朱 勤,張 洋,職承杰
(水利部長(zhǎng)江治理與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)江設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,430010,武漢)
觀景口水利樞紐施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)采用圍堰一次截?cái)嗪哟?、隧洞?dǎo)流、枯水期圍堰擋水、汛期大壩度汛斷面擋水的導(dǎo)流方案。由于壩址位于五步河與蘆溝河交匯處下游,初步設(shè)計(jì)階段經(jīng)綜合比選后推薦左右岸各設(shè)1條隧洞導(dǎo)流,其中左岸五步河由永久性建筑物泄洪放空洞導(dǎo)流,右岸蘆溝河由右岸導(dǎo)流洞導(dǎo)流。樞紐布置見(jiàn)圖1。
圖1 大壩樞紐混凝土面板堆石壩平面布置圖
右岸導(dǎo)流隧洞等級(jí)為4級(jí)。圍堰采用土石結(jié)構(gòu),導(dǎo)流采用20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)五步河和蘆溝河洪峰流量分別為191 m3/s、110 m3/s。根據(jù)樞紐布置和地形地質(zhì)條件,右岸導(dǎo)流隧洞布置在蘆溝河右岸,采用城門(mén)洞形,斷面尺寸3.20 m×4.50 m(寬×高),洞長(zhǎng)700 m,洞底坡降為1.1%,導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室采用岸塔式。
觀景口水利樞紐工程于2016年2月底開(kāi)工,工程要求2016年11月進(jìn)行截流,初設(shè)方案導(dǎo)流洞長(zhǎng)700 m,施工工期約11個(gè)月,預(yù)計(jì)導(dǎo)流洞2017年2月底才能具備過(guò)流條件,無(wú)法滿(mǎn)足工程2016年11月截流的進(jìn)度要求。因此需對(duì)導(dǎo)流洞布置進(jìn)行優(yōu)化,縮短導(dǎo)流洞施工工期。
圍繞縮短導(dǎo)流洞施工工期的目的,導(dǎo)流洞布置優(yōu)化重點(diǎn)從以下兩方面進(jìn)行研究:
一是通過(guò)明渠或隧洞將左岸五步河和右岸蘆溝河連通,取消右岸導(dǎo)流洞,兩河導(dǎo)流任務(wù)均由左岸泄洪放空洞承擔(dān)。二是通過(guò)調(diào)整導(dǎo)流洞布置,縮短導(dǎo)流洞洞線(xiàn)長(zhǎng)度,達(dá)到縮短導(dǎo)流洞施工工期的目的。
(1)利用明渠或隧洞連通兩河,取消右岸導(dǎo)流洞
由于壩址位于兩河交叉口,蘆溝河河底高程237 m,五步河河底高程234m,如果在圍堰前用隧洞連通兩河,隧洞長(zhǎng)度260m,需由蘆溝河下泄到五步河,來(lái)洪水時(shí),連通隧洞出口為淹沒(méi)流,隧洞下泄流量受限,導(dǎo)致右圍堰高度增加。若采用明渠連通兩河,中間山脊高度較大,最大開(kāi)挖深度達(dá)34 m,工程量較大。
無(wú)論采用明渠或隧洞哪種方案連通兩河,由于取消了右岸導(dǎo)流洞,左岸泄洪放空洞負(fù)擔(dān)2條河水的下泄,泄流能力減小,將導(dǎo)致左右岸圍堰和大壩度汛斷面填筑高程增高,估算左圍堰增高7m,右圍堰增高12.5m,圍堰填筑方量增加約11萬(wàn)m3,大壩度汛斷面填筑高程增加13 m,度汛前期大壩填筑施工強(qiáng)度增大。同時(shí)由于右岸圍堰高度增加,右岸圍堰擋水水頭達(dá)22 m,圍堰長(zhǎng)期高水位運(yùn)行,對(duì)圍堰施工質(zhì)量要求較高,基坑排水及處理工作量增加,也存在一定的安全隱患,故導(dǎo)流洞布置設(shè)計(jì)優(yōu)化不推薦本方案。
(2)調(diào)整導(dǎo)流洞線(xiàn)路布置,縮短洞線(xiàn)長(zhǎng)度
根據(jù)樞紐工程布置方案,調(diào)整導(dǎo)流洞線(xiàn)路布置,研究將導(dǎo)流洞進(jìn)、出口位置向壩軸線(xiàn)方向移動(dòng),盡可能減少導(dǎo)流洞線(xiàn)路長(zhǎng)度以達(dá)到縮短導(dǎo)流洞施工工期的目的。
設(shè)計(jì)單位根據(jù)地形地質(zhì)條件,通過(guò)深入研究臨時(shí)建筑物導(dǎo)流洞與永久建筑物溢洪道空間布置關(guān)系及其運(yùn)行時(shí)段特點(diǎn),導(dǎo)流洞承擔(dān)的導(dǎo)流任務(wù)與溢洪道承擔(dān)的泄洪任務(wù)在時(shí)間上相互獨(dú)立、互不干擾,將右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口位置向下游平移至距壩軸線(xiàn)上游約195 m山坳處,導(dǎo)流洞出口位置向上游平移至距壩軸線(xiàn)下游150 m右岸山坡,充分利用導(dǎo)流洞與溢洪道運(yùn)行時(shí)段相互獨(dú)立的特點(diǎn),允許導(dǎo)流洞與溢洪道布置上空間交叉,使導(dǎo)流洞后段從溢洪道泄槽底板的巖層中穿過(guò)。
右岸導(dǎo)流洞按照上述優(yōu)化方案調(diào)整后布置在蘆溝河右岸,進(jìn)口位于大壩軸線(xiàn)上游約195m處,出口位于大壩軸線(xiàn)下游約150m處,進(jìn)出口之間為洞身段。導(dǎo)流洞由進(jìn)口控制段、洞身段、出口消能防沖段3部分組成,全長(zhǎng)433m。
為保證導(dǎo)流洞過(guò)流能力,洞線(xiàn)布置優(yōu)化后導(dǎo)流洞過(guò)水?dāng)嗝婕翱v坡維持不變,由于洞線(xiàn)長(zhǎng)度縮短,泄流能力略有增加。洞身段采用城門(mén)洞形,底寬3.20 m,直墻高3.27 m,洞高4.50 m,洞頂圓心角150°,導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底高程為238.00 m,出口底高程為234.15 m,洞長(zhǎng)350 m,洞底坡降為1.10%。
導(dǎo)流洞洞線(xiàn)布置優(yōu)化后,導(dǎo)流洞洞身長(zhǎng)度由700 m減少至350 m,由于洞身長(zhǎng)度大幅度縮減,工期也相應(yīng)縮短至5個(gè)月,為工程按期截流創(chuàng)造了條件。
導(dǎo)流洞洞線(xiàn)布置調(diào)整后與初步設(shè)計(jì)相比,導(dǎo)流洞進(jìn)口位置向壩軸線(xiàn)平移約40m,出口位置向壩軸線(xiàn)平移約340m。
調(diào)整后導(dǎo)流洞進(jìn)、出口段軸線(xiàn)與巖層面近正交。進(jìn)口覆蓋層為粉質(zhì)黏土夾碎石,厚1.0~2.0 m,下伏基巖為沙溪廟組第三段(J2s3)泥巖夾粉砂巖及薄層砂巖,出口地層巖性為上沙溪廟組第一段第二層(J2s1-2)泥巖夾粉砂巖及薄層砂巖,洞頂圍巖厚度相對(duì)變厚。同時(shí)出口段邊坡為逆向坡,邊坡穩(wěn)定、隧洞圍巖穩(wěn)定性好。
導(dǎo)流洞出口位置由溢洪道右側(cè)調(diào)整至溢洪道左側(cè)后,隧洞長(zhǎng)度由700 m減少至350 m。導(dǎo)流隧洞從溢洪道泄槽底板下巖體中穿過(guò),與溢洪道軸線(xiàn)呈30°斜交,導(dǎo)流洞與溢洪道相交部位該段洞頂開(kāi)挖高程約240 m,對(duì)應(yīng)溢洪道泄槽底板高程256.94~246.87 m。導(dǎo)流洞洞頂與溢洪道底板間巖體厚度7.31~16.79 m,交叉處斷面見(jiàn)圖2。該段巖石為砂巖、泥巖夾薄層砂巖及粉砂巖,導(dǎo)流洞部位巖石微風(fēng)化,屬Ⅲ~Ⅴ類(lèi)圍巖。斜槽底板部位巖石微風(fēng)化~弱風(fēng)化。
(1)施工期
導(dǎo)流隧洞過(guò)流后,溢洪道泄槽進(jìn)行土石方開(kāi)挖和混凝土澆筑,調(diào)整后導(dǎo)流隧洞后段與溢洪道成約30°立體斜交,且最小厚度為7.31 m,為分析導(dǎo)流洞對(duì)溢洪道泄槽底板的影響,按淺埋隧洞對(duì)導(dǎo)流洞后段進(jìn)行襯砌配筋計(jì)算,為安全起見(jiàn),隧洞頂部按巖體、泄槽混凝土及水自重全部作用在襯砌結(jié)構(gòu)混凝土上考慮。
(2)運(yùn)行期
導(dǎo)流出口位置調(diào)整后,導(dǎo)流隧洞從溢洪道泄槽底板下巖體中穿過(guò),與溢洪道軸線(xiàn)呈30°斜交,導(dǎo)流洞與溢洪道交叉部位導(dǎo)流洞頂板與泄槽底板最小巖體厚度7.31 m,為確保工程運(yùn)行期泄槽底板安全,導(dǎo)流洞在下閘蓄水后對(duì)該交叉段進(jìn)行混凝土封堵和回填灌漿處理。
圖2 導(dǎo)流洞縱斷面(交叉處)(單位:cm)
觀景口水利樞紐工程布置格局為:主河床布置混凝土面板壩,左岸布置泄洪放空洞兼施工導(dǎo)流洞、右岸布置岸邊式溢洪道,右岸導(dǎo)流洞布置在溢洪道外側(cè)以減少導(dǎo)流洞對(duì)溢洪道的干擾,致使右岸導(dǎo)流洞線(xiàn)路較長(zhǎng)。
為滿(mǎn)足工程截流進(jìn)度要求,縮短導(dǎo)流洞施工工期,對(duì)右岸導(dǎo)流洞線(xiàn)路布置進(jìn)行了優(yōu)化,根據(jù)地形地質(zhì)條件,盡可能將右岸導(dǎo)流洞進(jìn)、出口位置向壩軸線(xiàn)平移靠近,充分利用導(dǎo)流洞與溢洪道運(yùn)行時(shí)段相互獨(dú)立的特點(diǎn),允許導(dǎo)流洞與溢洪道空間交叉布置,使導(dǎo)流洞后段從溢洪道泄槽底板的巖層中穿過(guò),優(yōu)化后導(dǎo)流洞洞線(xiàn)長(zhǎng)度由700 m縮短至350 m,節(jié)約工程投資約790萬(wàn)元,工期由11個(gè)月縮短至5個(gè)月,為工程按期成功截流創(chuàng)造了條件。
2020年12月工程下閘蓄水,計(jì)劃后期對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)行混凝土封堵和灌漿處理,導(dǎo)流洞作為臨時(shí)建筑物已順利完成導(dǎo)流任務(wù)。目前工程運(yùn)行狀況良好,導(dǎo)流洞布置設(shè)計(jì)優(yōu)化成效顯著。