響水水庫工程施工導流規(guī)劃與實踐

吳偵輝(貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

響水水庫工程施工導流規(guī)劃與實踐

吳偵輝
(貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

針對響水水庫建壩河段河谷為深切峽谷地貌、地質(zhì)條件復雜、流域洪水洪峰歷時短且量大集中等問題，經(jīng)現(xiàn)場踏勘并根據(jù)SL303—2004等規(guī)范標準要求，綜合考慮樞紐布置、施工期設計洪水、施工工藝及投資經(jīng)濟效益等因素，優(yōu)選圍堰一次攔斷河床，河床右岸隧洞導流方案.經(jīng)導流洞合理布置及結構參數(shù)的多次優(yōu)化調(diào)整，并結合調(diào)洪計算成果，合理確定了壩區(qū)導流程序.

洪峰；施工導流；導流洞；響水水庫

響水水庫位于烏江上游支流白甫河一級支流響水河中游河段，屬長江流域烏江水系.壩址區(qū)距左岸竹園鄉(xiāng)約6 km，距右岸響水鎮(zhèn)4 km，距畢節(jié)市約64 km.工程任務是向大方縣煤化工產(chǎn)業(yè)基地提供工業(yè)用水及向響水鄉(xiāng)、竹園鄉(xiāng)提供農(nóng)田灌溉用水.水庫正常蓄水位1 366.00 m，正常蓄水位以下庫容2 910 萬m3；校核洪水位1 368.11 m，總庫容3 279 萬m3；死水位1 342.00 m，死庫容522 萬m3，興利庫容2 388 萬m3.工程規(guī)模為中型，屬Ⅲ等工程，擋水、泄水等主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級[1].大壩樞紐區(qū)兩岸均有村級公路通過，工業(yè)、灌溉輸水管線的主要管段也有村道相通，工程交通條件總體尚可.

1 施工導流水文地質(zhì)條件

響水水庫推薦壩址控制流域面積318.8 km2，主河道長38.8 km，河道平均比降6.24‰.流域?qū)俚湫偷纳絽^(qū)雨源性河流，徑流主要由降水補給，徑流特性與降水特性基本一致.該區(qū)徑流洪枯懸殊，年內(nèi)分配不均，豐水期5～10月徑流量占全年徑流量的77.9%左右，枯水期11～次年4月徑流量占全年徑流量的22.1%左右.流域多年平均流量為1.37 m3/s，最大年均流量2.37 m3/s，最小年均流量0.66 m3/s.

壩址河谷為深切峽谷地貌，呈基本對稱“V”型橫～縱向河谷.左岸山頂高程1 388.0～1 409.0 m左右，河床至1 370.0 m之間地形坡度50°～55°，1 370.0 m以上一帶為40°左右；右岸山頂高程1 400.0～1 410.0 m左右，河床至1 342.0 m高程地形坡度45°～50°，1 342.0～1 354.0 m地形坡度30°～38°，1 354.0 m以上為42°～50°左右；枯季河水位高程1 311.0～1 311.5 m.施工導流洞布置在河床右岸，采用城門洞型，由2個直線段和1個圓弧段組成.進口明挖段(導0-009.56～導0+000.00 m)，地形坡度45°～60°，洞臉邊坡基巖裸露，為關嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，存在卸荷帶分布及強風化巖體較破碎，建議強卸荷帶全部挖除，再進行鎖口支護處理后進入洞挖.進口淺埋段(導0+000.00 m～導0+009.07 m)，地層為關嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，隧洞軸線與巖層走向大角度相交，甚至垂直,圍巖為強風化至弱風化巖體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性相對較差，成洞條件一般，施工開挖時局部可能有較大的掉頂和垮壁現(xiàn)象.洞身段(導0+009.07 m～導0+351.39 m)穿越關嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r地層，洞室埋深40～80 m，隧洞軸線與巖層走向夾角為30°～90°，圍巖類別為Ⅲ～Ⅳ類.遇強巖溶發(fā)育地段為Ⅴ類圍巖，約占洞身段30%～40%，不能自穩(wěn).隧洞出口段(導0+351.39 m～導0+371.39 m)穿越關嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r地層，隧洞軸線與巖層走向夾角為90°左右,但卸荷帶及強風化巖體較破碎，圍巖類別為Ⅴ類，成洞條件較差，不能自穩(wěn).出口明挖段(導0+371.39～導0+375.53),地形坡度45°～60°，較陡峭，基巖裸露，為關嶺組第二段(T2g2)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥灰?guī)r，為(T2g2)弱風化至強風化灰?guī)r地層，圍巖類別為Ⅳ類，明挖段邊坡高達14 m，洞臉為逆向坡，但卸荷帶及強風化巖體較破碎，裂隙發(fā)育，建議作掛網(wǎng)加噴錨支護處理[2].

2 施工導流方式

響水水庫工程等別為Ⅲ等中型水庫，擋水建筑物為重力壩，最大壩高72.00 m，壩頂寬度7.00 m.根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)的相關規(guī)定，主要建筑物為3級，次要水工建筑物為4級[3-4].根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303—2004)及《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》(SL623—2013)的相關規(guī)定，導流建筑物(導流隧洞及上、下游圍堰)的級別定為5級[5].導流標準采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相應流量Q=318.0 m3/s.推薦壩址天然設計洪水成果(見表1).

表1 推薦壩址天然設計洪水成果表

根據(jù)河床地形條件，結合混凝土重力壩壩型特點，確定采用上、下游圍堰一次攔斷河床，隧洞導流方式.隧洞在汛期會形成有壓流，過流能力按照有壓流進行考慮，導流洞斷面分別取5.0 m×6.15 m、5.3 m×6.50 m、5.6 m×6.65 m、5.8 m×6.65 m共4個斷面進行計算復核，每個斷面與之對應的圍堰及導流洞進行組合[5].經(jīng)過調(diào)洪演算和技術經(jīng)濟分析比較，圍堰及導流洞最經(jīng)濟組合對應的導流洞斷面為5.6 m×6.5 m，對應的上游圍堰最大堰高為14.7 m.

3 施工導截流設計

3.1 導流洞設計

導流洞按5級建筑物設計，斷面采用城門洞型.導流洞進口底板高程定為1 315.50 m，出口底板高程1 310.00 m，隧洞總長371.39 m，底坡1.48%.隧洞由2個直線段和1個圓弧段組成.上游第1個直線段為導流洞進口段，長90.21 m，方位角為S82.22°W，圓弧段長29.14 m，圓弧R為50 m，中心角33.40°；第2個直線段長252.04 m，方位角為S48.83°W.經(jīng)水力計算，確定隧洞過水斷面尺寸(寬×高)為5.6 m×6.65 m，直墻高度5.0 m，頂拱中心角122.04°，開挖斷面尺寸為(寬×高)6.8 m×7.75 m.導流洞開挖后先噴10 cm厚的C20混凝土，并作φ25系統(tǒng)錨桿支護，開挖完畢后再采用全洞段50 cm厚C25鋼筋混凝土襯砌.導流洞進、出口基巖裸露，明挖邊坡均采用1 ∶0.3，洞臉采用φ25系統(tǒng)錨桿(長4.5 m)+噴10 cm厚混凝土支護.進、出口邊坡開挖高度在15 m內(nèi)，不考慮設置馬道.

3.2 圍堰設計

由于土石圍堰具有地基適應性強，能充分利用當?shù)夭牧?，施工技術成熟及技術經(jīng)濟指標優(yōu)良等特點，故上、下游圍堰均采用土石圍堰.圍堰建筑物級別與導流洞相同，均為5級.圍堰安排在河床以下壩基開挖前填筑，根據(jù)施工進度安排，圍堰在第2年的10月份形成.

上游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用年限為次年11月～第4年1月，共14個月，全年擋水，設計標準為10年一遇(P=10%)全年洪水，相應流量Q=318.0 m3/s，迎水面最高擋水水位1 325.40 m，堰頂高程1 326.5 m，最大堰高14.7 m，堰頂寬6.0 m，堰頂長47.74 m.圍堰上游迎水面坡比為1 ∶2，下游背水面坡比為1 ∶1.8.圍堰堰體采用粘土心墻防滲，防滲體頂部高程1 326.00 m；圍堰基礎采用帷幕防滲.上游圍堰軸線上游約20 m處設截流戧堤，高5.0 m，頂寬6.0 m，上游邊坡1 ∶2.5、下游邊坡為1 ∶1.5，頂部高程1 318.00 m，頂軸線長31.92 m.戧堤設粘土斜墻防滲，上游側拋塊石保護，截流戧堤形成后作為圍堰的一部分.

下游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，設計標準和使用期限與上游圍堰相同，下游迎水面最高擋水水位1 314.9 m，堰頂高程1 316 m，最大堰高6.5 m，堰頂寬6.0 m，堰頂長34.42 m.上游背水面坡比為1 ∶1.8，下游迎水面坡比為1 ∶2.0.圍堰堰體采用粘土心墻的防滲型式；圍堰基礎采用帷幕防滲.

由于上游圍堰堰頂高程1 326.50 m，低于放空底孔進口底板高程1 331.0 m，遠低于水庫死水位1 342.0 m，完工后不考慮拆除.工程完工后應將下游圍堰拆除，運至大壩下游交通洞進口附近的棄渣場堆放.

3.3 施工度汛

當壩體澆筑高度高于圍堰后，其臨時渡汛洪水標準根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303—2004)相關規(guī)定執(zhí)行[6].響水水庫攔河壩為混凝土重力壩，當壩體攔洪庫容小于0.1億m3時，度汛洪水標準按10年一遇全年流量設計，相應洪峰流量318 m3/s.當壩體澆筑到上游圍堰頂高程(1 326.50 m)時，壩體混凝土澆筑工程量為15.37萬m3，根據(jù)全年導流方案施工進度，達到該高程的時間為第3年7月上旬.響水水庫5月即進入汛期，汛期壩體混凝土澆筑需在上游圍堰的保護下進行.

根據(jù)水位庫容曲線，當壩體澆筑到1 350.00 m時，壩前最大攔蓄庫容為1 033萬m3.此時，壩體混凝土澆筑工程量為24.6 萬m3，根據(jù)全年導流方案施工進度，達到該高程的時間為第3年11月中旬，即1 350.0 m以上壩體施工為枯期(第3年11月中旬～第4年1月底).全年導流方案的施工度汛方式為上、下游圍堰擋水，導流洞過流.

3.4 堵頭設計及壩區(qū)導流程序

堵頭位于導流洞與大壩帷幕灌漿位置.堵頭迎水面樁號為導0+144.17 m，底板高程1 313.37 m.水庫校核洪水位為1 368.11 m，作用在堵頭上的最大水頭為54.74 m.經(jīng)計算導流隧洞堵頭長為10.04 m，考慮安全富余、施工條件和其他異常情況，隧洞封堵長取20.0 m.堵頭樁號為導0+144.17 m～導0+164.17 m.壩區(qū)導流程序(見表2).

表2 壩區(qū)導流程序

3.5 截流

響水水庫采用全年導流方案，截流時間主要由施工進度安排及當?shù)厮臍庀筇攸c確定[7]，截流時段選擇在10月上旬進行，截流標準采用5年一遇洪水標準，截流設計流量采用10月平均流量，相應的截流設計流量為Q=3.99 m3/s.考慮到截流設計流量不大、土料場位置、左岸交通方便且較易布置截流施工場地等特點[8]，選擇從左岸向右岸立堵進占截流.

在上游圍堰處設戧堤截流，主要截流材料可直接利用壩基開挖料，戧堤上游粘土從大壩下游土料場開挖后沿壩下游左岸進基坑公路運到工作面填筑；戧體由12 t振動碾壓實，粘土鋪蓋由羊足碾配合夯板壓實；護坡塊石用挖掘機上料、人工配合填實.截流從左岸向右岸推進，立堵法進占截流.截流成功后在戧堤后加高培厚，最終形成上游圍堰[9].由于截流流量不大，下游圍堰可不設戧堤截流，直接從左岸向右岸進占填筑.

4 結 論

響水水庫壩址區(qū)存在漲峰歷時短、洪峰陡峻、洪量集中、洪水匯流時間較短等山區(qū)性河流特點，且壩址區(qū)地形地質(zhì)條件較復雜，為確保工程高效優(yōu)質(zhì)安全施工和防洪度汛，緊密結合庫區(qū)水文地質(zhì)條件和調(diào)洪成果，對導流方案和導流建筑物結構形式進行了合理優(yōu)化確定，以滿足工程特性和實際施工條件需求.

(1)采用上、下游圍堰一次攔斷河床，隧洞導流方式，充分利用了工程區(qū)地形地質(zhì)條件，把導流洞布置在河床右岸，并采用城門有壓洞型式，有利于導流洞施工.

(2)導流標準采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相應流量Q=318.0 m3/s，有利于工程安全施工度汛.

(3)利用壩基開挖料在上游圍堰處設戧堤截流，從左岸向右岸進占填筑，立堵法進占截流，實現(xiàn)開挖棄料填筑再利用，節(jié)省了工程投資.

[1] 中華人民共和國水利部. SL 303—2004水電工程施工組織設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2] 王 倫,趙 悅.黃河班多水電工程施工導流方案優(yōu)化[J].水電與新能源,2014(11):21-23.

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Planning of Construction Diversion for Xiangshui Reservoir

WU Zhen-hui
(Guizhou Xinzhongshui Engineering Co., Ltd, Guiyang 550001, China)

Xiangshui Reservoir dam is constructed in the narrow valley with complex topographical and geological conditions, therefore, the flood peak in river basin is likely to concentrate in large amount with short duration. Combining the site reconnaissance data and SL303—2004 standards, the optimal scheme of whole cofferdam blockade with right tunnel diversion has been chose by considering the dam layout, the design flood in construction period, the construction technology, the economic benefit and other factors. The diversion procedure in dam area has been reasonably determined after reasonable arrangement of the diversion tunnel and multiple adjustments of the structure parameter.

flood peak; construction diversion; diversion tunnel; Xiangshui Reservoir

2016-10-24

吳偵輝(1986-)，男，陜西安康人，工程師，研究方向為水利水電工程施工組織設計.

TV698

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1008-536X(2017)02-0041-04