淺析中小型水庫工程綜合防洪度汛與導(dǎo)流技術(shù)

楊莉英，婁旭峰

(1.四川省綿陽武都引水工程建設(shè)管理局，四川 綿陽，621000；

2.中國水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司，拉薩，850000)

1 引言

某水庫工程按前期設(shè)計導(dǎo)截流方案及截流時段，在第一年度4月份開工，到第二年度2月份通過大壩上游二期戧堤合龍截流，庫內(nèi)蓄水約21.0m高度后，通過左側(cè)的放空輸水洞進(jìn)行導(dǎo)流。但實際工程因招標(biāo)時段延遲，第一年9月才開工建設(shè)，較初步設(shè)計批復(fù)的施工時段相差約5個月，導(dǎo)致工程在第二年2月份達(dá)不到初步設(shè)計的導(dǎo)截流條件，按初步設(shè)計批復(fù)的施工方案，本工程導(dǎo)截流被延遲到第二年6-7月份，正逢在主汛期，對工程在汛期開展導(dǎo)截流施工增加了較大的難度，并對主體工程施工參數(shù)帶來嚴(yán)重的影響。因此，施工中能否確保工程度汛安全和主體工程能否連續(xù)進(jìn)行，成為了工程如何做好防汛與導(dǎo)流技術(shù)的關(guān)鍵問題。

在上述情況下，工程參建各方根據(jù)工程實際條件，組織召開了關(guān)于汛期是否進(jìn)行導(dǎo)截流與主體工程如何連續(xù)施工的專家咨詢會，會后再根據(jù)專家咨詢意見就有關(guān)汛期導(dǎo)截流方案與安全度汛、防洪與導(dǎo)截流應(yīng)急管理等措施進(jìn)行了深入研究，并開展了多方對比分析，最終確定工程調(diào)整導(dǎo)流方案與截流時段，確保工程安全度汛和主體工程汛期連續(xù)施工是非常有必要的。

2 工程特點

該水庫工程開發(fā)任務(wù)是以灌溉為主，結(jié)合城鎮(zhèn)供水等綜合利用的III等中型水庫工程，最大壩高58.81m，壩長452.0m，總庫容1043.0萬m3。樞紐總布置由放空輸水洞、瀝青心墻混凝土砂礫石壩、溢洪道等結(jié)構(gòu)組成。工程庫區(qū)流域地形為4000m以上的高原高海拔地區(qū)，屬半干旱亞寒帶高原氣候，日照時間長，太陽輻射強(qiáng)烈，氣溫年較差小，日較差大；干濕季節(jié)明顯，夏季降水集中，且多夜雨，冬季降水少。壩基覆蓋層達(dá)108.0m，在采取防滲墻截斷后，地下水位持續(xù)抬高，上游水位高于設(shè)計瀝青心墻基座高程，對主體工程截流影響較大。

工程區(qū)域多年平均降水量385.4mm，其中夏季(6-8月)降水量為274.6mm，占年降水總量71.1%，冬季(12-次年2月)僅為1.3mm，占年降水總量0.34%。主汛期主要在7-9月，初設(shè)設(shè)計計算的壩址處年平均流量為0.572m3/s，工程區(qū)地形陡峻，河道及坡面坡度大，流域面積小，洪水匯流和漲落快，流速大，挾沙能力強(qiáng)。一次洪水過程歷時1～3天，主汛期10年一遇的最大洪峰流量在36.5m3/s。水庫分期設(shè)計洪水流量成果見表1。

表1 水庫分期設(shè)計洪水成果統(tǒng)計表 單位：m3/s

3 調(diào)整導(dǎo)截流方案

3.1 設(shè)計導(dǎo)截流條件分析

本工程設(shè)計采用二期導(dǎo)流，一期采用右岸老河道導(dǎo)流，二期為老河道段圍堰二期戧堤閉氣合龍，庫內(nèi)蓄水約21.0m后通過左側(cè)放空輸水洞自然導(dǎo)流。施工導(dǎo)截流安排在2月份進(jìn)行，10年重現(xiàn)期最大水流量為2.16m3/s，截流流量為0.27m3/s。按設(shè)計導(dǎo)截流時段，不存在防汛安全問題，且對工程導(dǎo)截流不產(chǎn)生施工上的影響，但因工程受開工時間影響，導(dǎo)致設(shè)計導(dǎo)截流時段產(chǎn)生了較長的延遲，施工中完全不能按照設(shè)計的枯水時段進(jìn)行導(dǎo)截流。

3.2 導(dǎo)截流時段變化的影響

按相關(guān)導(dǎo)截流條件分析，結(jié)合工程實際具備條件，一期圍堰、泄水建筑物等在7月份可具備截流條件，但正屬于主汛期，與設(shè)計的導(dǎo)截流時段相差較大，導(dǎo)截流流量按10年一遇的最大洪峰流量將達(dá)36.5m3/s。若在此時段內(nèi)進(jìn)行大壩上游圍堰二期戧堤合龍截流，庫內(nèi)開始蓄水21.0m通過輸水洞導(dǎo)流，則對壩體瀝青心墻混凝土施工質(zhì)量，圍堰二期戧堤閉氣合龍?zhí)钪脱雌诜篮槎妊窗踩?，均產(chǎn)生較大的影響。若將工程導(dǎo)截流時段調(diào)整至汛期之后10月份進(jìn)行，則主體工程將在汛期面臨停工，造成人員放假、設(shè)備閑置影響，從而造成施工成本增加、施工工期延長等諸多問題。同時在10月份截流后，面臨高原寒冷地區(qū)冬季施工，在增加施工難度的同時，工程進(jìn)度、成本將再次受到較大影響。

3.3 調(diào)整的導(dǎo)流方案

鑒于上述導(dǎo)截流與汛期度汛安全的影響，施工中根據(jù)專家咨詢意見，結(jié)合現(xiàn)場實際條件分析，最終提出了在主汛期不進(jìn)行截流工作的情況下，既能保證工程防洪度汛安全，又能保證大壩主體工程能連續(xù)施工的可行性施工方案，即在庫區(qū)上游主河床、支溝內(nèi)分別設(shè)置導(dǎo)流圍堰，通過安設(shè)導(dǎo)流鋼管、修建明渠等方式，將庫內(nèi)水流直接導(dǎo)流到輸水洞進(jìn)口，再通過輸水洞集中導(dǎo)流，并在壩上游坡腳安設(shè)強(qiáng)排系統(tǒng)將上游堰底滲水抽排到輸水洞內(nèi)，大壩主體工程則根據(jù)達(dá)到施工形象面貌，通過氣象條件觀察分析，在錯過汛期高峰洪水時段擇機(jī)截流。此方案既可避免汛期大壩受上游洪水的影響，又可確保大壩和瀝青心墻混凝土在汛期連續(xù)施工，有利于提高壩體防滲系統(tǒng)的整體質(zhì)量，加快工程施工進(jìn)度，從而達(dá)到工程安全度汛與連續(xù)施工的良好效果，大大降低了施工成本。

4 綜合防汛與導(dǎo)流方案

4.1 方案總體布置

本工程大壩上游有主河道和支溝兩條徑流，在導(dǎo)流方案中，就是要將兩條徑流中的水流集中導(dǎo)流到高位輸水洞內(nèi)完成導(dǎo)流。因此，根據(jù)汛期主體工程防洪度汛要求，結(jié)合大壩上游主河道和支溝地形地貌測量數(shù)據(jù)，對導(dǎo)流線路和結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行了多方案對比分析，最終確定采取“先上導(dǎo)下排，后導(dǎo)排結(jié)合”的方式，可確保汛期防洪安全和主體工程連續(xù)施工，并且可確保在超標(biāo)準(zhǔn)洪水下，大壩右岸預(yù)留缺口可滿足應(yīng)急過流需求。具體方案為：

(1)在庫區(qū)上游主河床內(nèi)設(shè)置圍堰，采取圍堰+倒虹吸鋼管形式，將主河床水流引入到輸水洞內(nèi)。

(2)在支溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流圍堰，通過修建導(dǎo)流明渠將支溝水流引入到輸水洞內(nèi)。

(3)通過導(dǎo)流剩余的滲水或超過導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的洪水，先期通過大壩右岸未合龍的龍口進(jìn)行順暢排出，從而可解決超標(biāo)準(zhǔn)洪水的應(yīng)急過流；在大壩截流后，剩余到庫內(nèi)上游的水，采取抽排系統(tǒng)抽排的方式，將余水引排到上部放空輸水洞內(nèi)。

(4)合理布置壩體分區(qū)，當(dāng)達(dá)到一定形象面貌，且臨近主汛期末時，根據(jù)天氣預(yù)報，擇機(jī)在最短時間內(nèi)完成截流。

由此形成有利的綜合防汛與導(dǎo)流系統(tǒng)，確保下游壩體和心墻在汛期安全的情況下能連續(xù)施工，且后期在截流后導(dǎo)流鋼管還可拆除再用。調(diào)整導(dǎo)流方案具體布置詳見圖1。

圖1 調(diào)整導(dǎo)流方案總平面布置

4.2 方案實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

由于工程區(qū)域汛期雨水較多，洪水陡漲陡落，洪水中夾泥沙、石塊以及雜物等，在汛期采用導(dǎo)流鋼管或明渠引排，容易產(chǎn)生過流不足、過流通道受堵等現(xiàn)象。為預(yù)防汛期對工程的影響，確定先將導(dǎo)流設(shè)施施工完成，待截流時再啟用導(dǎo)流系統(tǒng)，方可確保工程度汛與導(dǎo)截流施工安全，其實施的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)包含：

(1)在汛期進(jìn)行導(dǎo)流系統(tǒng)的主河床臨時圍堰和支溝臨時圍堰填筑時，先預(yù)留一個過流缺口，將明渠和導(dǎo)流鋼管均施工完成，圍堰上游坡面鋪設(shè)防滲土工膜和40cm厚粘土，并將預(yù)留能封堵圍堰缺口寬度的土工膜，然后卷在一旁備用。

(2)將大壩軸線范圍內(nèi)的瀝青混凝土心墻基座全部施工完成，并在河道范圍內(nèi)預(yù)留一倉混凝土最后澆筑，待導(dǎo)流后，以最快的速度完成該段基座混凝土的施工。

(3)在上游庫底靠左側(cè)安設(shè)大量程抽水泵，待圍堰截流后，將還有部分地下水和臨時圍堰堰體滲水流入下游，此時則將河道余水集中引排到抽排泵點，通過排水泵抽排到上部輸水洞內(nèi)。

(4)在汛期施工中，盡量將河道預(yù)留缺口靠近山體右岸一側(cè)，然后對左岸與上游圍堰對稱填筑，并進(jìn)行瀝青混凝土的施工。瀝青混凝土施工采用預(yù)留接頭法，將左岸側(cè)一定高程范圍內(nèi)的瀝青混凝土先施工完成，使后期截流后靠右岸側(cè)瀝青混凝土與預(yù)留壩體缺口快速上升，并與左岸平齊，可確保上游地下水位抬升或者上游來水對瀝青心墻混凝土施工的影響。

(5)在截流時，先對主河床臨時圍堰進(jìn)行截斷，再對支溝臨時圍堰截斷，將上游水通過倒虹吸鋼管、導(dǎo)流明渠或抽排水泵綜合啟動，并確保主河道無水的情況下，再進(jìn)行過流段心墻基座混凝土的施工。

(6)在大壩軸線上游范圍設(shè)置集中抽水點，并焊制浮箱，將抽水泵安設(shè)在浮箱內(nèi)，使上游水位上升的同時，抽水泵隨著上升完成移動抽水，確保瀝青混凝土施工面和大壩填筑面在干地施工。

(7)在實施過程中，首先要加強(qiáng)汛期防洪度汛的應(yīng)急管理，在超標(biāo)準(zhǔn)洪水下，先通過大壩右岸預(yù)留的缺口應(yīng)急過流；其次是在大壩截流，增設(shè)圍堰閉氣合龍后，加強(qiáng)主河床和支溝增設(shè)臨時圍堰的應(yīng)急管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)臨時圍堰不穩(wěn)或出現(xiàn)滲漏異常時，立即采取應(yīng)急處理措施，情況緊急時應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案，全面做好安全工作。

4.3 應(yīng)用效果驗證

通過綜合防汛與導(dǎo)流系統(tǒng)的總體規(guī)劃與調(diào)整布置，確保了大壩主體工程在汛期連續(xù)實施的同時，并安全地完成了年度防洪度汛工作。按原設(shè)計方案應(yīng)為第二年度2月份截流，截流流量為0.27m3/s，經(jīng)此方案的調(diào)整與優(yōu)化，實際施工中工程于第一年度9月中旬順利實現(xiàn)了上游導(dǎo)流、大壩截流目標(biāo)，9月中旬截流流量約為2.36m3/s，經(jīng)過施工過程驗證，工程防汛與導(dǎo)截流實施效果良好，既確保了汛期連續(xù)施工，又使大壩截流時間提前5個月之久。同時在第一年年底全面完成了大壩主體工程施工，使主體工程避開了冬季施工，主體工程超前8個月，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。具體經(jīng)濟(jì)對比分析見表2。

表2 綜合防汛與導(dǎo)截流施工經(jīng)濟(jì)對比分析

5 結(jié)語

通過對本工程綜合防汛與導(dǎo)流技術(shù)方案的研究應(yīng)用與效果驗證分析可知，本工程優(yōu)化調(diào)整的綜合防汛與導(dǎo)流方案實施順利，在保證工程在汛期連續(xù)施工的同時，提高了汛期防汛應(yīng)急能力，既確保了防洪度汛安全，又有效避免了高原寒冷地區(qū)冬季期間的影響，使大壩主體工程提前8個月完工，測算可節(jié)約成本達(dá)到1471.6萬元，方案效果良好，經(jīng)濟(jì)效益明顯，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會效益作用明顯，值得類似工程借鑒。