龍井灣水庫(kù)施工期攔洪度汛及導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

嚴(yán)尚嶸

(貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

0 引言

龍井灣水庫(kù)位于貴州省安順市鎮(zhèn)寧縣沙子鄉(xiāng)灑井村龍井灣寨，所處河流為樂(lè)紀(jì)河，距鎮(zhèn)寧縣51 km，距貴陽(yáng)市175 km。水庫(kù)校核洪水位（P=0.0.5%）為914.18 m，正常蓄水位為912.00 m，死水位為888.00 m，總庫(kù)容為131.0萬(wàn)m3。龍井灣水庫(kù)所處樂(lè)紀(jì)河屬珠江流域北盤(pán)江左岸的二級(jí)支流，為典型的山區(qū)雨源型河流。受流域暴雨、地形和植被等因素影響，洪水呈現(xiàn)洪峰洪量集中、峰值高、歷時(shí)短、陡漲陡落等特點(diǎn)［1］。為確保施工期擋水及導(dǎo)流建筑物具有較好的攔泄洪水與安全度汛功能［2-3］，根據(jù)工程地質(zhì)條件和施工導(dǎo)截流標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計(jì)洪水分析成果，對(duì)導(dǎo)流方式及導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)體型進(jìn)行詳細(xì)地設(shè)計(jì)論證，優(yōu)選與流域暴雨水文環(huán)境條件和施工進(jìn)度計(jì)劃相匹配的施工分期導(dǎo)流方案，確保工程整體施工安全和關(guān)鍵路線工期。

1 工程地質(zhì)條件

壩址河流流向N60°E，河床高程866.00～874.00 m，寬13.00～24.00 m，枯季水深小于0.50～1.00 m；河谷為對(duì)稱V 形縱向谷，正常蓄水位912.00 m 時(shí)河谷寬112.35 m，寬高比為2.89。河床基巖裸露，局部低洼處為沖洪積層覆蓋層，主要為殘坡積、砂、卵、礫石等，厚0～1.00 m。左岸河床至895.00 m 高程坡度約34°，895.00 m 高程至915.00 m高程坡度約48°，915 m 高程以上坡度較緩，坡度多小于30°，大部分為第四系殘坡積層覆蓋，厚0.50～2.00 m。右岸河床至875.00 m 高程坡度約27°，875.00 m 高程至913.00 m 高程坡度約38°，913.00 m高程以上坡度約30°，右岸絕大部分基巖裸露，局部低洼處為第四系黏土覆蓋。

壩區(qū)主要出露石炭系大塘組上司段（C1d2）、大塘組舊司段（C1d1）、擺佐組（C1b）以及第四系覆蓋層（Q）。大塘組上司段（C1d2）為灰黑色黏土巖夾少量灰黑色薄層硅質(zhì)巖及灰?guī)r，主要分布在壩址左岸坡下部。大塘組舊司段（C1d1）為深灰色薄—中厚層灰?guī)r，夾燧石灰?guī)r、硅質(zhì)巖，頂部為炭質(zhì)頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖，主要分布在壩址河谷及下游一帶。擺佐組（C1b）為深灰色薄至中厚層灰?guī)r，夾燧石灰?guī)r，分布在壩址兩岸坡中上部。覆蓋層（Q）主要成分為黃色黏土、砂卵礫石、粉砂質(zhì)黏土夾少量碎石，厚度0～5.00 m。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層發(fā)育，巖層為薄—中厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，偶見(jiàn)有節(jié)理裂隙切穿一至三層薄層灰?guī)r，無(wú)切穿多巖層的節(jié)理裂隙，也無(wú)切割較深、較大的貫穿性裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙面方解石填充，巖性為中硬巖，巖層中見(jiàn)有局部揉皺現(xiàn)象。

壩址處河流流向N60°E，壩區(qū)巖層受區(qū)域倒轉(zhuǎn)向斜影響，整體傾左岸上游。河床巖層傾向左岸偏上游，產(chǎn)狀為N55°E/NW∠35°～45°，左壩肩巖層產(chǎn)狀為N74°E/NW∠47°，右壩肩巖層產(chǎn)狀N76°E/NW∠40°。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層發(fā)育，巖層為薄～中厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，偶見(jiàn)有節(jié)理裂隙切穿一至三層薄層灰?guī)r，無(wú)切穿多巖層的節(jié)理裂隙，也無(wú)切割較深、較大的貫穿性裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙面方解石填充，巖性為中硬巖，巖層中見(jiàn)有局部揉皺等不利現(xiàn)象。

2 施工導(dǎo)流規(guī)劃

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)段

龍井灣水庫(kù)所屬樂(lè)紀(jì)河流域?yàn)榈湫蜕絽^(qū)雨源型河流，需要對(duì)枯水期分期導(dǎo)流方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)論證。水庫(kù)總庫(kù)容為131.0萬(wàn)m3，為Ⅳ等?。?）型工程，大壩樞紐由擋水重力壩、溢洪道和左岸取水兼放空建筑物等共同組成，主要建筑物為4 級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)。樂(lè)紀(jì)河一般每年5 月進(jìn)入汛期，至10月結(jié)束，枯水期一般出現(xiàn)在每年的11月至次年4月。根據(jù)樂(lè)紀(jì)河流域的洪水特性，結(jié)合大壩填筑施工進(jìn)度計(jì)劃安全，確定10月初—3月底、10月初—4月底、11 月初—3 月底、11 月初—4 月底共4 個(gè)施工分期，計(jì)算得出不同施工分期的設(shè)計(jì)洪峰及洪量成果，如表1所示。

表1 施工分期設(shè)計(jì)洪峰及洪量成果

龍井灣水庫(kù)導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，按枯期5 a一遇（P=20%）洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。結(jié)合施工水庫(kù)總進(jìn)度安排，選擇10月1日至次年4月30日作為導(dǎo)流時(shí)段，相應(yīng)洪峰流量為Q20%=10.3 m3/s。

2.2 導(dǎo)流方式

龍井灣水庫(kù)攔河壩為高填充自密實(shí)混凝土砌石重力壩，場(chǎng)區(qū)河谷狹窄，不適宜采用分期導(dǎo)流［4］。兩岸山高坡陡，不宜采用明渠導(dǎo)流方式［5］。綜合分析，龍井灣水庫(kù)施工導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河床、隧洞過(guò)流的導(dǎo)流方式。由于右岸地形地質(zhì)條件較差，不適宜布置導(dǎo)流隧洞，將導(dǎo)流隧洞設(shè)置在大壩左岸，如圖1所示。

圖1 施工導(dǎo)流平面布置

2.3 導(dǎo)流程序

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 303—2017）和高填充自密實(shí)混凝土砌石重力壩填筑施工特點(diǎn)，整個(gè)施工期劃分為工程籌建期（6 個(gè)月）、工程準(zhǔn)備期（9 個(gè)月）、主體工程施工期（17 個(gè)月）及完建期（4個(gè)月），4個(gè)建設(shè)期，總工期36個(gè)月。壩區(qū)施工分期導(dǎo)流程序，如表2所示。

表2 壩區(qū)施工分期導(dǎo)流程序

防洪演算成果表明，汛期由大壩臨時(shí)擋水、導(dǎo)流隧洞過(guò)流時(shí)，大壩上游迎水面最高水位將達(dá)到888.60 m，而此時(shí)大壩混凝土澆筑高程已達(dá)到890.00 m，不影響大壩正常澆筑施工。因此，設(shè)計(jì)劃分的主要工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容和施工分期導(dǎo)流度汛方式合理、可行，可以確保大壩安全施工和臨時(shí)度汛安全。

3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)流隧洞

導(dǎo)流隧洞布置在河床左岸，城門洞形，襯砌后斷面為2.0 m×2.6 m（寬×高），凈斷面面積4.85 m2。隧洞洞長(zhǎng)196.60 m，進(jìn)口底板高程883.00 m，出口高程868.00 m，底坡7.63%，進(jìn)口明渠長(zhǎng)11.46 m，出口明渠長(zhǎng)25.00 m，進(jìn)口設(shè)封堵疊梁門閘門井。汛期由壩體擋水、導(dǎo)流洞泄流，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，遭遇度汛洪水（Q10%=52.8 m3/s）時(shí)，上游水位將達(dá)到888.60 m，攔蓄最大庫(kù)容9萬(wàn)m3，導(dǎo)流洞最大下泄流量47.3 m3/s。第一個(gè)汛期來(lái)臨之前大壩可澆筑至890.00 m 高程，滿足安全度汛要求。

為了確保導(dǎo)流隧洞施工圍巖穩(wěn)定，對(duì)于Ⅲ、Ⅳ類圍巖開(kāi)挖后立即采用臨時(shí)支護(hù)掛網(wǎng)（Φ6.5@200 mm×200 mm）噴10 cm 厚的C20 混凝土進(jìn)行支護(hù)。系統(tǒng)錨桿C25 mm，長(zhǎng)2.5 m，間排距2.0 m×2.0 m（環(huán)×縱），梅花形布置，對(duì)應(yīng)開(kāi)挖斷面尺寸為3.0 m×3.5 m；Ⅴ類圍巖臨時(shí)支護(hù)采用間距為0.8 m的I14 工字鋼鋼拱架支護(hù)并掛網(wǎng)（Φ6.5@200 mm×200 mm）噴20 cm 厚的C20 混凝土，頂拱系統(tǒng)錨桿C25 mm，長(zhǎng)2.5 m，間排距2.0 m×0.8 m（環(huán)×縱），邊墻兩側(cè)每側(cè)設(shè)2 根C25 mm 鎖腳錨桿，長(zhǎng)2.5 m，排距0.8 m（縱）布置，不良地質(zhì)洞段除采用Ⅴ類圍巖臨時(shí)支護(hù)外頂拱區(qū)域還應(yīng)設(shè)置C25 mm，長(zhǎng)4.5 m，間排距0.5 m×3.2 m（環(huán)×縱）超前錨桿，對(duì)應(yīng)開(kāi)挖斷面尺寸為3.2 m×3.6 m；隧洞全洞段襯砌采用C25 鋼筋混凝土，襯砌厚度40 cm。

導(dǎo)流隧洞施工時(shí)，導(dǎo)流洞進(jìn)、出口預(yù)留部分不開(kāi)挖作擋坎擋水，以滿足第一年3 月—9 月施工期正常泄流需求。隧洞土方采用1.0 m3挖掘機(jī)開(kāi)挖，石方采用鉆孔爆破開(kāi)挖。開(kāi)挖渣料采用扒渣機(jī)裝拖拉機(jī)洞內(nèi)運(yùn)輸至洞口裝8 t 自卸汽車運(yùn)輸出渣到棄渣場(chǎng)，綜合運(yùn)距洞內(nèi)60 m、洞外2.8 km。導(dǎo)流隧洞全程需進(jìn)行噴錨臨時(shí)支護(hù)，不良地質(zhì)洞段還需采用I14工字鋼制作鋼支撐拱架加強(qiáng)支護(hù)。

3.2 擋水圍堰

龍井灣水庫(kù)上游圍堰位于大壩上游河道轉(zhuǎn)彎處往上50 m 左右，下游圍堰位于壩址下游約100 m處。上、下游圍堰下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘組上司段（C1d2）為灰—深灰色中厚層灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～7 m，巖層產(chǎn)狀上（下）游圍堰分別為N19°E/NW∠45°和狀N60°W/NE∠55°，河床分布沖洪積松砂礫石層，厚0.5～1.5 m。綜合考慮圍堰為臨時(shí)擋水圍堰及圍堰處地質(zhì)條件［6］，設(shè)計(jì)優(yōu)選充分利用導(dǎo)流洞和壩肩開(kāi)挖渣料的黏土心墻土石堰型，上、下游圍堰堰身采用黏土心墻防滲，基礎(chǔ)采用帷幕灌漿處理，帷幕灌漿孔深入基巖強(qiáng)風(fēng)化中下部。上游圍堰典型斷面設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 上游圍堰典型斷面設(shè)計(jì)

上游圍堰頂部高程為886.00 m，采用不過(guò)水土石圍堰，頂寬4.00 m，堰頂長(zhǎng)度24.60 m，最大堰高8.76 m，迎水面坡度1∶2，背水面邊坡1∶1.75；下游圍堰頂部高程為865.00 m，采用不過(guò)水土石圍堰，頂寬4 m，堰頂長(zhǎng)度8.21 m，最大堰高2.36 m，迎水面坡度1∶1.75，背水面邊坡1∶1.5。

3.3 導(dǎo)流洞封堵堵頭

龍井灣水庫(kù)導(dǎo)流隧洞堵頭的位置設(shè)置于大壩防滲帷幕線與導(dǎo)流隧洞軸線相交區(qū)域，初定堵頭迎水面樁號(hào)為D0+077.25 m，底板高程877.09 m。校核水位為914.18 m，作用在堵頭上的水頭為37.09 m，計(jì)算導(dǎo)流隧洞堵頭計(jì)算長(zhǎng)度為4.17 m?？紤]安全、施工條件和其他異常情況，確定堵頭長(zhǎng)度為15 m，封堵段樁號(hào)為D0+077.500～D0+092.500 m。

4 結(jié)語(yǔ)

施工建設(shè)過(guò)程中，合理導(dǎo)截流方案是保障項(xiàng)目施工安全度汛的關(guān)鍵。龍井灣水庫(kù)壩址處河床狹窄，流域?qū)俚湫蜕絽^(qū)雨源型河流，洪水洪峰洪量集中、峰值高、歷時(shí)短且陡漲陡落。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，結(jié)合工程地質(zhì)及施工分期洪水成果，經(jīng)詳細(xì)論證分析，設(shè)計(jì)優(yōu)選與流域暴雨水文環(huán)境條件和施工進(jìn)度計(jì)劃相匹配的施工分期導(dǎo)流方案。