廣志水庫導(dǎo)流泄洪洞泄流方案選擇

韓 軍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

廣志水庫位于長(zhǎng)治市武鄉(xiāng)縣洪水鎮(zhèn)下黃巖村附近，蟠洪河支流廣志河中游，距武鄉(xiāng)縣城約55 km，是一座以村鎮(zhèn)生活用水為主要任務(wù)的小（一）型水利樞紐工程。水庫控制流域面積40.4 km2，壩址以上主河道長(zhǎng)13.04 km，平均縱坡17.51‰，總庫容185.0萬m3，年供水量71.0萬m3。樞紐工程包括擋水大壩、岸邊溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、壩下供水管等。

導(dǎo)流泄洪洞布置在水庫左岸山體內(nèi)，洞長(zhǎng)254 m，進(jìn)口底高程1162.50 m。在設(shè)計(jì)洪水位1177.95 m（P=3.3%）情況下泄量為160.0 m3/s，校核洪水位1180.13 m（P=0.33%）情況下泄量為172.0 m3/s。

2 導(dǎo)流泄洪洞泄流方案

導(dǎo)流泄洪洞主要是為了在汛期宣泄洪水，一般情況下可選擇的泄流方案有兩種：一種是洞口設(shè)置有壓短管，流態(tài)為有壓流，而洞身流態(tài)為無壓流的泄流方案（以下簡(jiǎn)稱為無壓流方案），隧洞斷面為城門洞形；另一種是洞口和洞身流態(tài)均采用有壓流的泄流方案（以下簡(jiǎn)稱為有壓流方案），隧洞斷面為圓形。

下面分別從水力條件、沿線地形地質(zhì)條件、施工條件、運(yùn)行條件、工程量及工程投資等方面對(duì)兩種泄流方案進(jìn)行比較。

2.1 水力條件

2.1.1 無壓流方案

該泄流方案泄洪洞進(jìn)口為有壓短管壓洞，泄洪洞泄流能力采用《水力計(jì)算手冊(cè)》進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，有壓短管斷面尺寸為4.0 m×4.0 m（寬×高），能滿足泄洪要求。

洞身段為無壓流，隧洞底坡設(shè)計(jì)縱坡1∶100，流態(tài)為非均勻流，采用流量方程以洞口為控制斷面推求水面線，經(jīng)計(jì)算，隧洞斷面尺寸凈高為5.25 m，直墻高度4.10 m，拱高 1.15 m，頂拱圓心角 120°。

2.1.2 有壓流方案

泄洪洞泄流能力和流量系數(shù)根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》相關(guān)公式計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，有壓短管斷面尺寸為4.0 m×4.0 m（寬×高），能滿足泄洪要求。

通過計(jì)算可以看出，由于受隧洞的凈空要求影響，無壓流方案洞身斷面相比有壓流方案大，進(jìn)而會(huì)增加一定的投資。

2.2 地形地質(zhì)條件

導(dǎo)流泄洪洞經(jīng)過地層為石千峰組砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，洞身主要位于弱微風(fēng)化巖層中。巖層產(chǎn)狀為 N35°～50°E/SE∠11°～19°，巖層傾向上游偏河谷。前半段泄洪洞走向與巖層傾向近一致；后半段泄洪洞走向與巖層走向近垂直，地下水位位于洞身。

根據(jù)鉆探資料，洞身圍巖弱微風(fēng)巖層巖石質(zhì)量指標(biāo)為5%～57%，平均值為25%，巖體質(zhì)量差。弱風(fēng)化泥巖、砂質(zhì)泥巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度為8.6～20.9 MPa，一般為較軟巖，抗風(fēng)化能力差，遇水易軟化。巖體完整性系數(shù)為0.49，巖體完整性差。前半段泄洪洞圍巖類別總體為Ⅳ類，后半段泄洪洞圍巖類別總體為Ⅴ類，部分節(jié)理裂隙密集帶及泥巖層段可能為Ⅴ類。

根據(jù)上述地質(zhì)資料，由于泄流洞圍巖破碎，穩(wěn)定性差，且易軟化。在這種情況下，采用無壓流方案洞內(nèi)為無壓流，可減少洞內(nèi)水壓力，從而減小滲水量，降低對(duì)圍巖的影響，提高隧洞運(yùn)行期的整體安全。

2.3 結(jié)構(gòu)布置和運(yùn)行條件

一般情況下，無壓流方案僅在隧洞進(jìn)口設(shè)置進(jìn)水塔控制水流，工作閘門和檢修閘門均布置在塔內(nèi)；有壓流方案在隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔布置檢修閘門，出口設(shè)啟閉機(jī)室工作閘門及其啟閉機(jī)室。相對(duì)于有壓流方案，無壓流方案隧洞控制建筑物布置緊湊，運(yùn)行、管理方便。

導(dǎo)流泄洪洞功能上有在施工期導(dǎo)流、在水庫泄洪期泄洪排沙的要求，洞口底高程均低于死水位。有壓流方案出口設(shè)工作閘門，進(jìn)口檢修閘門在水庫較長(zhǎng)非泄洪期敞開，泄洪洞與庫水連通，洞內(nèi)水流靜止，泥沙易于在洞內(nèi)淤積，在水壓力的作用下泥沙更易于沉積密實(shí)結(jié)片。故在有壓流方案下導(dǎo)流泄洪洞運(yùn)行期泥沙的清理工作量和難度加大。

2.4 施工條件

無壓流方案洞身斷面為城門洞形，僅在頂部為拱形，兩側(cè)洞壁為直墻，洞身巖石開挖、襯砌方便；底板水平，便于施工機(jī)械行走，出渣和材料運(yùn)輸速度快，有利于提高施工進(jìn)度。有壓流方案斷面為圓形，洞身巖石開挖不便，襯砌模板支護(hù)工作量大，洞底為圓曲面，需特制專門的施工機(jī)械運(yùn)輸渣料和材料，運(yùn)輸速度較慢。

2.5 工程量及投資

兩種導(dǎo)流泄洪洞方案的工程量及投資見表1。

從表1可以看出，無壓流方案除土石方開挖量大于有壓流方案外，其他主要工程量均小于或接近有壓流方案，因此，綜合比較，無壓力方案工程投資小，優(yōu)于有壓流方案。

表1 兩方案主要工程量比較

3 結(jié)論

通過以上幾方面的綜合比較，兩種方案各有優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上都比較成熟，僅在水力條件上有壓流方案優(yōu)于無壓流方案，在地形地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)布置條件、施工條件、運(yùn)行條件、工程量及投資方面，無壓流方案均優(yōu)于有壓流方案，因此導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計(jì)推薦采用無壓流方案。