。

        3.3 調(diào)整的導(dǎo)流方案

        鑒于上述導(dǎo)截流與汛期度汛安全的影響,施工中根據(jù)專(zhuān)家咨詢(xún)意見(jiàn),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件分析,最終提出了在主汛期不進(jìn)行截流工作的情況下,既能保證工程防洪度汛安全,又能保證大壩主體工程能連續(xù)施工的可行性施工方案,即在庫(kù)區(qū)上游主河床、支溝內(nèi)分別設(shè)置導(dǎo)流圍堰,通過(guò)安設(shè)導(dǎo)流鋼管、修建明渠等方式,將庫(kù)內(nèi)水流直接導(dǎo)流到輸水洞進(jìn)口,再通過(guò)輸水洞集中導(dǎo)流,并在壩上游坡腳安設(shè)強(qiáng)排系統(tǒng)將上游堰底滲水抽排到輸水洞內(nèi),大壩主體工程則根據(jù)達(dá)到施工形象面貌,通過(guò)氣象條件觀察分析,在錯(cuò)過(guò)汛期高峰洪水時(shí)段擇機(jī)截流。此方案既可避免汛期大壩受上游洪水的影響,又可確保大壩和瀝青心墻混凝土在汛期連續(xù)施工,有利于提高壩體防滲系統(tǒng)的整體質(zhì)量,加快工程施工進(jìn)度,從而達(dá)到工程安全度汛與連續(xù)施工的良好效果,大大降低了施工成本。

        4 綜合防汛與導(dǎo)流方案

        4.1 方案總體布置

        本工程大壩上游有主河道和支溝兩條徑流,在導(dǎo)流方案中,就是要將兩條徑流中的水流集中導(dǎo)流到高位輸水洞內(nèi)完成導(dǎo)流。因此,根據(jù)汛期主體工程防洪度汛要求,結(jié)合大壩上游主河道和支溝地形地貌測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)導(dǎo)流線路和結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行了多方案對(duì)比分析,最終確定采取“先上導(dǎo)下排,后導(dǎo)排結(jié)合”的方式,可確保汛期防洪安全和主體工程連續(xù)施工,并且可確保在超標(biāo)準(zhǔn)洪水下,大壩右岸預(yù)留缺口可滿足應(yīng)急過(guò)流需求。具體方案為:

        (1)在庫(kù)區(qū)上游主河床內(nèi)設(shè)置圍堰,采取圍堰+倒虹吸鋼管形式,將主河床水流引入到輸水洞內(nèi)。

        (2)在支溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流圍堰,通過(guò)修建導(dǎo)流明渠將支溝水流引入到輸水洞內(nèi)。

        (3)通過(guò)導(dǎo)流剩余的滲水或超過(guò)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的洪水,先期通過(guò)大壩右岸未合龍的龍口進(jìn)行順暢排出,從而可解決超標(biāo)準(zhǔn)洪水的應(yīng)急過(guò)流;在大壩截流后,剩余到庫(kù)內(nèi)上游的水,采取抽排系統(tǒng)抽排的方式,將余水引排到上部放空輸水洞內(nèi)。

        (4)合理布置壩體分區(qū),當(dāng)達(dá)到一定形象面貌,且臨近主汛期末時(shí),根據(jù)天氣預(yù)報(bào),擇機(jī)在最短時(shí)間內(nèi)完成截流。

        由此形成有利的綜合防汛與導(dǎo)流系統(tǒng),確保下游壩體和心墻在汛期安全的情況下能連續(xù)施工,且后期在截流后導(dǎo)流鋼管還可拆除再用。調(diào)整導(dǎo)流方案具體布置詳見(jiàn)圖1。

        圖1 調(diào)整導(dǎo)流方案總平面布置

        4.2 方案實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

        由于工程區(qū)域汛期雨水較多,洪水陡漲陡落,洪水中夾泥沙、石塊以及雜物等,在汛期采用導(dǎo)流鋼管或明渠引排,容易產(chǎn)生過(guò)流不足、過(guò)流通道受堵等現(xiàn)象。為預(yù)防汛期對(duì)工程的影響,確定先將導(dǎo)流設(shè)施施工完成,待截流時(shí)再啟用導(dǎo)流系統(tǒng),方可確保工程度汛與導(dǎo)截流施工安全,其實(shí)施的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)包含:

        (1)在汛期進(jìn)行導(dǎo)流系統(tǒng)的主河床臨時(shí)圍堰和支溝臨時(shí)圍堰填筑時(shí),先預(yù)留一個(gè)過(guò)流缺口,將明渠和導(dǎo)流鋼管均施工完成,圍堰上游坡面鋪設(shè)防滲土工膜和40cm厚粘土,并將預(yù)留能封堵圍堰缺口寬度的土工膜,然后卷在一旁備用。

        (2)將大壩軸線范圍內(nèi)的瀝青混凝土心墻基座全部施工完成,并在河道范圍內(nèi)預(yù)留一倉(cāng)混凝土最后澆筑,待導(dǎo)流后,以最快的速度完成該段基座混凝土的施工。

        (3)在上游庫(kù)底靠左側(cè)安設(shè)大量程抽水泵,待圍堰截流后,將還有部分地下水和臨時(shí)圍堰堰體滲水流入下游,此時(shí)則將河道余水集中引排到抽排泵點(diǎn),通過(guò)排水泵抽排到上部輸水洞內(nèi)。

        (4)在汛期施工中,盡量將河道預(yù)留缺口靠近山體右岸一側(cè),然后對(duì)左岸與上游圍堰對(duì)稱(chēng)填筑,并進(jìn)行瀝青混凝土的施工。瀝青混凝土施工采用預(yù)留接頭法,將左岸側(cè)一定高程范圍內(nèi)的瀝青混凝土先施工完成,使后期截流后靠右岸側(cè)瀝青混凝土與預(yù)留壩體缺口快速上升,并與左岸平齊,可確保上游地下水位抬升或者上游來(lái)水對(duì)瀝青心墻混凝土施工的影響。

        (5)在截流時(shí),先對(duì)主河床臨時(shí)圍堰進(jìn)行截?cái)啵賹?duì)支溝臨時(shí)圍堰截?cái)?,將上游水通過(guò)倒虹吸鋼管、導(dǎo)流明渠或抽排水泵綜合啟動(dòng),并確保主河道無(wú)水的情況下,再進(jìn)行過(guò)流段心墻基座混凝土的施工。

        (6)在大壩軸線上游范圍設(shè)置集中抽水點(diǎn),并焊制浮箱,將抽水泵安設(shè)在浮箱內(nèi),使上游水位上升的同時(shí),抽水泵隨著上升完成移動(dòng)抽水,確保瀝青混凝土施工面和大壩填筑面在干地施工。

        (7)在實(shí)施過(guò)程中,首先要加強(qiáng)汛期防洪度汛的應(yīng)急管理,在超標(biāo)準(zhǔn)洪水下,先通過(guò)大壩右岸預(yù)留的缺口應(yīng)急過(guò)流;其次是在大壩截流,增設(shè)圍堰閉氣合龍后,加強(qiáng)主河床和支溝增設(shè)臨時(shí)圍堰的應(yīng)急管理,當(dāng)發(fā)現(xiàn)臨時(shí)圍堰不穩(wěn)或出現(xiàn)滲漏異常時(shí),立即采取應(yīng)急處理措施,情況緊急時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,全面做好安全工作。

        4.3 應(yīng)用效果驗(yàn)證

        通過(guò)綜合防汛與導(dǎo)流系統(tǒng)的總體規(guī)劃與調(diào)整布置,確保了大壩主體工程在汛期連續(xù)實(shí)施的同時(shí),并安全地完成了年度防洪度汛工作。按原設(shè)計(jì)方案應(yīng)為第二年度2月份截流,截流流量為0.27m3/s,經(jīng)此方案的調(diào)整與優(yōu)化,實(shí)際施工中工程于第一年度9月中旬順利實(shí)現(xiàn)了上游導(dǎo)流、大壩截流目標(biāo),9月中旬截流流量約為2.36m3/s,經(jīng)過(guò)施工過(guò)程驗(yàn)證,工程防汛與導(dǎo)截流實(shí)施效果良好,既確保了汛期連續(xù)施工,又使大壩截流時(shí)間提前5個(gè)月之久。同時(shí)在第一年年底全面完成了大壩主體工程施工,使主體工程避開(kāi)了冬季施工,主體工程超前8個(gè)月,產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。具體經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見(jiàn)表2。

        表2 綜合防汛與導(dǎo)截流施工經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

        5 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)本工程綜合防汛與導(dǎo)流技術(shù)方案的研究應(yīng)用與效果驗(yàn)證分析可知,本工程優(yōu)化調(diào)整的綜合防汛與導(dǎo)流方案實(shí)施順利,在保證工程在汛期連續(xù)施工的同時(shí),提高了汛期防汛應(yīng)急能力,既確保了防洪度汛安全,又有效避免了高原寒冷地區(qū)冬季期間的影響,使大壩主體工程提前8個(gè)月完工,測(cè)算可節(jié)約成本達(dá)到1471.6萬(wàn)元,方案效果良好,經(jīng)濟(jì)效益明顯,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益作用明顯,值得類(lèi)似工程借鑒。

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