貴州省新寨水庫(kù)導(dǎo)流洞綜合利用與封堵設(shè)計(jì)

王瑞 曾樹(shù)元 張斌

摘要：貴州省赫章縣新寨水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，導(dǎo)流洞及放空兼取水建筑物均布置于大壩左岸。根據(jù)實(shí)際情況，將導(dǎo)流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態(tài)流量下泄設(shè)施結(jié)合布置，最大限度地利用了導(dǎo)流洞，在保證工程施工期導(dǎo)流度汛的同時(shí)，可以滿足水庫(kù)運(yùn)行期放空、取水以及下泄生態(tài)流量的需求，簡(jiǎn)化了工程布置，方便工程施工，減少了工程量及施工工期，節(jié)省了工程投資，且便于后期運(yùn)行管理。

關(guān)鍵詞：面板堆石壩;導(dǎo)流洞;放空建筑物;取水建筑物;生態(tài)流量;新寨水庫(kù)

中圖法分類號(hào)：TV551.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.008

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）08 - 0039 - 05

0 引 言

對(duì)于土石壩、心墻壩、面板堆石壩等柔性壩，為了修筑大壩、溢洪道等樞紐建筑物，需要先期修建擋水的上、下游圍堰，利用設(shè)置在山體內(nèi)的導(dǎo)流洞[1]將河水自一旁引至下游，導(dǎo)流洞一般為臨時(shí)性建筑物，在工程完工后廢棄并進(jìn)行封堵處理。放空建筑物[2]是在大壩需要檢修等非常時(shí)期需要放空水庫(kù)而設(shè)置的，一般設(shè)置于大壩壩體或者兩岸山體內(nèi)，為便于施工和控制，多采用鋼管進(jìn)行水庫(kù)放空。取水建筑物[3]是指利用從水庫(kù)或河流引水、提水的水工建筑物，對(duì)于水庫(kù)工程，通常采用庫(kù)內(nèi)或者壩身取水塔結(jié)合取水鋼管進(jìn)行取水，滿足工程取水或者灌溉的需要。另外，為了維持下游生態(tài)環(huán)境[4]，水庫(kù)工程還需要合理設(shè)置生態(tài)流量下泄設(shè)施。

在水利工程建設(shè)中，為便于控制，避免相互干擾，通常采用導(dǎo)流洞、放空建筑物及取水建筑物單獨(dú)布置的形式進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與施工，這樣加大了樞紐區(qū)各建筑物的布置及施工難度，增加了工程量及投資。有些工程將臨時(shí)導(dǎo)流洞改造為永久放空洞，有些工程將放空建筑物、取水建筑物及生態(tài)下泄設(shè)施部分結(jié)合布置[5]，但較少有工程將導(dǎo)流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態(tài)流量下泄設(shè)施四者結(jié)合布置。本文介紹的貴州省赫章縣新寨水庫(kù)將導(dǎo)流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態(tài)流量下泄設(shè)施結(jié)合布置，簡(jiǎn)化了工程布置，方便施工、節(jié)省工期、減少了工程量，降低工程投資761萬(wàn)元，在同類工程中具有較高的推廣價(jià)值。

1 工程概況

新寨水庫(kù)位于貴州省赫章縣東北部，地處河鎮(zhèn)彝族、苗族鄉(xiāng)馬家寨德卓河上游河段，壩址以上集水面積為10.28 km2，主河道長(zhǎng)5.7 km，加權(quán)平均坡降為32.5‰，多年平均流量0.131 4 m3/s。水庫(kù)校核洪水位2 124.27 m，總庫(kù)容235.03萬(wàn)m3，工程為Ⅳ等?。?）型水庫(kù)，水庫(kù)樞紐工程包括：擋水、泄水、取水建筑以及灌溉供水系統(tǒng)。大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高39.50 m，壩頂高程為2 124.50 m;單孔開(kāi)敞式溢洪道寬7 m，布置在左岸壩肩;取水塔布置于左岸壩肩，取水塔后接直徑0.8 m的放空鋼管，放空鋼管采用水平段及豎井段引入左岸山體內(nèi)的導(dǎo)流洞，穿過(guò)永久堵頭后于導(dǎo)流洞內(nèi)明管布置;導(dǎo)流洞出口設(shè)置閘閥室，以便控制工程放空、取水以及下泄生態(tài)流量。大壩樞紐平面布置見(jiàn)圖1。

2 導(dǎo)流洞地質(zhì)條件

導(dǎo)流洞布置于左岸山體內(nèi)，全長(zhǎng)222.5 m，斷面寬3.0 m，高3.5 m，呈城門洞形。導(dǎo)流洞進(jìn)口前為長(zhǎng)20.5 m的引渠，前10 m地表出露主要為第四系殘坡積（Qel+dl）黏土夾碎塊石，結(jié)構(gòu)松散，后10 m洞段為基巖出露，地層巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖。導(dǎo)流洞洞身段長(zhǎng)192 m，地層巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖，洞向與巖層走向從小角度相交（近似水平）漸變?yōu)榇蠼嵌认嘟唬s60°），埋深15～30 m，洞段處在弱風(fēng)化下部至新鮮巖體中，巖層傾角較平緩，洞室圍巖整體穩(wěn)定性較好，以Ⅲ～Ⅳ類圍巖為主。導(dǎo)流洞出口的尾端長(zhǎng)10 m，地層巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段（T1f2）粉砂巖夾泥巖，出口洞臉為逆向坡，洞向與巖層走向夾角60°，處在強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化巖體中，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，局部可能存在塌方、掉塊現(xiàn)象。

3 導(dǎo)流洞與取水兼放空隧洞結(jié)合布置

新寨水庫(kù)大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，為滿足施工期導(dǎo)流度汛的需要，需設(shè)置導(dǎo)流洞。經(jīng)綜合比選，導(dǎo)流洞布置于左岸山體內(nèi)。為滿足工程取水、放空的需要，還需設(shè)置取水、放空建筑物。另外，為滿足下泄生態(tài)流量的要求，需設(shè)置生態(tài)流量下泄設(shè)施。若采用取水兼放空隧洞與導(dǎo)流洞單獨(dú)設(shè)計(jì)方案，則需另外布置一條245 m長(zhǎng)的隧洞，增加投資761萬(wàn)元。參考同類工程導(dǎo)流洞永臨結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，本工程采取導(dǎo)流洞與取水兼放空隧洞結(jié)合布置的方式以節(jié)省工程投資。

將導(dǎo)流洞與取水兼放空隧洞結(jié)合布置，則牽涉到如何合理利用原已建導(dǎo)流洞進(jìn)行工程的取水、放空以及下泄生態(tài)流量。為便于放空建筑物的運(yùn)行期控制，該工程于大壩左岸壩肩設(shè)置取水塔，取水塔后設(shè)置DN820放空鋼管，并采用豎井形式將鋼管接入導(dǎo)流洞內(nèi)，以滿足水庫(kù)放空的需要。在導(dǎo)流洞出口設(shè)置閘閥室，閘閥室內(nèi)放空鋼管上接取水管及生態(tài)流量管，以滿足工程取水及下泄生態(tài)流量的需要。同時(shí)，導(dǎo)流洞設(shè)置了臨時(shí)封堵措施及永久堵頭，可以保證永久堵頭的施工質(zhì)量及防滲效果。

4 導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新寨水庫(kù)大壩壩址位于河灣地段，左岸是凸岸，故將導(dǎo)流隧洞布置在左岸，使導(dǎo)流洞洞線最短。導(dǎo)流洞進(jìn)、出口高程主要考慮盡量減少明挖、底板高程高于?？菟痪€等因素，從而使進(jìn)出口施工受河水影響小。另外，考慮導(dǎo)流洞進(jìn)口截流時(shí)能夠順利過(guò)流及防止河道砂石、淤泥進(jìn)入導(dǎo)流洞等因素，導(dǎo)流洞進(jìn)口底板高程定為2 092.00 m，出口底板高程定為2 087.00 m，進(jìn)口明渠長(zhǎng)14.5 m，進(jìn)口閘門井長(zhǎng)6 m，導(dǎo)流洞洞身長(zhǎng)192 m，底坡2.607%，出口明渠長(zhǎng)10 m，進(jìn)口洞臉、洞身以及出口洞臉根據(jù)地形地質(zhì)條件采取相應(yīng)支護(hù)加固措施。大壩施工期臨時(shí)度汛標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量Q5%=48.6 m3/s，計(jì)算出導(dǎo)流洞斷面尺寸為3.0 m×3.5 m（寬×高），導(dǎo)流隧洞斷面選擇城門洞型，過(guò)流斷面面積9.65 m2。

5 放空兼取水建筑物設(shè)計(jì)

5.1 取水塔設(shè)計(jì)

取水塔布置于溢洪道引渠上游側(cè)的左岸岸坡高程2 112 m開(kāi)挖平臺(tái)上，取水塔進(jìn)水口底板高程為2 112.50 m，塔頂檢修層高程為2 125.50 m，塔頂啟閉機(jī)室高程為2 131.00 m，啟閉機(jī)室內(nèi)設(shè)攔污柵、事故閘門起吊設(shè)備。取水塔設(shè)計(jì)取水流量為0.094 m3/s（含生態(tài)流量），依水流方向布設(shè)攔污柵、三橢圓面收縮喇叭口、平板閘門及通風(fēng)檢修井。進(jìn)口采用橢圓面收縮喇叭口，攔污柵孔口尺寸為1.5 m×2.5 m（寬×高），平面閘門孔口尺寸為1.5 m×1.5 m（寬×高），閘門后設(shè)置通風(fēng)檢修井，孔口尺寸為0.8 m×1.5 m（寬×高）。取水塔塔身采用C25常態(tài)混凝土，門槽采用C30常態(tài)混凝土。

5.2 放空兼取水鋼管設(shè)計(jì)

取水塔后接漸變段（樁號(hào)QS000.0～002.0）以便與DN820放空兼取水鋼管相接，漸變段長(zhǎng)度為2.0 m，由1.5×1.5 m的方形孔漸變?yōu)閳A形，漸變段后接樁號(hào) QS0+002.0～0+022.0水平段鋼管，水平段鋼管外包混凝土60 cm;樁號(hào)QS0+022.0～0+026.0為轉(zhuǎn)彎、豎井段鋼管，豎井段鋼管外包混凝土60 cm，放空兼取水鋼管通過(guò)水平段、轉(zhuǎn)彎段及豎井段接入導(dǎo)流洞內(nèi);QS0+024.0～0+030.0為臨時(shí)堵頭段，QS0+030.0～0+040.0為永久堵頭段;放空兼取水管穿過(guò)堵頭后于導(dǎo)流洞內(nèi)明管布置，按照每6～8 m的間距設(shè)置支墩。放空兼取水建筑物剖面見(jiàn)圖2。

5.3 出口閘閥室設(shè)計(jì)

放空兼取水管出口布置閥門室以保護(hù)及控制放空管、取水管及生態(tài)流量管，閘閥室內(nèi)放空管上按水流方向依次設(shè)置叉管接取水管及生態(tài)流量管，其中取水管為DN300 K9級(jí)球墨鑄鐵管，設(shè)置DN300活塞閥及DN300偏心半球閥;生態(tài)流量管為DN159鋼管，設(shè)置DN150活塞閥及DN150偏心半球閥;放空管出口設(shè)置DN800活塞閥及DN800偏心半球閥用于水庫(kù)放空。取水管由閥門室下游跨河，連接至右岸灌溉主管。閥門室采用框架結(jié)構(gòu)，底板采用40 cm厚C20混凝土，墻壁為砌體結(jié)構(gòu)。

6 導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)

6.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口臨時(shí)封堵設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞進(jìn)口孔口尺寸3.0 m×3.5 m，底檻高程2 092.00 m，最大設(shè)計(jì)擋水水頭24 m。為減少專業(yè)交叉，方便施工，加快工程進(jìn)度，導(dǎo)流洞進(jìn)口采用鋼筋混凝土預(yù)制疊梁門進(jìn)行封堵。綜合考慮施工吊裝難度，確定疊梁梁高40 cm，梁厚60 cm，長(zhǎng)3.6 m，共13根，其中1根為備用，采用C30混凝土預(yù)制梁。

6.2 導(dǎo)流洞永久堵頭設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞堵頭布置于QS0+030.0～0+040.0樁號(hào)，長(zhǎng)度為10.0 m，斷面尺寸3.0 m×3.5 m（城門洞型），帷幕軸線貫穿永久堵頭，堵頭與大壩帷幕灌漿線相交于QS0+035.0樁號(hào)，交點(diǎn)距永久堵頭上游端點(diǎn)5 m。堵頭采用楔形體設(shè)計(jì)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，采用二級(jí)配微膨脹混凝土[6]。堵頭施工時(shí)，需對(duì)堵頭接觸的原襯砌混凝土表面進(jìn)行鑿毛，堵頭與隧洞接觸面頂拱采用預(yù)埋灌漿管進(jìn)行回填灌槳，灌漿在堵頭混凝土達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。

為保證永久堵頭混凝土干地施工，確保永久堵頭施工質(zhì)量，結(jié)合放空兼取水鋼管下彎段布置，在永久堵頭上游設(shè)置長(zhǎng)6 m的臨時(shí)堵頭進(jìn)行臨時(shí)擋水，并對(duì)臨時(shí)堵頭頂部進(jìn)行回填灌漿，臨時(shí)堵頭（圖3）施工完畢并進(jìn)行上游導(dǎo)流洞洞身段充水排氣后，方可進(jìn)行永久堵頭的施工。

6.3 導(dǎo)流洞堵頭排水、排氣設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞洞內(nèi)排水主要為經(jīng)常性排水，包括洞身及疊梁門滲水、施工期上游臨時(shí)擋水圍堰滲水、施工用水等。在臨時(shí)堵頭上、下游設(shè)置臨時(shí)黏土草袋擋水圍堰，在臨時(shí)堵頭混凝土澆筑期間，臨時(shí)堵頭段之前的洞內(nèi)各種滲水利用預(yù)埋的1根DN300 mm的鋼管下排。

為防止臨時(shí)堵頭前洞內(nèi)充水時(shí)擠壓空氣產(chǎn)生氣爆，臨時(shí)堵頭內(nèi)部設(shè)有1根DN150 mm排氣鋼管。排氣管上游延伸至導(dǎo)流洞進(jìn)口位置，采用直角彎頭向上伸至導(dǎo)流洞進(jìn)口洞頂位置，下游延伸至永久堵頭首部，臨時(shí)堵頭上游導(dǎo)流洞洞身段充水時(shí)，其內(nèi)部空氣可自排氣管排出（圖4）。

7 結(jié) 語(yǔ)

新寨水庫(kù)工程結(jié)合實(shí)際情況，將導(dǎo)流洞、放空建筑物、取水建筑物及生態(tài)流量下泄設(shè)施四者結(jié)合布置，簡(jiǎn)化了工程布置，減少工程量，方便施工，達(dá)到了加快工程進(jìn)度、節(jié)省投資的目的。

（1）工程前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形地質(zhì)條件，導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮永臨結(jié)合，充分利用已建導(dǎo)流洞進(jìn)行工程的放空、取水以及下泄生態(tài)流量，避免單獨(dú)布置上述建筑物導(dǎo)致工程量增加、工期延長(zhǎng)、投資增加等問(wèn)題。

（2）放空兼取水建筑物首部設(shè)置取水塔及啟閉機(jī)室，尾部設(shè)置閘閥室，并設(shè)置相應(yīng)控制設(shè)施，便于運(yùn)行期工程放空、取水及下泄生態(tài)流量的控制。

（3）導(dǎo)流洞永久堵頭前設(shè)置臨時(shí)堵頭，并設(shè)置排水、排氣設(shè)施，保證永久堵頭施工質(zhì)量。

（4）其他同類工程采用類似布置時(shí)，需合理考慮放空設(shè)施與導(dǎo)流洞洞身的銜接設(shè)計(jì)、穿過(guò)導(dǎo)流洞永久堵頭時(shí)的防滲處理措施以及放空設(shè)施布置于導(dǎo)流洞永久利用段的安全性、耐久性，以便于后期運(yùn)行管理。

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（編輯：江 文）