頭道白楊溝水庫(kù)施工期導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)

周 佺，王新疆

(1. 新疆建設(shè)兵團(tuán)第十三師水務(wù)管理有限公司，新疆 哈密839000;2. 新疆建設(shè)兵團(tuán)第十三師水利局，新疆 哈密839000)

1 工程概況

水庫(kù)壩址距哈密市280 km，距巴里坤縣城130 km，交通比較便利。本工程樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻壩、導(dǎo)流、放水隧洞+涵洞、岸邊側(cè)槽溢洪道組成。攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，壩體總長(zhǎng)410.5 m，主壩段長(zhǎng)220.0 m，副壩段長(zhǎng)190.5 m。導(dǎo)流、放水隧洞+涵洞位于壩體左岸山體內(nèi)，溢洪道位于壩體右岸，為開(kāi)敞式側(cè)槽溢洪道，全長(zhǎng)303 m，庫(kù)區(qū)所在地為“U”型河谷內(nèi)，施工布置及臨時(shí)設(shè)施布置條件較好。頭道白楊溝流域是發(fā)源于莫?dú)J烏拉山山脈北坡的一條山溪性小河流。出山口以上流域面積105 km2，出山口海拔高程1 860 m，河道平均坡降81.4‰，流域平均海拔高程2 818 m，河長(zhǎng)21.0 km。正常情況下河道內(nèi)來(lái)水在出山口后不遠(yuǎn)就全部下滲或蒸發(fā)。壩址處多年平均徑流量為793.3 萬(wàn)m3。頭道白楊溝流域洪水類(lèi)型可以分為:融雪型洪水和暴雨型洪水。根據(jù)區(qū)域水文資料，壩址處不同頻率的設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 壩址處全年不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

2 地質(zhì)條件

水庫(kù)樞紐工程位于莫?dú)J烏拉山北坡低中山地帶，區(qū)內(nèi)地貌大部分為侵蝕構(gòu)造的中、低山，山頂及山坡基巖裸露，溝谷為第四系松散沉積物。河谷類(lèi)型為“U”型谷，由于地殼抬升，沿河發(fā)育2 級(jí)河流階地。壩基區(qū)域覆蓋層較厚，由卵、礫石組成，屬中度密實(shí)，地基抗變形和承載力可滿(mǎn)足建筑物設(shè)計(jì)要求。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口段地表堆積少量坡積碎石土，有壓隧洞段前部分基巖裸露，后30.0 m上部有1.0 ～7.0m厚坡積碎石土，無(wú)壓涵洞段大部地段地表坡積碎石土厚1.0 ～9.0 m，閘井段地表坡積碎石土厚約9.0 m，出口消能段地基為卵礫石層，卵礫石層為密實(shí)狀態(tài)。導(dǎo)流隧洞及涵洞段基巖為凝灰?guī)r，受區(qū)域構(gòu)造影響，基巖裂隙較為發(fā)育，巖體完整性較差，為次塊狀結(jié)構(gòu)—塊狀結(jié)構(gòu)。

3 導(dǎo)流、度汛標(biāo)準(zhǔn)

此工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物壩體Ⅲ級(jí)，導(dǎo)流、放水隧洞+涵洞和溢洪道為Ⅳ級(jí)，次要建筑物為Ⅴ級(jí)，臨時(shí)建筑物為Ⅴ級(jí)。

導(dǎo)流建筑物級(jí)別為Ⅴ級(jí)，洪水重現(xiàn)期為5 ～10 a。根據(jù)施工安排，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)取5 a一遇，相應(yīng)洪水流量為9.3 m3/s，大壩施工期臨時(shí)度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，相應(yīng)洪峰流量為37.9 m3/s。

4 導(dǎo)流方式

根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件及樞紐建筑物布置型式，本工程初期采用原河槽導(dǎo)流，后期采用全圍堰斷流，導(dǎo)流涵洞導(dǎo)流的方式。遇到20 a一遇洪水時(shí)，由圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞+涵洞導(dǎo)流。工程施工期導(dǎo)流度汛特性見(jiàn)表2。

表2 工程施工期導(dǎo)流度汛特性表

根據(jù)樞紐工程布置特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)型式及施工條件，確定工程建設(shè)總工期為25個(gè)月，分為工程籌建期、工程準(zhǔn)備期、主體工程施工期和工程完建期4個(gè)施工階段:①工程籌建期:第一年9—10月，籌建對(duì)外交通、施工用電、通訊、征地、移民以及招標(biāo)、評(píng)標(biāo)、簽約等工作;②工程準(zhǔn)備期:第一年10月—次年10月，完成場(chǎng)地平整，場(chǎng)內(nèi)交通，臨時(shí)建房、施工工廠、施工導(dǎo)流等工程;③主體工程施工期:次年8月—第三年9月，完成主體工程施工;④工程完建期:第三年9月—第三年11月，工程完工。

壩體施工導(dǎo)流時(shí)段可劃分為兩2 時(shí)段:

第一階段:第1年10月工程開(kāi)工至次年8月截流，將經(jīng)歷1個(gè)汛期。該階段利用原河床導(dǎo)流，主要進(jìn)行導(dǎo)流圍堰、導(dǎo)流隧洞+涵洞、壩體左右岸坡心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖、澆筑、灌漿等工作。

第二階段:次年8月至第3年11月，將經(jīng)歷1個(gè)汛期。該階段采用上游圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞+涵洞導(dǎo)流，主要進(jìn)行瀝青混凝土心墻鋪筑、壩體填筑、上、下游護(hù)坡及防浪墻澆筑等工程。

5 導(dǎo)流建筑物

5.1 導(dǎo)流隧洞+涵洞

根據(jù)樞紐布置，結(jié)合地形、地質(zhì)、水文、施工條件，按照石方開(kāi)挖盡量少的原則，通過(guò)左岸導(dǎo)流隧洞+涵洞方案、左岸導(dǎo)流隧洞方案、右岸導(dǎo)流隧洞方案3 種初選方案的比較，選擇了施工速度快、開(kāi)挖后基礎(chǔ)易處理的左岸隧洞+涵洞方案。水庫(kù)建成后，導(dǎo)流隧洞+涵洞改為永久放水建筑物使用。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口位于壩軸線(xiàn)上游約120 m，涵洞出口在壩軸線(xiàn)下游約100 m處，洞身由有壓隧洞段和無(wú)壓涵洞段組成，全長(zhǎng)228.5 m，設(shè)計(jì)底坡1∶50。其中隧洞段長(zhǎng)58 m，采用圓型斷面，襯砌后直徑為2.4 m;涵洞段長(zhǎng)158.5 m，采用城門(mén)洞型斷面，襯砌后凈寬2 m，直墻高2 m，洞底至拱頂凈高為2.9 m;隧洞和涵洞之間由豎井段連接，豎井段長(zhǎng)12 m，豎井高61.40 m，井內(nèi)設(shè)平板檢修和工作弧形閘門(mén)各一扇，平板閘門(mén)孔口尺寸為2 m ×2 m，工作弧形閘門(mén)孔口尺寸為2 m ×1.5 m。隧洞進(jìn)口處布置檢修塔井段，塔井寬3.4 m，長(zhǎng)5 m，塔井頂部平臺(tái)處設(shè)工業(yè)進(jìn)水口，安裝工業(yè)供水管由洞頂通往下游。

5.2 上游圍堰

上游圍堰按照20 a一遇壩體臨時(shí)度汛防洪標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)。采用如下公式計(jì)算，可以得到上游圍堰堰頂高程為1 888.75 m。

式中:R 為波浪爬高，m;E 為風(fēng)浪雍高，m;h 為靜水位，m;△Z 為超高，m。

上游圍堰設(shè)計(jì)堰長(zhǎng)130 m，最大堰高13.75 m，頂寬4 m，前坡1∶2.25，后坡1∶2，迎水面結(jié)構(gòu)分別為0.25 m厚混凝土護(hù)坡，板間縫采用彈性聚胺酯填塞。根據(jù)次年7月中旬夏汛前壩體不能夠填筑到20 a一遇洪水高程的施工進(jìn)度，同時(shí)考慮到上游圍堰與壩體結(jié)合，前期可加大堰體填筑［1］。

5.3 施工期排水

施工期基坑排水采用明溝排水系統(tǒng)，沿基坑周?chē)贾门潘蓽?、支溝，隨基坑進(jìn)展逐漸加深干溝和支溝，利用集水井匯水，采用離心泵抽排水至下游河道。

6 截 流

根據(jù)河流水文特性及施工條件分析，截流時(shí)段選次年8月非汛期，截流流量選用5 a一遇8月最大洪水流量為0.22 m3/s。由于截流設(shè)計(jì)流量很小，施工難度不大，采用立堵方式截流，在上游圍堰閉氣后方可處理河床段心墻基礎(chǔ)。

7 結(jié) 語(yǔ)

施工期導(dǎo)流設(shè)計(jì)是水利工程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。結(jié)合樞紐建筑物布置、工程地質(zhì)、水文、氣象及施工條件，選擇合適的導(dǎo)流、度汛標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)流方式以及導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)方案，不僅可以確保施工期安全，還會(huì)起到縮短工期、降低造價(jià)的良好效益。

［1］廖仕信. 觀音巖水庫(kù)工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)［J］. 水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014(06):23 －25.