石佛寺水庫(kù)樞紐布置探析

艾紅志

(遼寧石佛寺供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110180)

石佛寺水庫(kù)樞紐布置探析

艾紅志

(遼寧石佛寺供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110180)

本文對(duì)石佛寺水庫(kù)樞紐布置進(jìn)行了多方案的選擇，其樞紐布置的關(guān)鍵是泄洪閘及泄水洞位置布設(shè)，文中根據(jù)兩個(gè)方案的比較, 決定采用方案①，將閘位布置在攔河主壩右端的主河道處，泄洪洞設(shè)在泄洪閘左端，又通過(guò)對(duì)支流改建、交叉建筑物改建工程設(shè)計(jì)最終確定了石佛寺水庫(kù)樞紐布置工程。

樞紐； 主壩； 泄洪閘； 布置

1 攔河主壩及副壩布置

攔河主壩根據(jù)地形條件布置成折線型，其右端A點(diǎn)布置在石家荒地，經(jīng)祁家圍村堤V2點(diǎn)到大、小丁家泡之間的C′點(diǎn)、原西小河堤的D點(diǎn)，與原遼河大堤相連利用原堤線延至西小河山的F點(diǎn)，其中在原遼河主河道附近嵌有泄洪閘，主壩總長(zhǎng)12.432km，其中新筑壩段10.927km，與遼河大堤相結(jié)合段1.505km。

副壩在現(xiàn)狀堤防基礎(chǔ)上加高培厚。分為左副壩和右副壩。其中左副壩起點(diǎn)F點(diǎn)設(shè)在西小河口村，終點(diǎn)設(shè)在藥王廟，由兩自然段組成，長(zhǎng)度為9307m。右副壩起點(diǎn)EZ1設(shè)在石家荒地的帽山，從石家荒地的帽山，經(jīng)過(guò)南山、拉馬河、李家窩堡、蓮花臺(tái)、石砬子、胡家窩棚至阿吉堡子和古城子之間的陡坎高地處。根據(jù)地形、地質(zhì)及原有資料情況，右副壩共分七段，從下游至上游依次為：祝家堡段、陳平堡段、拉馬河口段、李家窩堡段、蓮花臺(tái)段、石砬子段、胡家窩棚段。壩長(zhǎng)匯總見(jiàn)表1。

表1 壩長(zhǎng)匯總

2 泄洪閘及泄水洞布置

2.1 泄洪閘的布設(shè)位置選擇

規(guī)范合理地布置泄洪閘是水庫(kù)防洪安全的重要保證。泄洪閘的布置不僅要考慮到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、工程量、結(jié)構(gòu)安全、建成后的運(yùn)行管理等方面，還要綜合考慮庫(kù)區(qū)淹沒(méi)影響和生態(tài)環(huán)保等問(wèn)題。

根據(jù)前期的地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，適宜布設(shè)泄洪閘的位置有兩個(gè)，分別是攔河主壩右端的主河道和主河道左側(cè)灘地。分別對(duì)這兩處閘址進(jìn)行比較分析，以選擇其中最合適的位置布置泄洪閘。

方案①：泄洪閘布置在主河道上。閘與河道基本垂直，閘兩端與主壩相連，閘堰頂高程為41.00m，凈寬200.00m，共設(shè)16孔，每孔凈寬12.50m。泄水洞設(shè)在泄洪閘左側(cè)，洞底高程與堰頂相同。閘布置在河道上，使河道水流上下游銜接順暢，閘堰頂高程應(yīng)設(shè)置較低，可使泄量增加，開(kāi)挖量最少。該方案的主要缺點(diǎn)是：由于水庫(kù)地形的原因，在宣泄洪水時(shí)水流條件較差，特別是沿?cái)r河主壩左段，可能出現(xiàn)順壩向的水流，影響泄量的同時(shí)還會(huì)侵蝕部分壩段，給壩體的安全帶來(lái)隱患，這就必須在局部壩段加強(qiáng)防護(hù)，增加了工程量。

方案②：泄洪閘布置在主河道左岸灘地上。在方案①的基礎(chǔ)上把泄洪閘平行向左側(cè)移動(dòng)60.0m至灘地上，此方案泄洪條件較前方案好，滿足泄洪要求。但由于泄洪閘局部移至灘地，大大增加了閘上游引渠及下游尾渠的開(kāi)挖量，很不經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)庫(kù)區(qū)地形、壩線布置、地質(zhì)條件、工程量以及運(yùn)用條件等因素綜合考慮，決定采用方案①，將閘位布置在攔河主壩右端的主河道處，泄洪洞設(shè)在泄洪閘左端。

由于閘前水位變幅不大，壩高較低，泄水流量較大，采用無(wú)胸墻的開(kāi)敞式水閘。泄水洞布置在泄洪閘左側(cè)，能使進(jìn)出閘水流平順均勻，閘中心線基本與河道中心水流方向一致。

2.2 泄洪閘的閘門型式選擇

泄洪閘的閘門型式選擇兩種方案進(jìn)行比較：異型雙扉門方案和弧形門方案。兩種方案中閘門的總凈寬均為200.00m，共設(shè)16孔，每孔凈寬12.50m。

a.異型雙扉門方案。閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)23.50m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長(zhǎng)21.50m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個(gè)；縫墩厚3.50m，共7個(gè)；邊墩采用直墻式。閘墩下游側(cè)設(shè)置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬6.00m，橋面高程53.20m，交通橋采用T形梁簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。閘墩上游側(cè)設(shè)置排架，工作橋布置在排架上，頂高程62.20m。

b.弧門方案。閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)31.70m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長(zhǎng)30.70m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個(gè)；縫墩厚4.00m，共7個(gè)；邊墩采用直墻式。閘墩上游側(cè)設(shè)置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬9.50m，門機(jī)軌距6.5m，橋面高程53.20m，交通橋采用T形梁簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。

異型雙扉門方案和弧門方案在技術(shù)上均是可行的，兩方案各具特點(diǎn)，具體比較如下。

2.2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)比較

兩方案設(shè)計(jì)在技術(shù)上均可行，但異型雙扉門方案存在著上、下閘門間止水處理等技術(shù)難題；弧門方案的工作門沒(méi)有門槽，水流不產(chǎn)生突變，過(guò)流條件比異型雙扉門方案好。此外，弧門方案沒(méi)有高排架，整體造型較矮，抗震性能也比異型雙扉門方案好。弧門方案在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，技術(shù)上更為安全可靠，優(yōu)于異型雙扉門方案。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)上述兩方案進(jìn)行水工、金屬結(jié)構(gòu)、電氣等方面的綜合經(jīng)濟(jì)比較?；￠T方案的投資為15852.6萬(wàn)元，異型雙扉門方案的投資為14293.88萬(wàn)元，弧門方案比異型雙扉門方案多投資1558.72萬(wàn)元。因此，從工程投資的角度上講，異型雙扉門方案更加經(jīng)濟(jì)。

2.2.3 施工比較

兩方案的施工精度要求均較高，施工條件與難度也基本相同，但異型雙扉門方案上、下扉門間的止水難度較大，在施工上稍遜于弧門方案。

2.2.4 管理運(yùn)用比較

弧門方案閘門開(kāi)度可任意調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)流量比異型雙扉門(只能有一、二個(gè)開(kāi)度)方案靈活。由于本工程水閘較寬，同時(shí)防洪時(shí)要求嚴(yán)格控制泄量，弧門方案更利于防洪時(shí)的管理調(diào)度；異型雙扉門方案上、下扉門之間的止水難度較大，不利于蓄水期的管理運(yùn)用。因此，從管理運(yùn)用的角度上看，弧門方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于異型雙扉門方案。

2.2.5 綜合利用比較

隨著社會(huì)的發(fā)展，要求水工建筑物不僅能滿足使用功能，還應(yīng)綜合考慮其他功能。石佛寺水庫(kù)地處沈陽(yáng)市近郊，是旅游的黃金地段，水庫(kù)樞紐的興建，形成了一個(gè)新的旅游景區(qū)，因此庫(kù)區(qū)內(nèi)的建筑要盡量符合美觀要求?；￠T方案較之異型雙扉門方案布置平整、美觀，與周邊建筑物及景物協(xié)調(diào)一致，因此，弧門方案更利于水庫(kù)樞紐的綜合發(fā)展。

通過(guò)以上幾個(gè)方面的比較，弧門方案除直接投資較大外，在其他方面均優(yōu)于異型雙扉門方案，同時(shí)弧門方案所具有的一些綜合效益(管理、旅游等)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是很難計(jì)量的，本次設(shè)計(jì)本著利于水庫(kù)管理和發(fā)展的原則，在資金允許的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇弧門方案。

2.3 泄洪閘、泄水洞的總體布置

2.3.1 泄洪閘總體布置

石佛寺水庫(kù)泄洪閘縱向全長(zhǎng)約為1250m，包括上游連接段、閘室段和下游連接段三大部分。其中上游連接段包括引渠、上游護(hù)底、上游鋪蓋、翼墻和護(hù)坡；閘室段由底板和閘墩、閘門、工作橋、啟閉機(jī)室、交通橋等組成；下游連接段包括斜坡段、消力池段、海漫段、防沖槽、尾渠以及兩岸的翼墻與護(hù)坡。

2.3.2 泄水洞總體布置

為了給二期工程及水庫(kù)蓄水作準(zhǔn)備，根據(jù)下游環(huán)境用水及農(nóng)業(yè)灌溉需要小流量泄流的要求，在泄洪閘左側(cè)設(shè)一泄水洞，設(shè)計(jì)流量60m3/s，孔口尺寸3m×4m，采用豎井式結(jié)構(gòu)，頂高程53.20m，洞后接混凝土方涵，上面填筑土壩材料至壩頂高程53.15m，出口消能與泄洪閘共用一個(gè)消力池。本次設(shè)計(jì)時(shí)，一期工程泄水洞只做檢修門槽和工作門，暫不設(shè)置檢修門及啟閉設(shè)備，待二期工程興建時(shí)再行增設(shè)即可。

2.4 泄洪閘工程布置與結(jié)構(gòu)型式選擇

泄洪閘鑲嵌在主壩中，與壩軸線平行，右岸邊墩與主壩用刺墻連接。刺墻長(zhǎng)20.00m，頂寬0.50m，上下邊坡均為1∶0.02，頂高程50.50m，底高程39.50m。泄洪閘總寬257.00m，樁號(hào)從0+168.00到0+425.00，溢流總凈寬為200m，共分16孔，每?jī)煽滓宦?lián)，共八聯(lián)。閘下采用底流式消能，下游翼墻的擴(kuò)散角為7°。

2.4.1 上游連接段

引渠底高程41.00m，兩側(cè)用干砌石護(hù)坡，護(hù)坡長(zhǎng)度100m，邊坡1∶3.5，護(hù)砌厚度40cm，干砌石護(hù)坡下用20cm碎石和一層無(wú)紡布作反濾層，防止護(hù)坡下填土的顆粒被淘刷帶走。上游護(hù)底采用漿砌石結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)30.00m，寬377.5m，厚0.40m，齒墻深2.00m，漿砌石下鋪20cm碎石墊層。上游混凝土鋪蓋長(zhǎng)27.00m，厚0.40m，齒墻深2.00m，鋪蓋下鋪10cm素混凝土墊層。右側(cè)翼墻平面上用直線段和圓弧段與閘室段連接，直線段長(zhǎng)25.00m，圓弧段半徑25.00m，圓心角70°。左側(cè)翼墻與泄水洞邊墩相聯(lián)，采用1/4橢圓型曲線，長(zhǎng)軸半徑40m，短軸半徑20m，直線段長(zhǎng)度40m，壩軸線方向水平投影長(zhǎng)80m。

2.4.2 閘室段

閘室堰面采用平底寬頂堰，閘底板高程41.00m，與河底高程相同。經(jīng)過(guò)金屬結(jié)構(gòu)方案比較后決定，工作門采用弧門。工作門前只設(shè)檢修門槽，Ⅰ期工程不蓄水時(shí)不做檢修門，不設(shè)啟閉設(shè)備。閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)31.70m，底板厚1.50m，底板齒墻深1.00m。閘墩長(zhǎng)30.70m，閘墩頂高程53.20m。中墩厚3.00m，共8個(gè)；縫墩厚4.00m，共7個(gè)，縫間設(shè)雙層橡膠止水帶；邊墩采用直墻式。閘墩上游側(cè)設(shè)置交通橋，交通橋中心線與壩軸線重合，橋面寬9.50m，橋面高程53.20m，交通橋采用簡(jiǎn)支T形梁結(jié)構(gòu)。為滿足Ⅰ期工程可能出現(xiàn)的蓄水要求，需要布置檢修門門機(jī)軌道，軌距6.50m。門機(jī)梁高1.3m，梁肋寬350mm；其他梁高1.1m，梁肋寬250mm。閘墩下游側(cè)設(shè)置工作橋，橋面寬6.00m，橋面高程57.00m，工作橋亦采用簡(jiǎn)支T形梁結(jié)構(gòu)，梁高1.0m，梁肋寬250mm，橋上布置啟閉機(jī)室，啟閉機(jī)室凈寬3.5m，凈高4.0m。啟閉機(jī)室分縫與閘室分縫一致，兩孔設(shè)一沉陷縫。

2.4.3 下游連接段

斜坡段是連接閘室段和消力池的過(guò)渡段。斜坡段長(zhǎng)14.00m，坡度1∶5，在斜坡和閘室底板之間布置一0.50m水平段，斜坡段總長(zhǎng)14.50m，上游齒墻深1.50m，底板厚1.00m，底板下鋪10cm素混凝土和20cm碎石墊層。斜坡段兩側(cè)采用懸臂式擋土墻。

消力池采用矩形斷面，池深2.80m，池長(zhǎng)34.00m，底板頂高程38.20m，底板厚度1.00m，底板上設(shè)排水孔，孔徑50mm，孔距1.50m，梅花形布置。底板下鋪10cm素混凝土、20cm碎石及一層無(wú)紡布。消力池末端設(shè)池坎，坡度1∶1，坎頂高程41.00m，頂寬1.00m。消力池末端齒墻深2.20m，底寬1.00m。兩側(cè)采用懸臂式擋土墻。

護(hù)坦段長(zhǎng)30.00m，底板頂高程41.00m，混凝土底板厚1.00m，上、下游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m。底板上設(shè)排水孔，孔徑50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下鋪10cm素混凝土、20cm碎石及一層無(wú)紡布。兩側(cè)采用懸臂式擋土墻。

海漫段長(zhǎng)60.00m，底坡1∶30，底板頂高程從41.00m降至39.00m。漿砌石底板厚1.00m，上、下游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m。底板上設(shè)排水孔，孔徑50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下鋪20cm碎石及一層無(wú)紡布。兩側(cè)采用懸臂式擋土墻。

防沖槽段長(zhǎng)47.96m，其中上游斜坡段長(zhǎng)15.00m，底板采用干砌石結(jié)構(gòu)，坡度1∶5，底板高程由39.00m降至36.00m。上游齒墻深1.50m，齒墻底寬1.00m；下游齒墻底高程34.00m，齒墻寬1.50m。防沖槽開(kāi)挖底高程36.00m，長(zhǎng)20.00m，拋石填筑到高程38.00m，高程38.00～39.00m填筑鐵絲石籠，下游用1∶5反坡與尾渠相連，反坡段高程由39.00m升至41.00m，長(zhǎng)10m，采用厚40cm干砌石結(jié)構(gòu)。干砌石下鋪20cm碎石墊層及一層無(wú)紡布。防沖槽左、右兩側(cè)開(kāi)挖邊坡1∶3.5，采用厚40cm漿砌石護(hù)坡，漿砌石護(hù)坡下鋪20cm碎石墊層。

反坡段后接尾渠與原河道相連，尾渠底高程41.00m，尾渠左岸開(kāi)挖邊坡1∶3.5，右岸回填邊坡1∶3.5，左、右岸均用厚40cm干砌石護(hù)坡，護(hù)坡長(zhǎng)度200m，干砌石護(hù)坡下面設(shè)厚20cm碎石和一層無(wú)紡布。

2.5 泄水洞工程布置與結(jié)構(gòu)型式選擇

泄水洞孔口尺寸為3m×4m，樁號(hào)從0+425.00至0+431.00，為單孔泄流。泄水洞閘室底板長(zhǎng)16m，寬6m，厚1.5m。工作門槽和檢修門槽間設(shè)有胸墻，胸墻頂高程53.20m，底高程45.00m，厚40cm，并設(shè)上、中、下三道橫梁，以加強(qiáng)胸墻整體強(qiáng)度。工作門槽下游設(shè)擋土墻，擋土墻頂高程53.20m，底高程45.00m，擋土墻底板厚1m，與閘墩整體澆筑，泄水洞左邊墩為扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)，踵板長(zhǎng)8m；右邊墩為直墻式。泄水洞方涵直線段長(zhǎng)27m，后接轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為15m，圓心角42.17°，伸入消力池內(nèi)1m。

3 支流改建工程

由于石佛寺水庫(kù)工程的興建，遼河上的拉馬河、勝利河、西小河、萬(wàn)泉河等支流受到影響，需加以改建、整治。

3.1 拉馬河及勝利河改建工程

拉馬河位于遼河右岸，其入遼河口在南地與右副壩相交于樁號(hào)R30+000.000處。受水庫(kù)設(shè)計(jì)水位回水的控制，原有堤防需加高加厚，同時(shí)作為水庫(kù)的一部分，按副壩標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，拉馬河堤壩改建段長(zhǎng)約2.674km。

為保證右副壩封閉，修建拉馬河支流勝利河，將其左岸加高，滿足水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的回水要求，此區(qū)段共長(zhǎng)3.4km，按4級(jí)堤防標(biāo)準(zhǔn)修建，納入右副壩中。

3.2 西小河改道及萬(wàn)泉河整治

由于攔河主壩的建成，使左岸原單獨(dú)入遼河的西小河，不能再單獨(dú)進(jìn)入遼河。因而需要將西小河改道并入萬(wàn)泉河，并對(duì)萬(wàn)泉河進(jìn)行整治，使其成為主干，將四條支流即西小河、萬(wàn)泉河、羊腸河、長(zhǎng)河統(tǒng)一為同一個(gè)入河口，在主壩下游匯入遼河，以減輕大壩防洪壓力。其中西小河改道段長(zhǎng)5177m，萬(wàn)泉河整治段長(zhǎng)約2700m。

4 交叉建筑物改建工程

在水庫(kù)修建之前，淹沒(méi)區(qū)范圍內(nèi)建有許多民生工程。為了滿足人民群眾的生活用水、用電及排污要求，原有的多座提水、排水泵站、輸電線路、穿堤涵閘等建筑物，由于水庫(kù)的興建都將被搬遷或改建。在力求節(jié)省投資和滿足居民生活要求的前提下，針對(duì)不同的建筑物進(jìn)行了不同處理方案的論證。交叉建筑物具體設(shè)計(jì)處理方案見(jiàn)表2。

表2 交叉建筑物設(shè)計(jì)處理方案

5 交通工程及水庫(kù)管理局布置

5.1 對(duì)外交通

石佛寺水庫(kù)樞紐區(qū)段內(nèi)的203國(guó)道，是對(duì)外交通的主要通道。其與樞紐在大丁家泡處與主壩相交，由于左右副壩利用原遼河大堤，副壩對(duì)外交通共設(shè)12個(gè)交叉段，與相鄰公路相接，引路段共長(zhǎng)4.0 km，主、副壩無(wú)對(duì)外交通要求。

由于西小河改道把203國(guó)道切斷，需新建交通橋一座，長(zhǎng)64m。同時(shí)，為管理和便民需要建一座便橋跨西小新橋，橋長(zhǎng)40m。為右副壩交通連接，陳平堡至南山穿越拉馬河修建交通橋一座，長(zhǎng)約50m。

5.2 內(nèi)部交通

樞紐內(nèi)部交通，主要利用主、副壩壩頂。主、副壩壩頂設(shè)計(jì)寬度均為6.0m，路面為泥結(jié)石和部分瀝青混凝土路面。長(zhǎng)度共約42.60km，能夠滿足內(nèi)部交通要求。

5.3 水庫(kù)管理局工程

為方便職工生活和庫(kù)區(qū)管理工作的開(kāi)展，水庫(kù)管理局分設(shè)二處，管理局機(jī)構(gòu)設(shè)置在沈陽(yáng)市渾南區(qū)，壩址附近設(shè)有水庫(kù)前方管理所。共占地35畝，建筑面積8165m2。

6 結(jié) 語(yǔ)

石佛寺水庫(kù)與左側(cè)支流上的清河、柴河、南城子、榛子嶺四座水庫(kù)及區(qū)間堤防共同組成遼河干流防洪體系，從而將壩址以下遼河的防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的30年一遇提高到100年一遇。保護(hù)兩岸431.1萬(wàn)畝耕地和235.4萬(wàn)人及遼河油田、京沈鐵路、京沈高速公路等重要工礦企業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施，遠(yuǎn)景擔(dān)負(fù)“北水南調(diào)”工程反調(diào)節(jié)任務(wù)。為此選擇適當(dāng)?shù)臉屑~布置方案將解決遼干防洪問(wèn)題。調(diào)節(jié)本流域徑流，并滿足“北水南調(diào)”工程的反調(diào)節(jié)任務(wù)要求。

[1] 楊曦,楊浩秋.陽(yáng)膽溪水庫(kù)工程樞紐區(qū)設(shè)計(jì)方案的探討[J].黑龍江水利，2016(3).

[2] 黃軍.緬甸古浪水電站樞紐布置[J].紅水河，2012(2).

[3] 盧玉海,孫士國(guó),程玉珍,等.奮斗水庫(kù)樞紐布置方案研究[J].黑龍江水利科技，2013(7).

[4] 王九大,虞邦義,王久晟,等.淮河臨淮崗洪水控制工程樞紐布置研究[J].水利水電技術(shù)，2008(9).

[5] 朱江,田景元.獅泉河水電站樞紐布置方案研究[J].水力發(fā)電，2008(12).

Exploration of Shifosi Reservoir hub layout

AI Hongzhi

(Liaoning Shifosi Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110180, China)

In the paper, many plans of Shifosi Reservoir hub layout are selected. The hub layout has the key point of arranging sluice gates and discharge tunnels. In the paper, plan ① will be adopted according to comparison of two plans. The gate is arranged on the main river channel, which is on the right of river blocking main dam. The discharge tunnel is set on the left of the sluice gate. Shifosi Reservoir hug layout project is finally determined through project design of tributary renovation and crossed building renovation.

hub; main dam; sluice gate; arrangement

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.019

TV62

B

2096- 0131(2016)06- 0063- 05