山西中部引黃工程導流工程設計方案比選

王 暉

（山西省汾河中下游水務管理局，山西 太原 030002）

1 概況

本工程為線性輸水工程，主要涉及施工導流及防洪的工程項目有：天橋水電站取水口、橋頭倒虹、天古崖渡槽及北川河倒虹的施工導流、隧洞進出口及施工支洞洞口的防洪問題。取水口地層巖性為泥灰巖、夾灰巖，圍巖類別為Ⅴ類，受庫水影響，存在施工排水，施工時需導流。橋頭倒虹地基以灰巖為主，覆蓋層厚度較小，主要存在施工導流問題。天古崖渡槽基礎巖性主要為灰巖、泥灰巖，溝底有砂礫石層，主要存在施工導流問題。北川河倒虹地基巖性為卵石混合土夾級配不良砂（礫）透鏡體，地下水位處于倒虹基礎以上，施工時存在基坑涌水問題，需采取排水措施。

工程區主要河流有黃河干流、朱家川河、嵐漪河、蔚汾河、湫水河、三川河、屈產河、芝河、昕水河等9條較大的黃河一級支流。除黃河干流外，其余均為季節性河流，溝谷具有明顯的季節性，旱季河谷無徑流或少徑流，雨季伴隨大暴雨，河谷出現洪水。洪水具有峰陡、流急、歷時短的特點。

2 導流標準

本工程為二等工程，主體主要建筑物為2級，根據《水利水電工程施工組織設計規范》的規定，臨時導流建筑物標準為4級，相應導流設計洪水標準為10～20年一遇。

取水口工程、橋頭倒虹、天古崖渡槽、北川河倒虹及城川河倒虹建筑物，工程量不大，在非汛期即可完成建筑物下部或主河床段的施工，因此，導流建筑物設計洪水標準采用非汛期10年一遇，取水口位于天橋水電站，導流標準結合多年運行水位考慮。

隧洞進出口及支洞進口導流設計洪水標準采用汛期10年一遇洪水。

3 導流方式

3.1 天橋水電站取水口

施工導流利用巖坎并加高澆筑混凝土圍堰擋水、全斷面圍封取水口的導流方式，基坑排水采用水泵抽排。

3.2 倒虹及渡槽

采用分期導流方式，分段施工，土圍堰擋水，原河床泄流方式。橋頭倒虹非汛期10年一遇洪峰流量62.07 m3/s；天古崖渡槽非汛期10年一遇洪峰流量76.27 m3/s；北川河倒虹非汛期10年一遇洪峰流量64.27 m3/s。

3.3 支洞口及隧洞進出口

隧洞進出口高程遠高于河道設計洪水位，不存在施工防洪問題，各支洞口在進口高程選擇時已考慮了洞口及施工場地的施工防洪問題。

4 導流圍堰設計

導流設計的難點是首部取水口工程。根據本工程的特點結合永久建筑物設計情況，對導流方案進行了比選。

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4.1 取水口

取水口導流建筑物從以下四個方案進行比選：

方案一：利用巖坎方案。根據地質資料，可利用巖坎并澆筑混凝土圍堰擋水，進水塔施工完成后，在水下爆破巖坎。圍堰處基巖面高程831.0 m，天橋水電站汛限水位832.0 m，最高水位834.0～836.0 m。根據多年運行情況，導流設計水位選擇834.0 m，覆蓋層厚度約2 m，混凝土圍堰高4 m，長度60 m。圍堰采用矩形素混凝土形式，堰頂高程835.0 m，頂寬2.0 m，最大堰高4.0 m，堰基采用錨桿與基巖結合，錨桿長1.5 m，深入基巖1 m，錨桿呈梅花型布置，排距1 m。該方案工程量較小，但圍堰拆除及巖坎水下爆破有一定難度。由于本方案施工難度在于水下巖坎爆破，以下對拆除方案進行論述。

為盡量將水下開挖變為陸上開挖，以減少水下施工工程量，降低施工難度，提高施工質量，增加施工安全度，采取“先揭頂，再剝皮，最后進行水下巖坎一次爆破”的施工程序。“揭頂”主要是對混凝土圍堰進行拆除，用手風鉆鉆孔，用“切割爆破法”割裂混凝土堰體后用鋼絲繩捆扎爆破塊體，吊車吊裝，自卸汽車出渣；“剝皮”施工，以手風鉆造孔，采取小孔距、多段微差控制爆破松脫巖體，對堰體厚度進行變薄剝離，以人工裝吊斗，吊車吊裝自卸汽車出渣；“水下巖坎一次爆破”拆除施工，以潛孔鉆為主垂直孔方僅在巖坎頂部輔以部分手風鉆孔，并以深孔向左、右、前三方呈臺狀擴展，以滿足設計開挖輪廓線的要求。巖坎爆破后用抓斗從水下撈渣，自卸汽車外運出渣。

方案二：土石圍堰方案。在庫區內填筑土石圍堰，堰高7.10 m，堰長105 m，圍堰頂寬4 m，迎水面邊坡1∶2.5，背水面邊坡 1∶2.0，迎水面采用袋裝黏性土防滲。該方案工程量不大，施工難度較大，一是圍堰基礎位于淤積層上，穩定性較差；二是水中填土石，坡度很緩，所占庫容較大，影響電站的正常運行。

方案三：鋼板樁格型圍堰方案。采用鋼板樁圓形格體圍護，內填土石料，基礎伸到基巖面，高12.1 m，長80 m。該方案圍堰斷面小、所占庫容小，但對地層要求較高，如遇漂石或砂卵石地層，施工困難。

方案四：混凝土沉井方案。采用拱形混凝土沉井圍護，基礎伸到基巖面，高度12.1 m，長度85 m，混凝土壁厚0.8 m。該方案斷面小、所占庫容小，但對基巖面平整情況有要求，根據地質資料，基巖面斜度較大，沉井施工方案難度大，而且需填筑平臺，對電站運行會產生不利影響。各方案技術經濟比較見表1。

表1 各方案技術經濟比較表

綜合以上技術經濟分析，推薦利用巖坎方案，鋼板樁圍堰作為備選方案。

4.2 橋頭倒虹、天古崖渡槽、北川河倒虹

橋頭倒虹穿朱家川河河段導流，根據明渠水力學公式計算，導流明渠底寬5.0 m，邊坡1∶1.5，明渠挖深3.5 m左右，上游圍堰高4.0 m，下游圍堰高1.4 m，圍堰頂寬 3.0 m，迎水坡 1∶2.0，背水坡 1∶1.5，迎水面采用草袋土護坡。

北川河倒虹穿北川河段導流，導流明渠底寬5.0m，邊坡1∶1.5，明渠挖深4.0 m左右，上游圍堰高4.5 m，下游圍堰高1.0 m，圍堰頂寬3.0 m，迎水坡1∶2.0，背水坡1∶1.5，迎水面采用草袋土護坡。

天古崖渡槽穿嵐漪河段導流，僅有中墩位于河槽中，采用土圍堰圍封，圍堰高2.0 m，圍堰頂寬4.0 m，迎水坡1∶2.0，背水坡1∶1.5，迎水面采用草袋土護坡。

5 結語

通過對中部引黃工程導流工程設計方案的比選，初步確定了取水口導流方案及其余各建筑物的導流形式，隨著設計工作的深入，對各方案將進行進一步的優化設計。