觀景口水利樞紐導(dǎo)流洞布置設(shè)計(jì)優(yōu)化

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。

一、問(wèn)題提出

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。

二、導(dǎo)流洞布置優(yōu)化

1.優(yōu)化方案

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)。

2.優(yōu)化成效

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。

三、調(diào)整后導(dǎo)流洞對(duì)工程的影響

1.調(diào)整后導(dǎo)流洞的基本情況

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。

2.對(duì)溢洪道泄槽底板的影響分析

（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）

四、結(jié) 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(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。