甘河子水庫(kù)泄洪工程變更設(shè)計(jì)方案的確定

張 龍

（新疆五家渠市農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)管理處，新疆五家渠831300）

甘河子水庫(kù)泄洪工程變更設(shè)計(jì)方案的確定

張 龍

（新疆五家渠市農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)管理處，新疆五家渠831300）

甘河子水庫(kù)工程壩址河道較寬，兩岸地形較陡，經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)階段論證大壩采用混凝土面板砂礫石壩，泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導(dǎo)流洞改建）；施工過(guò)程中，因石方爆破開(kāi)挖所需火工產(chǎn)品的禁批，導(dǎo)致工程處于停工狀態(tài)；經(jīng)過(guò)考察、了解、試驗(yàn)，比選出可行的挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖方法，通過(guò)設(shè)計(jì)方案比選和優(yōu)化，最終確定技術(shù)可行、投資較省、施工可控的泄洪變更設(shè)計(jì)方案。

混凝土面板砂礫石壩；泄洪變更設(shè)計(jì)方案；溢洪道；水庫(kù)工程

1 工程概況

甘河子水庫(kù)位于新疆阜康市境內(nèi)第六師土墩子農(nóng)場(chǎng)上游的甘河子河河谷上，壩址距下游甘河子鎮(zhèn)5km。水庫(kù)為甘河子河上的山區(qū)控制性工程，水庫(kù)承擔(dān)下游農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水的調(diào)節(jié)任務(wù)。甘河子水庫(kù)改善調(diào)節(jié)灌溉面積8.25萬(wàn)畝，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬小（1）型，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，水庫(kù)總庫(kù)容為658萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)年總供水量為2980.5萬(wàn)m3。甘河子水庫(kù)工程主要建筑物包括混凝土面板砂礫石壩、左岸壩身溢洪道、右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞等，其中擋水建筑物大壩壩高53.7m，壩頂高程1165.7m，壩頂寬6m，長(zhǎng)269m。

初步設(shè)計(jì)階段，根據(jù)地形地質(zhì)條件、施工條件、樞紐布置工程投資等方面的綜合分析，選定混凝土面板砂礫石壩作為設(shè)計(jì)壩型；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)河道兩岸的地形條件，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用“左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導(dǎo)流洞改建）”的總布置方案。施工階段，由于沒(méi)有火工產(chǎn)品，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。通過(guò)設(shè)計(jì)方案比選和優(yōu)化.確定采用“左岸壩身溢洪道+右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞”的總布置方案。壩身溢洪道消能方式采用臺(tái)階式陡槽結(jié)合消力池消能，壩身溢洪道為主要泄洪建筑物，導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞承擔(dān)部分泄洪任務(wù)。

2 設(shè)計(jì)變更緣由

工程于2011年8月開(kāi)工建設(shè)，至2012年12月完成了導(dǎo)流洞進(jìn)口段60m長(zhǎng)洞身開(kāi)挖及大壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻施工。2012年，因爆破所需火工產(chǎn)品的禁批，導(dǎo)致石方開(kāi)挖無(wú)法進(jìn)行，工程一度處于停工狀態(tài)。業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方積極采取措施，通過(guò)考察、了解、試驗(yàn)，先后采取人工風(fēng)鉆開(kāi)挖、液態(tài)免爆開(kāi)挖、液壓膨脹開(kāi)挖、銑挖機(jī)開(kāi)挖、挖掘機(jī)（改裝液壓破碎錘）免爆開(kāi)挖等五種方式進(jìn)行隧洞開(kāi)挖，前四種均以失敗告終，僅有第五種方案具有可行性。對(duì)于壩肩、趾板、上壩道路及庫(kù)區(qū)牧道的明挖石方采用挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖，與常規(guī)爆破開(kāi)挖比較，施工進(jìn)度略快；而對(duì)于隧洞的洞挖石方采用挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖，則施工進(jìn)度比較緩慢，而且開(kāi)挖單價(jià)很高。若原設(shè)計(jì)的兩條隧洞全部采用挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖，工期將嚴(yán)重滯后，工程投資也將急劇增加。為此，業(yè)主和設(shè)計(jì)單位共同商定進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，調(diào)整甘河子水庫(kù)工程建筑物布置和泄洪建筑物功能，可以保證工程施工的順利進(jìn)行，合理控制工程投資，并能按期完成建設(shè)任務(wù)。

3 設(shè)計(jì)變更思路

基于沒(méi)有火工產(chǎn)品而采用唯一可行的挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖石方的施工方法，對(duì)原設(shè)計(jì)方案和擬變更設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工等方面確定泄洪變更設(shè)計(jì)方案。

4 原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)方案的泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導(dǎo)流洞改建）的布置方案，建筑物平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 原設(shè)計(jì)方案建筑物平面布置圖

4.1 左岸泄洪放水洞

泄洪放水洞總長(zhǎng)468.30m，為有壓隧洞，檢修閘門(mén)在前，工作閘門(mén)在后，由引渠段、有壓短管段、檢修閘井段、洞身段、工作閘室段、出口消能段及放水管組成。經(jīng)計(jì)算，校核洪水時(shí)最大泄流量為106.5m3/s，大于校核洪水位情況下要求最大泄洪能力86.7m3/s。

4.2 右岸表孔溢洪洞

表孔溢洪洞由導(dǎo)流洞改建，做成龍?zhí)ь^形式。與導(dǎo)流洞銜接樁號(hào)為0+143.091m，導(dǎo)流洞在改建后對(duì)其進(jìn)行封堵，導(dǎo)流洞樁號(hào)0+143.091m以后段則成為表孔溢洪洞的一部分。表孔溢洪洞全長(zhǎng)310.20m，由引渠段、控制段、斜洞段、平洞段、出口消能段組成。經(jīng)計(jì)算，校核洪水時(shí)最大泄流量為175.0m3/s，大于校核洪水位情況下要求最大泄洪能力167.87m3/s。

4.3 工程造價(jià)

基于沒(méi)有火工產(chǎn)品而采用唯一可行的挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖石方的施工方法，由于需要一定尺寸工作面，隧洞開(kāi)挖尺寸為6m×6m城門(mén)洞形，后期襯砌為直徑4m的圓形洞，開(kāi)挖量和襯砌量較設(shè)計(jì)工程量大；據(jù)此估算工程造價(jià)，左岸泄洪放水洞為3392.95萬(wàn)元，右岸表孔溢洪洞（含導(dǎo)流洞）為3272.87萬(wàn)元，兩者合計(jì)為6665.82萬(wàn)元。

5 擬變更設(shè)計(jì)方案

取消左岸泄洪放水洞，在河道左岸岸坡增加壩身溢洪道，作為主要泄洪建筑物：取消龍?zhí)ь^式表孔溢洪洞，將原導(dǎo)流洞改為導(dǎo)流灌溉供水洞，承擔(dān)部分泄洪及水庫(kù)放空任務(wù)。擬變更設(shè)計(jì)方案的泄洪建筑物采用左岸壩身溢洪道+右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞的布置方案，建筑物平面布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 變更設(shè)計(jì)方案建筑物平面布置圖

5.1 左岸壩身溢洪道

壩身溢洪道軸線樁號(hào)為大壩樁號(hào)橫左0+70m，優(yōu)化設(shè)計(jì)將挑流消能改為臺(tái)階式陡槽結(jié)合消力池消能方式后，溢洪道由控制段、光滑泄槽段、臺(tái)階泄槽段、消能段四部分組成，全長(zhǎng)207.80m，設(shè)計(jì)洪水位情況下泄流量為141.34m3/s，校核洪水位情況下泄流量為307.10m3/s。控制段共3孔，中間孔6.8m，兩邊孔寬6.9m，中間設(shè)1.0m的中墩，溢流堰采用駝峰堰，堰頂高程為1161m，堰上不設(shè)閘門(mén)，堰頂凈寬20.6m；泄槽凈寬22.6m，設(shè)計(jì)縱坡1∶1.7；坡1∶1.7；消力池長(zhǎng)30m，寬22.6 m，深1.9m：溢流堰凈寬26m：引水閘寬度2.5 m。光滑泄槽段坐落在壩體上，鋼筋混凝土底板通過(guò)在壩體設(shè)置水平地錨拉桿上，鋼筋混凝土底板通過(guò)在壩體設(shè)置水平地錨拉桿與壩體堆石連成一體；臺(tái)階泄槽段坐落在基巖上，鋼筋混凝土底板通過(guò)在基巖鉆設(shè)砂漿錨桿與基巖連成一體。

5.2 右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞

導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞由進(jìn)水渠、岸塔式進(jìn)水口、洞身段、工作閘門(mén)段、消能段及供水支管段組成，全長(zhǎng)499m，導(dǎo)流水位1131.50m時(shí)泄洪能力71.1m3/s，進(jìn)口底板1122.00m，出口底板高程1108.65m。引水渠呈八字形，岸塔式進(jìn)水口設(shè)有高低進(jìn)水口，低進(jìn)水口底高程1122.00m高進(jìn)水口底高程1130.00m，孔口尺寸均為3.0m×3.0m（寬×高），閘門(mén)為平板鋼閘門(mén)，啟閉方式為卷?yè)P(yáng)式啟閉，啟閉平臺(tái)高程1165.70m；洞身段尺寸前段為2.8m，后段為4.0m，襯砌厚度0.5～0.8m：工作閘門(mén)為弧形閘門(mén)，孔口尺寸為2.2m×2.2m（寬×高），液壓式啟閉機(jī)啟閉：消能段消力池長(zhǎng)34m，寬10m，深3.5m：供水支管從工作閘門(mén)前分出，過(guò)河后投入原渠道，為管徑1.40m的鋼管。

5.3 工程造價(jià)

導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞樁號(hào)0+060～0+330m段采用挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖石方的施工方法，由于需要工作面，開(kāi)挖尺寸為6m×6m城門(mén)洞形，后期襯砌為直徑4m的圓形洞；樁號(hào)0+000～0+060m段先前開(kāi)挖完成，開(kāi)挖尺寸為4.9m×3.8m城門(mén)洞形，后期襯砌為直徑2.8m的圓形洞；溢洪道開(kāi)挖斷面尺寸已能滿足工作面要求，不需要加大開(kāi)挖斷面；據(jù)此計(jì)算工程造價(jià)，左岸壩身溢洪道為1511.49萬(wàn)元，右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞為3470.92萬(wàn)元，兩者合計(jì)為4982.41萬(wàn)元。

6 方案的比較和優(yōu)化與選擇

6.1 方案的綜合比較和優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)原設(shè)計(jì)方案和擬變更設(shè)計(jì)方案，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工等方面進(jìn)行綜合比較并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1。

6.2 結(jié)論

（1）從技術(shù)成熟條件分析，兩種泄洪布置方案技術(shù)上均可行。

（2）從工程地質(zhì)條件分析，兩種泄洪布置方案均可行，不存在致命的影響因素。

（3）從水工布置條件分析，原設(shè)計(jì)方案的隧洞開(kāi)挖和襯砌工程量較大；變更設(shè)計(jì)方案導(dǎo)流灌溉供水洞采用岸塔式閘井，設(shè)置高低進(jìn)水口，前期利用低孔閘門(mén)，可以有效利用死庫(kù)容；左岸岸坡設(shè)壩身溢洪道，樞紐布置相對(duì)簡(jiǎn)單一些，但是處理措施相對(duì)要求較高；由于壩身溢洪道布置在左岸岸坡壩體上，擬采用挑流消能方式，一旦泄洪將會(huì)沖毀下游左岸渠道；優(yōu)化設(shè)計(jì)后，改為臺(tái)階式陡槽結(jié)合消力池消能方式，消除對(duì)下游左岸渠道的危害。

（4）從施工條件分析。由于采用挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖方法，隧洞石方開(kāi)挖施工進(jìn)度緩慢，仍按原設(shè)計(jì)方案施工，施工難度非常大，工期將嚴(yán)重滯后，不能保證按期完成建設(shè)任務(wù)；若按變更設(shè)計(jì)方案施工，施工難度較小，通過(guò)調(diào)整施工總進(jìn)度計(jì)劃后，能夠保證按期完成建設(shè)任務(wù)。

表1 泄洪建筑物布置方案比較表

（5）從工程費(fèi)用分析。原設(shè)計(jì)方案工程造價(jià)為6665.82萬(wàn)元，擬變更設(shè)計(jì)方案工程造價(jià)為4982.41萬(wàn)元，相對(duì)來(lái)說(shuō)擬變更設(shè)計(jì)方案投資較少，可節(jié)省投資1683.4l萬(wàn)元。

綜合前述分析成果，最終確定泄洪變更設(shè)計(jì)方案采用左岸壩身溢洪道+右岸導(dǎo)流泄洪灌溉放空洞的布置方案，壩身溢洪道消能方式采用臺(tái)階式陡槽結(jié)合消力池消能。

7 結(jié)語(yǔ)

甘河子水庫(kù)工程施工過(guò)程中，因外界條件變化，經(jīng)過(guò)考察、了解、試驗(yàn)，比選出可行的挖掘機(jī)免爆開(kāi)挖方法。并以此進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，調(diào)整甘河子水庫(kù)工程建筑物布置和泄洪建筑物功能。從而使得一度停工的工程得以順利進(jìn)行，并能確保按期完成建設(shè)任務(wù)；在保證建筑物功能、質(zhì)量的前提下節(jié)約了工程建設(shè)投資。

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A

1672-2469（2015）06-0100-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.034

張 龍（1979年—），男，工程師。