觀景口水利樞紐導流洞布置設計優(yōu)化

朱 勤，張 洋，職承杰

（水利部長江治理與保護重點實驗室，長江設計集團有限公司，430010，武漢）

觀景口水利樞紐施工導流設計采用圍堰一次截斷河床、隧洞導流、枯水期圍堰擋水、汛期大壩度汛斷面擋水的導流方案。由于壩址位于五步河與蘆溝河交匯處下游，初步設計階段經綜合比選后推薦左右岸各設1條隧洞導流，其中左岸五步河由永久性建筑物泄洪放空洞導流，右岸蘆溝河由右岸導流洞導流。樞紐布置見圖1。

圖1 大壩樞紐混凝土面板堆石壩平面布置圖

右岸導流隧洞等級為4級。圍堰采用土石結構，導流采用20年一遇洪水標準，相應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條件，右岸導流隧洞布置在蘆溝河右岸，采用城門洞形，斷面尺寸3.20 m×4.50 m（寬×高），洞長700 m，洞底坡降為1.1%，導流洞進口閘室采用岸塔式。

一、問題提出

觀景口水利樞紐工程于2016年2月底開工，工程要求2016年11月進行截流，初設方案導流洞長700 m，施工工期約11個月，預計導流洞2017年2月底才能具備過流條件，無法滿足工程2016年11月截流的進度要求。因此需對導流洞布置進行優(yōu)化，縮短導流洞施工工期。

二、導流洞布置優(yōu)化

1.優(yōu)化方案

圍繞縮短導流洞施工工期的目的，導流洞布置優(yōu)化重點從以下兩方面進行研究：

一是通過明渠或隧洞將左岸五步河和右岸蘆溝河連通，取消右岸導流洞，兩河導流任務均由左岸泄洪放空洞承擔。二是通過調整導流洞布置，縮短導流洞洞線長度，達到縮短導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，隧洞長度260m，需由蘆溝河下泄到五步河，來洪水時，連通隧洞出口為淹沒流，隧洞下泄流量受限，導致右圍堰高度增加。若采用明渠連通兩河，中間山脊高度較大，最大開挖深度達34 m，工程量較大。

無論采用明渠或隧洞哪種方案連通兩河，由于取消了右岸導流洞，左岸泄洪放空洞負擔2條河水的下泄，泄流能力減小，將導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度增大。同時由于右岸圍堰高度增加，右岸圍堰擋水水頭達22 m，圍堰長期高水位運行，對圍堰施工質量要求較高，基坑排水及處理工作量增加，也存在一定的安全隱患，故導流洞布置設計優(yōu)化不推薦本方案。

（2）調整導流洞線路布置，縮短洞線長度

根據(jù)樞紐工程布置方案，調整導流洞線路布置，研究將導流洞進、出口位置向壩軸線方向移動，盡可能減少導流洞線路長度以達到縮短導流洞施工工期的目的。

設計單位根據(jù)地形地質條件，通過深入研究臨時建筑物導流洞與永久建筑物溢洪道空間布置關系及其運行時段特點，導流洞承擔的導流任務與溢洪道承擔的泄洪任務在時間上相互獨立、互不干擾，將右岸導流洞進口位置向下游平移至距壩軸線上游約195 m山坳處，導流洞出口位置向上游平移至距壩軸線下游150 m右岸山坡，充分利用導流洞與溢洪道運行時段相互獨立的特點，允許導流洞與溢洪道布置上空間交叉，使導流洞后段從溢洪道泄槽底板的巖層中穿過。

2.優(yōu)化成效

右岸導流洞按照上述優(yōu)化方案調整后布置在蘆溝河右岸，進口位于大壩軸線上游約195m處，出口位于大壩軸線下游約150m處，進出口之間為洞身段。導流洞由進口控制段、洞身段、出口消能防沖段3部分組成，全長433m。

為保證導流洞過流能力，洞線布置優(yōu)化后導流洞過水斷面及縱坡維持不變，由于洞線長度縮短，泄流能力略有增加。洞身段采用城門洞形，底寬3.20 m，直墻高3.27 m，洞高4.50 m，洞頂圓心角150°，導流隧洞進口底高程為238.00 m，出口底高程為234.15 m，洞長350 m，洞底坡降為1.10%。

導流洞洞線布置優(yōu)化后，導流洞洞身長度由700 m減少至350 m，由于洞身長度大幅度縮減，工期也相應縮短至5個月，為工程按期截流創(chuàng)造了條件。

三、調整后導流洞對工程的影響

1.調整后導流洞的基本情況

導流洞洞線布置調整后與初步設計相比，導流洞進口位置向壩軸線平移約40m，出口位置向壩軸線平移約340m。

調整后導流洞進、出口段軸線與巖層面近正交。進口覆蓋層為粉質黏土夾碎石，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，洞頂圍巖厚度相對變厚。同時出口段邊坡為逆向坡，邊坡穩(wěn)定、隧洞圍巖穩(wěn)定性好。

導流洞出口位置由溢洪道右側調整至溢洪道左側后，隧洞長度由700 m減少至350 m。導流隧洞從溢洪道泄槽底板下巖體中穿過，與溢洪道軸線呈30°斜交，導流洞與溢洪道相交部位該段洞頂開挖高程約240 m，對應溢洪道泄槽底板高程256.94～246.87 m。導流洞洞頂與溢洪道底板間巖體厚度7.31～16.79 m，交叉處斷面見圖2。該段巖石為砂巖、泥巖夾薄層砂巖及粉砂巖，導流洞部位巖石微風化，屬Ⅲ～Ⅴ類圍巖。斜槽底板部位巖石微風化～弱風化。

2.對溢洪道泄槽底板的影響分析

（1）施工期

導流隧洞過流后，溢洪道泄槽進行土石方開挖和混凝土澆筑，調整后導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，為分析導流洞對溢洪道泄槽底板的影響，按淺埋隧洞對導流洞后段進行襯砌配筋計算，為安全起見，隧洞頂部按巖體、泄槽混凝土及水自重全部作用在襯砌結構混凝土上考慮。

（2）運行期

導流出口位置調整后，導流隧洞從溢洪道泄槽底板下巖體中穿過，與溢洪道軸線呈30°斜交，導流洞與溢洪道交叉部位導流洞頂板與泄槽底板最小巖體厚度7.31 m，為確保工程運行期泄槽底板安全，導流洞在下閘蓄水后對該交叉段進行混凝土封堵和回填灌漿處理。

圖2 導流洞縱斷面（交叉處）（單位：cm）

四、結 論

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流洞、右岸布置岸邊式溢洪道，右岸導流洞布置在溢洪道外側以減少導流洞對溢洪道的干擾，致使右岸導流洞線路較長。

為滿足工程截流進度要求，縮短導流洞施工工期，對右岸導流洞線路布置進行了優(yōu)化，根據(jù)地形地質條件，盡可能將右岸導流洞進、出口位置向壩軸線平移靠近，充分利用導流洞與溢洪道運行時段相互獨立的特點，允許導流洞與溢洪道空間交叉布置，使導流洞后段從溢洪道泄槽底板的巖層中穿過，優(yōu)化后導流洞洞線長度由700 m縮短至350 m，節(jié)約工程投資約790萬元，工期由11個月縮短至5個月，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，計劃后期對導流洞進行混凝土封堵和灌漿處理，導流洞作為臨時建筑物已順利完成導流任務。目前工程運行狀況良好，導流洞布置設計優(yōu)化成效顯著。