延安黃河引水工程南河水庫導(dǎo)流洞建設(shè)方案探析

趙靜（延安市黃河引水工程建設(shè)管理處　陜西　延安　716000）

延安黃河引水工程南河水庫導(dǎo)流洞建設(shè)方案探析

趙靜
（延安市黃河引水工程建設(shè)管理處陜西延安716000）

本文通過分析導(dǎo)流洞概況及所處流域水文地質(zhì)狀況，對導(dǎo)流洞建設(shè)方案進(jìn)行了優(yōu)化和探討，提出最佳建設(shè)方案，以確保導(dǎo)流洞建設(shè)既節(jié)約資金，又科學(xué)可行，可為類似案提供借鑒。

導(dǎo)流洞；方案優(yōu)化；探析

1　工程概況

南河水庫是延安黃河引水工程在黃河泥沙超限、生態(tài)流量受限和引水工程前段檢修情況下起反調(diào)節(jié)作用，并兼有防洪、攔沙及延川縣城事故應(yīng)急供水功能的水利工程【1，2】。壩址位于延川縣曹家園則村上游約200m的南河上，壩高74m，總庫容2718萬m3，正常蓄水位為847.60m，死水位837.3m。南河水庫樞紐主要由大壩、導(dǎo)流泄洪洞、輸水洞等三部分組成。

南河系清澗河右岸一級(jí)支流，流域面積60.5km2。南河水庫壩控制流域面積53.4km2，主溝長9.5km，河道長13.5km，河道平均比降18.6‰。南河流域無水文站，洪水主要分為桃汛、夏汛和秋汛，其中夏汛最大。南河所在清澗河流域設(shè)有子長水文站和延川水文站，兩站以上流域地形及氣候條件和南河水庫壩址以上流域情況基本一致，經(jīng)綜合分析比較，本次南河水庫壩址設(shè)計(jì)洪水采用以子長站作為參證站，使用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算，南河壩址多年平均徑流量為233.9萬m。南河水庫壩址處徑流量年內(nèi)分配采用子長水文站徑流量年內(nèi)分配比例，經(jīng)計(jì)算，多年平均徑流量為233.9萬m3，南河水庫壩址50年一遇、1000年一遇洪水洪峰流量分別為571m3/s、1250m3/s，洪量分別為241.0萬m3、620.1萬m3。壩址處多年平均輸沙量分別為41.5 萬t，合30.7萬m3。

2　導(dǎo)流泄洪洞

2.1導(dǎo)流建筑物布置

根據(jù)南河水庫地形條件，從減少工程投資角度分析，將導(dǎo)流泄洪洞和導(dǎo)流洞相結(jié)合，即施工期間為導(dǎo)流建筑物，運(yùn)行期為泄洪建筑物。導(dǎo)流泄洪洞由進(jìn)口段、塔身段、洞身段和出口段四部分組成。壩址區(qū)河谷地形起伏，呈“V”型谷，谷底寬度10m～25m，河床高程779m～780m，兩壩肩岸坡相對較陡，上下游坡腳均有基巖出露，壩址左岸由于受沖溝及基巖埋深高程的影響，泄洪建筑物布置較為困難，難以順直，并且在緊鄰左壩肩下游側(cè)的石家河溝中有擬建的高速公路通過，極不利于泄洪建筑物出口的布置。在大壩壩址右岸，岸坡在壩肩部位略微凸起，具有布置順直隧洞的條件，而且壩肩處基巖頂高程滿足泄洪洞布置條件要求，隧洞洞身圍巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化砂巖夾泥巖，圍巖類別為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，圍巖厚度及高層均滿足成洞條件，綜合以上分析，將導(dǎo)流泄洪洞布置在右壩肩，洞軸線與壩軸線垂直，進(jìn)口距壩軸線約180m。

2.2水力計(jì)算

根據(jù)南河水庫流域洪水情況，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選取10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的洪峰流量為259m3/s。經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，導(dǎo)流泄洪洞最大下泄流量64.8m3/s，堰前水位801.70m。運(yùn)用期，在校核洪水位850.15m時(shí)，導(dǎo)流泄洪洞最大下泄流量250m3/s。導(dǎo)流泄洪洞出口消能防沖型式采用挑流消能，洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水，下游水面高程根據(jù)導(dǎo)流洞出口處的水位流量關(guān)系曲線查算。經(jīng)計(jì)算，最大沖刷深度16.2m～26.1m，最深沖刷坑至挑流鼻坎的距離約為3倍沖刷深度，不會(huì)危及挑坎安全。

2.3導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞是按永久建筑物設(shè)計(jì)【3】考慮，建筑物級(jí)別為3級(jí)。導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口底板高程795.0m，洞身長448m。洞身段為城門洞型，斷面凈尺寸4.0m×5.2m（B×H）。由于導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口距壩腳距離有限，而均質(zhì)土圍堰要求邊坡較緩，因此布置均質(zhì)土圍堰難以滿足布置要求，本階段采用土石圍堰。圍堰采用石渣填筑，基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁防滲，堰頂高程803.00m，最大堰高21m，圍堰頂寬7.0m，堰頂軸線長102.60m，堰體上游邊坡為1∶1.8，下游邊坡為1∶1.75。上游迎水面采用鉛絲籠塊石護(hù)坡厚0.5m。下游圍堰堰頂軸線長15m，圍堰頂寬6.0m，堰頂高程777.30m，最大堰高2.50m，堰體上、下游邊坡均為1∶1.8，圍堰堰體采用粘土心墻防滲，基礎(chǔ)防滲與上游圍堰相同。

2.4導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)、出口高程確定

導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口的高程既要滿足導(dǎo)流的要求又要滿足水庫永久泄洪的要求，其進(jìn)口的形式一般可采用兩種方式，一種是導(dǎo)流泄洪采用同一進(jìn)口，另一種是導(dǎo)流時(shí)采用較低進(jìn)口，而永久泄洪時(shí)采用后期新建的“龍?zhí)ь^”式的高進(jìn)水口。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩種方案的布置及設(shè)計(jì)比較見導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口高程比較表3-1。

以上兩種方案都可滿足施工導(dǎo)流及永久泄洪的要求［4］，方案一：進(jìn)口高程略低于淤積層高程，有淤積的可能，但考慮此淤積層面為30年后的淤積面，且隧洞本身還有一定的洞身高度，在泄洪的同時(shí)就可以沖掉進(jìn)口處的泥沙，因此不會(huì)出現(xiàn)淤堵洞口的情況；方案二：在施工及布置上均有一定難度，且投資也不占優(yōu)。綜合分析，方案一具有施工方便、投資較省等優(yōu)點(diǎn)，故本階段導(dǎo)流泄洪的進(jìn)口高程確定為795.0m。

2.5進(jìn)水口型式選擇

導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口型式有塔式進(jìn)水口和豎井式進(jìn)水口兩種，根據(jù)進(jìn)口處的地形地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，豎井式進(jìn)水口前必須要布置60多m長的壓力隧洞，考慮到導(dǎo)流泄洪洞只是定期泄洪，不是常年暢泄，這樣壓力洞段就容易堵塞，給運(yùn)行管理帶來不便，特別是洪水期，如果閘門前因淤積不能及時(shí)打開，將會(huì)給整個(gè)樞紐工程安全造成威脅；同時(shí)壓力洞段隧洞也無法檢修，存在著一定的安全隱患。塔式進(jìn)水口的放水塔雖然塔身暴露在外邊，對于陜北這個(gè)寒冷地區(qū)來說，防凍要求比較高，但避免了上述那些不安全的因素，而且完全可以通過混凝土的防凍設(shè)計(jì)來解決，經(jīng)綜合分析比較，確定進(jìn)水口形式采用塔式進(jìn)水口。

2.6導(dǎo)流泄洪洞洞徑確定

（1）滿足導(dǎo)流要求洞徑。分析南河水庫導(dǎo)流洞和圍堰的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，由于受河道寬高比較小的影響，圍堰的工程量隨著高度的增加變幅不是太大，而且圍堰采用的是土石圍堰，材料成本較低，工程投資的變幅也不大。相反導(dǎo)流隧洞因?yàn)橛?00多m長，且采用混凝土材料，其投資隨洞徑變化幅度較大，因此從控制投資的角度考慮，在滿足隧洞施工斷面和工程各建筑物布置的條件下，應(yīng)盡量縮小導(dǎo)流洞的洞徑而提高圍堰的高度。按照這個(gè)規(guī)律，進(jìn)口高程確定為795.0m后，結(jié)合水庫總體布置，在滿足施工要求的情況下，確定導(dǎo)流洞的斷面尺寸（寬×高）確定為3.5m×4.0m（城門洞型）。

表3-1　　導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口高程比較表

（2）滿足永久泄洪要求洞徑。泄洪洞洞徑的大小，主要影響到水庫泄洪時(shí)庫水位的高低，對壩體高度有直接影響，從而影響到工程總投資的變化，由于壩體投資在整個(gè)工程中的比例較大，所以泄洪洞洞徑是否合適極為關(guān)鍵。為此選取三個(gè)隧洞斷面（B×H）：3.5m×4.5m、4.0m×5.2m、5.0m× 6.6m，在正常蓄水位相同的前提下，通過調(diào)洪確定不同的大壩壩高，并結(jié)合隧洞投資進(jìn)行綜合分析比較，最終確定4.0m×5.2m的泄洪斷面相對比較合適。

2.7進(jìn)口引渠段設(shè)計(jì)

進(jìn)口引渠段位于樁號(hào)導(dǎo)0m～30.6m至導(dǎo)0m～19.6m處，全長11.0m，寬15.6m，前7.0m為1∶2倒坡，后4.0m為平坡，底板為C20鋼筋砼襯砌，厚度0.3m。

2.8放水塔布置

考慮到輸水洞軸線與導(dǎo)流泄洪洞軸線相距僅20.0m，輸水管徑較小，為節(jié)約投資，輸水管道進(jìn)水塔與導(dǎo)流泄洪洞放水塔合二為一，整個(gè)塔體分左右兩個(gè)井筒，右側(cè)布置壓力管道及其工作閘閥，左側(cè)布置泄洪檢修和工作閘門。整個(gè)塔體矩形塔身，塔頂高程852.0m，最大建基面高程791.0m，總高度61.0m，塔頂上部為啟閉機(jī)房，兩層框架（室內(nèi)封閉），框架高10.5m，閘房高8.4m，放水塔總高度為79.9m，塔頂高程852.0m上一側(cè)布置有通向壩肩的交通橋，橋?qū)?.5m。放水塔順?biāo)飨蜷L19.6m，寬15.6m，塔壁厚1.0m～2.0m，兩井筒中間共壁，厚2.0m，上下游隔水胸墻厚分別為1.0m～2.0m和3.0m。為方便水庫在不同水位都能夠盡可能取到表層清水，右側(cè)井筒內(nèi)輸水管道上下布置兩個(gè)進(jìn)水口，高程分別為805.0m和825.0m，進(jìn)水口處布置工作閘閥、攔污柵和檢修閘門，攔污柵與檢修閘門共槽，孔口尺寸2.2m×2.2m，啟閉設(shè)施為臺(tái)車TQ160kN-60m。供水管道沿下游塔壁壁內(nèi)向下布置，與輸水洞內(nèi)壓力管道連接。

2.9洞身段設(shè)計(jì)

洞身段位于樁號(hào)導(dǎo)0+000.00m～導(dǎo)0+448.00m，全長448m，采用圓拱直墻斷面，斷面凈尺寸寬×高為4.0m×5.2m，襯砌厚度0.4m～0.7m。洞身圍巖類別為Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類，設(shè)計(jì)分別采用不同厚度鋼筋混凝土襯砌：頂拱采用C25鋼筋砼襯砌，側(cè)墻和底板為C40HF鋼筋砼襯砌。在洞頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿孔間排距2.5m×3.0m，深入基巖0.1m，梅花型布置。

3　結(jié)語

作為延安黃河引水重點(diǎn)工程，南河水庫有著舉足輕重的作用，其導(dǎo)流洞更是至關(guān)重要，通過分析南河水庫洪水和水文特性，從建設(shè)周期、建筑物布設(shè)及節(jié)約投資等方面，對導(dǎo)流泄洪洞建設(shè)方案進(jìn)行了探討，提出最佳建設(shè)方案，即導(dǎo)流泄洪洞布置在大壩右岸，由進(jìn)口段、塔身段、洞身段和出口段四部分組成，全長513.4m，最大泄量250m3/s。導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口底板高程為795.00m，采用放水塔控制，洞身長448m，洞身斷面尺寸為4.0m×5.2m。探討導(dǎo)流洞建設(shè)方案，對科學(xué)建設(shè)南河水庫，節(jié)約投資，加快延安黃河引水工程具有重要作用。陜西水利

［1］孫繼昌.中國的水庫大壩安全管理［J］.中國水利，2008，20:11-13

［2］陳雷.加大工作力度強(qiáng)化建管責(zé)任著力做好小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工作［J］.中國水利，2011，08:1-4.

［3］中國水利水電科學(xué)研究院，南京水利科學(xué)研究院，長江科學(xué)院.水工（專題）模型試驗(yàn)規(guī)程（SL156～165-95）［S］.北京:中國水利電力出版社，1995.

［4］鈕新強(qiáng).水庫病害特點(diǎn)及除險(xiǎn)加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，01:153-157.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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