關(guān)于榆林黃河?xùn)|線引水工程黃石溝大壩導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)探索

韓彧

黃石溝大壩壩址處岸坡較陡，兩側(cè)ft體基巖出露，兩岸無(wú)天然灘地和臺(tái)地可以利用。 若采用分期導(dǎo)流，基坑較小，施工干擾大，河道無(wú)條件布置縱向圍堰。壩址處兩岸陡峭， 無(wú)開(kāi)挖明渠的條件，亦不適合采用明渠導(dǎo)流。壩址處兩岸基巖相對(duì)完整，具備成洞條件，根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合工程布置和建筑物結(jié)構(gòu)型式，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用圍堰一 次攔斷河床、隧洞導(dǎo)流方式。

黃石溝大壩;導(dǎo)流建筑物;圍堰;隧洞

黃石溝大壩壩址處岸坡較陡，兩側(cè)ft體基巖出露，兩岸無(wú)天然灘地和臺(tái)地可以利用。 若采用分期導(dǎo)流，基坑較小，施工干擾大，河道無(wú)條件布置縱向圍堰。壩址處兩岸陡峭，無(wú)開(kāi)挖明渠的條件，亦不適合采用明渠導(dǎo)流。壩址處兩岸基巖相對(duì)完整，具備成洞條件 根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合工程布置和建筑物結(jié)構(gòu)型式，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用圍堰一 次攔斷河床、隧洞導(dǎo)流方式。

中期導(dǎo)流采用壩體擋水度汛，導(dǎo)流洞泄流，導(dǎo)流洞下閘封堵后由溢洪道泄流。

一、黃石溝大壩導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

（一）導(dǎo)流隧洞設(shè)計(jì)

1）導(dǎo)流隧洞布置

壩址處ft體坡度較陡，兩岸基巖出露。導(dǎo)流洞布置結(jié)合兩岸地形，導(dǎo)流洞布置在大壩左岸的方案。根據(jù)壩區(qū)地形、地質(zhì)、施工洪水等條件及水工樞紐布置情況，結(jié)合導(dǎo)流程序安排，本工程在左岸布置一條導(dǎo)流洞。

2）導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞斷面比較了城門洞形和圓形兩種形式，綜合考慮隧洞受施工進(jìn)度、施工方便程度等因素，選用城門洞形斷面。

結(jié)合水工建筑物布置，為了降低投資，考慮導(dǎo)流洞后半段與放空洞結(jié)合，結(jié)合長(zhǎng)度404.34m。由于放空洞凈斷面為2.8m×4m，故導(dǎo)流洞洞徑本階段比較了2m×3m、2.5m×3m 和2.8m×4m三種斷面，通過(guò)對(duì)導(dǎo)流洞開(kāi)挖量、襯砌量、圍堰填筑量和圍堰填筑進(jìn)度的比較，最后確定襯砌后斷面尺寸為2.8m×4m。

由于放空洞出口高程為906.45m，隧洞底坡為1.5%，故導(dǎo)流洞底坡亦定位1.5%，出口底板高程為906.45m，進(jìn)口底板高程為915.34m，洞身長(zhǎng)592.74m。

3）導(dǎo)流洞水力計(jì)算

根據(jù)施工期導(dǎo)截流的需要，整個(gè)導(dǎo)流期間，導(dǎo)流洞均敞開(kāi)泄流，其流態(tài)根據(jù)水位的

變化，將出現(xiàn)明流、明滿流過(guò)渡及壓力流三種流態(tài)。

導(dǎo)流洞泄流能力分別按明流和有壓流兩種公式計(jì)算。明流和有壓流的分界，參照一 般經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算中假定，當(dāng)隧洞進(jìn)口水深大于1.5倍洞高時(shí)按有壓流公式計(jì)算，小于1.2 倍洞高時(shí)按明流公式計(jì)算。

A）明流的泄流能力計(jì)算

明流的泄流能力按下式計(jì)算：

式中：Q—導(dǎo)流洞泄流量，m/s;

m—流量系數(shù)，m=0.35;

σ—淹沒(méi)系數(shù)，自由出流時(shí)σ=1;

b—隧洞過(guò)水?dāng)嗝娴膶挾?，m;H—隧洞進(jìn)口水深，m。

B）有壓流的泄流能力計(jì)算

有壓流的泄流能力按下式計(jì)算：

式中：Q—導(dǎo)流洞泄流量，m/s;

μ—有壓流流量系數(shù);

W—隧洞過(guò)水面積，m;

z—隧洞進(jìn)出口水頭差，m。

其中

式中：

h——隧洞進(jìn)口損失m;

h——沿程損失，m;

h——彎段損失，m;

V——斷面平均流速，m3/s;

C——謝才系數(shù)，m1/2/s;

R——水力半徑，m;

L——洞身長(zhǎng)度，m。

當(dāng)隧洞出口水深低于隧洞頂板高程時(shí)，下游水深H下=0.85a（a為隧洞高度）;當(dāng)隧洞

出口水深高于隧洞頂板高程時(shí)，H下采用實(shí)際水深。

導(dǎo)流洞圍巖主要為砂巖，局部夾薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，以Ⅲ類和Ⅳ 類為主，局部為Ⅴ類。為減少洞身糙率、提高泄流量和運(yùn)行的安全性，初步考慮采用噴 錨支護(hù)與二次全斷面鋼筋混凝土襯砌結(jié)合的復(fù)合襯砌方式。襯砌厚度根據(jù)圍堰類別及所 承受荷載不同，分別為0.4m、0.45m、0.5m。

（二）圍堰設(shè)計(jì)

1）圍堰型式

為便于施工，降低造價(jià)，擬采用土石圍堰結(jié)構(gòu)型式，圍堰堰體和堰基防滲均采用粘土心墻防滲。

2）圍堰設(shè)計(jì)

上游圍堰采用土石料填筑，最高擋水位924.0m，考慮波浪爬高和安全超高后，確定 圍堰頂高程為925.0m。最大堰高20m，堰頂寬6m，堰頂軸線長(zhǎng)160m。上下游坡比均為1：2，圍堰基礎(chǔ)和堰體均采用粘土心墻防滲。

下游圍堰采用砂礫石混合料填筑，最高擋水水位906.0m，堰頂高程907.0m，最大堰高7.0m。堰頂寬6m，堰頂軸線長(zhǎng)55m。上游坡、下游坡坡比均為1：2。圍堰基礎(chǔ)和堰體均采用粘土心墻防滲。

二、取水口泵站導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

本著經(jīng)濟(jì)合理、就近取材的原則，并綜合考慮導(dǎo)流條件和進(jìn)度安排，圍堰采用拋石 進(jìn)占、土石料填筑、高壓旋噴防滲墻防滲。土石料頂寬8.0m，堰頂高程787.0m，內(nèi)坡為1：2，外坡1：1.5，圍堰總長(zhǎng)261m，最大堰高9.0m。

（一）管線穿溝處導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

本著經(jīng)濟(jì)合理、就近取材的原則，筑島填筑采用土石圍堰，并結(jié)合具體地形地質(zhì)條件和水工建筑物布置，確定合適的筑島位置。

（二）出庫(kù)線路導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，窟野河倒虹分期圍堰最大堰高 6m，禿尾河倒虹分期圍堰最大堰高 3.5m， 圍堰頂寬 5.0m，迎水面與下游坡比均為 1：2.0，采用砂礫石填筑，迎水面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，設(shè) 0.5m 厚編織袋裝土防沖。其它倒虹經(jīng)計(jì)算，圍堰最大堰高 2m，均采用砂礫石填筑，圍堰頂寬 3.0m，迎水面與下游坡比均為 1：2.0，采用砂礫石填筑，迎水面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，設(shè) 0.5m 厚編織袋裝土防沖。

本工程跨河（溝）5座倒虹和1座橋倒的施工工期均安排在枯水期進(jìn)行，由于施工期短，圍堰基礎(chǔ)不設(shè)防滲，因此圍堰的基礎(chǔ)防滲考慮采用機(jī)械抽排解決。

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，倒虹基礎(chǔ)及部分管線穿越地層大部分為細(xì)沙層，地下水位高于管線中心線，基坑開(kāi)挖采取井點(diǎn)降水的措施保持基坑干地施工。針對(duì)砂層地質(zhì)特性，采 取多管井施工降水方法。施工降水設(shè)單級(jí)離心水泵抽排，流量 100m3/h，揚(yáng)程 9m，功率5.5kW。