觀音巖水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計研究

廖仕信

觀音巖水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計研究

廖仕信

（貴州新中水工程有限公司 貴州貴陽 550001）

觀音巖水庫工程初步設(shè)計階段，對施工導(dǎo)流關(guān)鍵技術(shù)問題進行了詳細的論證分析，提出了合理的施工導(dǎo)流方式、導(dǎo)流建筑物布置和施工方案。工程初期采用圍堰一次攔斷河床、左岸導(dǎo)流洞過流方式；后期采用壩體直接擋水，左岸導(dǎo)流洞泄洪方式。該方案既能滿足工程施工現(xiàn)場安全度汛需求，又可以使水庫大壩連續(xù)快速施工，為工程安全可靠、高效施工奠定基礎(chǔ)，效果良好。

觀音巖水庫 施工導(dǎo)流 導(dǎo)流標準 圍堰

1 工程概況

觀音巖水庫工程主要建筑物由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩頂溢流表孔、取水口、沖沙放空底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房、輸水管道及附屬設(shè)施等組成。樞紐工程等別為Ⅲ等，水庫規(guī)模為中型，擋水大壩按2級設(shè)計，泄水、取水口建筑物級別為3級，永久性次要建筑物為4級，導(dǎo)流工程建筑物為5級。樞紐區(qū)主體工程土石方明挖29.19萬m3，石方洞挖0.345萬m3，混凝土及鋼筋混凝土31.25萬m3，鋼筋制安1544.3t，固結(jié)灌漿總進尺0.63萬m，帷幕灌漿總進尺2.55萬m，金屬結(jié)構(gòu)安裝324t。工程總投資68766萬元，總工期32個月。

2 施工導(dǎo)流水文地質(zhì)條件

觀音巖水庫推薦方案壩軸線以上集水面積97.2km2，多年平均徑流量萬m3，多年平均流量2.15m3/s，枯期平均徑流量1080萬m3，枯期平均流量0.69m3/s，最枯月平均徑流量91.5萬m3，最枯月平均流量0.35m3/s。徑流年內(nèi)分配不均，5～10月徑流量占全年的85.0%左右，其中6～9月占全年的70%左右，11月～次年4月占全年的15%左右。年最小流量多出現(xiàn)在每年的3月和4月。水庫所在流域?qū)賮啛釒臐翊焊蓽嘏瘹夂?，冬無嚴寒夏無酷暑。多年平均年降水量1227.1mm，日降水量P≥0.1mm降水日數(shù)216天，P≥25.0mm降水日數(shù)12天，P≥50.0mm降水日數(shù)2天，年最大一日降水量發(fā)生在1968年5月22日，日降水量達178.8mm。主要的災(zāi)害性天氣有干旱、冰雹、秋季低溫綿雨、倒春寒、霜凍等。水庫建成后水面蒸發(fā)量加大，蒸發(fā)量增量約為29.5萬m3。

壩址處河流總體向SE凸出，流向為N85°E至N5°E，河谷為基本對稱“V”型谷。左岸為順-斜向坡，右岸為逆-斜向坡，左岸坡總體為一凸出的山脊地形，坡度多大于60°，局部有25°左右小緩坡；右岸高程1382m以下為坡度大于64°的陡崖，1382m以上為35°～54°斜坡地形。大壩地基巖體主要為T1yn1-3中厚層灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r。

3 施工導(dǎo)流方式

表1 施工分期洪水成果表

觀音巖水庫工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，工程施工導(dǎo)流保護對象主要建筑物級別由3級提高為2級。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定[1]，導(dǎo)流建筑物級別定為4級，導(dǎo)流標準采用10年一遇（P=10%），選擇的導(dǎo)流時段為11月～次年4月，相應(yīng)的導(dǎo)流設(shè)計流量為Q=37.2m3/s。施工分期洪水成果表如表1所示。

3.1初期導(dǎo)流方式

壩軸線處河谷狹窄，河床寬僅10～20m，且兩岸無天然灘地、臺地可以利用，不具備分期導(dǎo)流或明渠導(dǎo)流的條件；由于大壩左岸為凸岸，且山體雄厚，基巖相對完整，具備成洞條件。因此，初期導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河床、左岸導(dǎo)流洞過流方式。

3.2后期導(dǎo)流方式

第二個汛期至導(dǎo)流洞下閘封堵前，可采用壩體直接擋水，為確保安全，僅考慮從左岸導(dǎo)流洞泄洪（右壩段1360m高程放空底孔作為安全儲備）。根據(jù)大壩澆筑進度安排，第二年4月底，大壩可澆筑到1368m高程。經(jīng)調(diào)洪演算，當遭遇10年一遇（P=10%，Q=267m3/s）全年洪水時，水庫內(nèi)庫容為78.5萬m3，最高水位達到1366.49m，低于1368m高程，所以大壩在第一個汛期滿足安全度汛要求。后續(xù)施工期間，當發(fā)生超標準洪水時，可利用導(dǎo)流洞和放空底孔泄洪、壩頂臨時過水，洪水過后需對大壩過水斷面作處理，再恢復(fù)施工。導(dǎo)流洞下閘封堵后，由壩體擋水，由永久泄水建筑物（壩頂溢洪道和沖沙兼放空底孔）泄流，其泄流量滿足設(shè)計要求。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

4.1導(dǎo)流洞設(shè)計

（1）洞線布置。左右岸均無影響隧洞布置的制約性地質(zhì)條件。洞線選擇主要從地形條件、導(dǎo)流洞水流條件和樞紐布置等因素比較。壩軸線處河段左岸為凸岸，右岸為凹岸，若導(dǎo)流洞布置在右岸，其進出口地形較緩，均存在較大土石方明挖，不利于降低工程投資；另外，導(dǎo)流洞需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)彎，水流方向變化大，水流條件較差，且左岸進基坑公路與導(dǎo)流洞出口相交，需解決臨時交通問題，這將會對主體工程施工產(chǎn)生一定干擾。若導(dǎo)流洞布置在左岸，可利用其凸出山脊的有利地形，洞線僅需一次轉(zhuǎn)彎即可，且轉(zhuǎn)彎角度較小，易形成較好的水流條件；另外，導(dǎo)流洞進口為一陡壁，巖石完整，可直接掛口。不足之處在于導(dǎo)流洞出口段穿過一淺層崩塌體，但導(dǎo)流洞出口洞臉開挖邊線距該淺層崩塌體邊線有一定安全距離，施工對該崩塌體影響不大。據(jù)地質(zhì)調(diào)查，該崩塌體厚度小于10m，下伏圍巖較厚，滿足隧洞成洞條件。

因此，將導(dǎo)流洞布置在左岸，其進口布置閘門井（啟閉平臺采用臨時鋼排架啟閉閘門），采用鋼閘門下閘封堵，施工結(jié)束后先按水工設(shè)計要求將導(dǎo)流隧洞前段回填，并在導(dǎo)流洞內(nèi)大壩帷幕線上作混凝土堵頭封堵。

（2）結(jié)構(gòu)型式。為滿足隧洞枯期過流、汛期參與度汛、隧洞開挖襯砌機械施工最小斷面等要求，導(dǎo)流洞設(shè)計在施工枯期按無壓流、汛期按有壓流計算過流能力。

導(dǎo)流洞設(shè)計為城門洞型，拱頂中心角120°，導(dǎo)流洞開挖后先作10cm厚的C20噴混凝土襯砌，再采用全洞段30cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，過水斷面底寬為2.8m，直墻高2.4m；開挖斷面3.60m（寬）×3.90m（高）；導(dǎo)流洞最大開挖斷面面積12.93m2。導(dǎo)流洞較破碎的Ⅳ、Ⅴ類圍巖段應(yīng)采用臨時鋼支撐加強支護。導(dǎo)流洞進口底板高程定為1341.5m，出口底板高程1334.5m；進口明挖段長13.0m，隧洞洞身段長207.0m，隧洞縱坡3.38%，出口明挖段長6.0m。

4.2圍堰設(shè)計

由于土石圍堰具有地基適應(yīng)性強，能充分利用當?shù)夭牧?，施工技術(shù)成熟及技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)良等特點，故上、下游圍堰均采用土石圍堰[2]。

大壩上游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用年限為第一個枯水期，擋水時段為11月～次年4月，設(shè)計標準P=20%，相應(yīng)流量Q=37.2m3/ s，堰前最高擋水水位1343.9m，堰頂高程1344.7m，最大堰高4.5m，堰頂寬3m，堰頂長28.5m。上游迎水面坡比為1：2.0，下游背水面坡比為1：1.75。堰基河床覆蓋層厚度約2～4m，堰體采用粘土心墻防滲，基礎(chǔ)采用帷幕防滲。由于大壩施工完畢后上游已不具備交通條件，而上游圍堰堰頂高程1344.7m，遠低于死水位1382.5m，完工后不考慮拆除。

大壩下游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用期限為第一個枯期到工程完工，汛期過后可迅速恢復(fù)。圍堰設(shè)計標準為枯期（11月～次年4月）P=20%，Q=27.3m3/s，迎水面水位1336.4m，堰頂高程1337.2m，最大堰高3.5m，堰頂寬3.0m，堰頂長19.0m。上游背水面坡比為1:1.75，下游迎水面坡比為1:2.0。堰基河床覆蓋層厚度為3～5m，堰體采用粘土心墻的防滲，基礎(chǔ)采用帷幕防滲。

5 導(dǎo)流建筑物施工

5.1導(dǎo)流洞施工

（1）土石方開挖。導(dǎo)流洞進、出口覆蓋層采用1m3挖掘機開挖，石方采用人工自上而下手風(fēng)鉆鉆孔爆破，開挖渣料采用1m3挖掘機裝8t自卸汽車出渣。進出口邊坡應(yīng)及時進行噴錨支護。導(dǎo)流洞洞身段圍巖以Ⅲ類為主，進出口有少量Ⅳ類圍堰，總體穩(wěn)定性較好。導(dǎo)流洞洞挖從進出口兩個工作面進行，采用小型汽車排架配合人工持手風(fēng)鉆鉆孔、人工裝藥一次爆破成型，開挖渣料采用扒渣機輔以人工裝小型自卸汽車或拖拉機運輸出渣。棄渣綜合運距約1.8km。導(dǎo)流洞土石方開挖有用料分選并運到壩下游右岸廠房附近的臺地堆放，作為壩區(qū)部分砂石料和塊石料的毛料，無用料直接運到大壩上游指定棄渣場堆放。

（2）噴錨支護及混凝土襯砌。為加強導(dǎo)流洞洞身的穩(wěn)定性，確保施工安全，導(dǎo)流洞全洞段需進行噴錨一次支護。噴混凝土采用BW200/400型混凝土噴射機施工，原材料由小型自卸汽車或拖拉機運到工作面，每次噴3～5cm，總厚10cm。錨桿采用TY24型手風(fēng)鉆沿徑向造孔，局部加固的隨機錨桿孔向應(yīng)與滑動面的傾向相反，并與滑動面的交角大于45°；錨桿為Φ25水泥砂漿錨桿，材料為Ⅱ級鋼筋，長3m，間排拒3m，梅花型布置；錨桿采用“先注漿后安錨桿”的程序施工。

導(dǎo)流洞內(nèi)混凝土襯砌施工時，鋼筋在加工場制作，自卸汽車運到洞內(nèi)后，人工搬運進洞并綁扎成型。模板采用20cm×150cm鋼模板拼裝，局部異型模板采用木模加工成型后現(xiàn)場拼裝。模板支撐采用簡易鋼拱架進行。砂石骨料利用洞碴現(xiàn)場加工，混凝土由布置在右岸臨時公路旁的0.35m3拌和機拌制，HBT20-37ZⅢ型輸送泵泵送入倉，人工持50型振搗棒或附著式振搗器振搗密實。

5.2圍堰施工

圍堰主體部分土石料填筑利用導(dǎo)流洞及壩肩開挖料，粘土在大壩下游右岸土料場開挖，填筑料采用1m3挖掘機挖裝8t自卸汽車運輸至工作面，推土機或小型挖掘機鋪平，12t振動碾分層碾壓，心墻與堰體同步交錯上升。堰體形成后，迎水面下部的護腳塊石采用挖掘機拋填，水上部分采用人工輔助干砌。大壩下游圍堰和廠房圍堰拆除采用1m3反鏟挖掘機裝8t自卸汽車運輸出渣，作為后期進場公路休整或廠區(qū)場地平整用料。

6 結(jié)束語

施工導(dǎo)流是水利水電工程施工設(shè)計的重要內(nèi)容，是控制施工進度工期的關(guān)鍵路線，貫穿于工程施工全過程。緊密結(jié)合水庫流域氣象、水文以及壩址地質(zhì)，對觀音巖水庫工程的施工導(dǎo)流方式、導(dǎo)流標準、導(dǎo)流建筑物設(shè)計方案、導(dǎo)流建筑物施工方案等進行了詳細的優(yōu)化設(shè)計分析。觀音巖水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計方案，充分考慮到工程總體設(shè)計和永臨工程的有機結(jié)合，節(jié)約工程投資，能夠滿足實際施工條件和工程特性要求，具有較強的現(xiàn)場施工指導(dǎo)意義。

1 SL303-2004,水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S],中國電力出版社,2008.

2 鄭守仁,王世華.導(dǎo)流截流及圍堰工程[M],中國水利水電出版社,2005.

TV551

B

1672-2469(2014)06-0058-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.019

廖仕信（1981年—），男，工程師。