中橋水庫工程大壩施工導(dǎo)流設(shè)計研究

黃小鏡

中橋水庫工程大壩施工導(dǎo)流設(shè)計研究

黃小鏡

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002）

文章對中橋水庫工程施工導(dǎo)流方式、施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、施工度汛和導(dǎo)流工程施工等施工導(dǎo)流設(shè)計技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了全面分析總結(jié)。結(jié)果表明，中橋水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計方案，總體上滿足實(shí)際施工條件和工程特性的要求，具有較好的指導(dǎo)作用。

中橋水庫；大壩施工導(dǎo)流；施工度汛；導(dǎo)流隧洞；圍堰

1 工程概況

中橋水庫工程位于貴州省遵義市中心城區(qū)東北面，地處湘江左岸支流仁江下游新田灣河段內(nèi)，壩址距仁江河口13.6km，距遵義市城區(qū)中心21.0km，距中橋集鎮(zhèn)2.4km，現(xiàn)有鄉(xiāng)村公路通到水庫壩址下游540m處。水庫壩址以上流域面積598.2km2，多年平均徑流量31980萬m3，壩址以上河長68.5km，河道比降7.03‰。水庫總庫容7380萬m3，規(guī)劃正常蓄水位812m，正常蓄水位庫容5570萬m3，興利庫容5230萬m3，城市供水能力30萬m3/d，同時灌溉農(nóng)田3.012萬畝并解決4.6009萬人的人飲（集鎮(zhèn)4萬人，農(nóng)村0.6009萬人）。

工程任務(wù)為城市供水、農(nóng)田灌溉兼顧集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。工程由大壩樞紐、提水泵站、供水管道及灌溉工程等組成，工程概算總投資105970萬元，大壩工程施工工期24個月，整個工程施工總工期36個月。

2 施工導(dǎo)流及度汛

2.1 施工導(dǎo)流

水庫壩址所在河流屬山區(qū)河流，壩址段河面寬23～36m，壩址左右岸地形總體較完整，多以連續(xù)的斜坡為主，近河床為零星不連續(xù)分布的一級階地，寬約5～15m。其上至826m高程地形坡角35°～45°，826m高程以上多為呈臺階狀耕植地分布，坡角約20°～25°，坡頂高程1100m，靠河床側(cè)略向河床凸出，坡角不均勻，786m高程以下為陡坎狀耕地，其上坡角相對平順，地形坡角40°～45°，坡頂高程838m。下部為一開闊平緩臺地，臺地高程785～793m。

2.1.1 導(dǎo)流方式

水庫所在的仁江河屬典型的山區(qū)峽谷河流，洪水主要由暴雨形成，水位變幅大。根據(jù)壩址地形地質(zhì)及水文條件、樞紐建筑物布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工期要求等因素[1]，基本不具備分期導(dǎo)流及涵管導(dǎo)流建筑物的布置條件。經(jīng)綜合比較，水庫大壩施工導(dǎo)流采用全段圍堰+右岸隧洞過水的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流隧洞按城門洞型設(shè)計，全長425m，導(dǎo)流隧洞設(shè)計過水?dāng)嗝?.5m×5.0m(寬×高)，隧洞進(jìn)口設(shè)置下閘蓄水封堵閘門槽、放空兼沖沙閘井及龍?zhí)ь^段，下閘蓄水后改為放空兼沖沙隧洞，其結(jié)構(gòu)按永久建筑物設(shè)計，底板采用30cm厚C25鋼筋混凝土襯砌、側(cè)墻及頂拱采用50cm厚C25鋼筋混凝土全襯砌，并對洞身進(jìn)行固結(jié)及回填灌漿。施工導(dǎo)流平面布置和導(dǎo)流隧洞軸線縱剖面分別如圖1和圖2所示。

圖1 施工導(dǎo)流布置圖

圖2 導(dǎo)流隧洞軸線縱剖面

2.1.2 施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及流量選擇

水庫為中型水庫，攔河大壩為70m以下的混凝土面板堆石壩，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物大壩、溢洪道等為3級建筑物，提水泵站主要建筑物等級為3級，次要建筑物為4級。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，大壩施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為5～10年[2、3]。結(jié)合工程實(shí)際特性，大壩施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為5年一遇（P＝20%）。根據(jù)工程施工需要，按4個不同的施工分期進(jìn)行洪水計算，施工分期分別為：10～4月、11～4月、11～3月、12～4月及全年。分期洪水由湘江水文站分期洪水成果按水文比擬法計算，大壩施工分期洪水計算成果如表1所示。

表1 中橋水庫大壩施工分期洪水成果表

根據(jù)施工總進(jìn)度計劃的安排，水庫大壩需在第二年汛期達(dá)到設(shè)計度汛高程806m，為充分保證壩體填筑工期，通過適當(dāng)延長導(dǎo)流時段，保證第二年汛期大壩填筑高程能夠滿足度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，大壩施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)取5年一遇（P＝20%）的10～4月份，相應(yīng)導(dǎo)流洪峰流量Q=122m3/s。

2.2 施工度汛

2.2.1 度汛標(biāo)準(zhǔn)及洪水流量

根據(jù)工程施工進(jìn)度計劃安排和大壩填筑強(qiáng)度測算，第一施工年度枯季的6個月內(nèi)大壩可填筑至806m高程以上，左岸溢洪道開挖成型，大壩相應(yīng)攔洪庫容2840×104m3。因大壩為混凝土面板堆石壩，且攔洪庫容已超過1000萬m3，下游有中橋村集鎮(zhèn)及326國道，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，中橋水庫大壩施工期臨時度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)取50年一遇（P=2%），相應(yīng)入庫洪峰流量Q=1500m3/s。

2.2.2 施工度汛方式

根據(jù)水庫大壩樞紐區(qū)各建筑物的布置特點(diǎn)，因大壩為面板堆石壩，汛期若允許壩頂過水，壩面臨時保護(hù)工程量較大，同時壩體汛期施工風(fēng)險也較大；若只采用導(dǎo)流隧洞泄洪，則隧洞斷面太大，臨時工程量投資增大，不經(jīng)濟(jì)，根據(jù)樞紐工程施工總進(jìn)度計劃安排，第二施工年度擬定采用大壩臨時斷面擋水+導(dǎo)流隧洞+左岸溢洪道下泄超標(biāo)洪水的度汛方式；第三施工年度大壩填筑及混凝土面板均已完工，大壩施工已達(dá)到完整的設(shè)計面貌，導(dǎo)流隧洞進(jìn)口已下閘封堵改為由閘門控制的沖沙兼放空隧洞，且施工度汛可由溢洪道下泄洪水，無需單獨(dú)考慮度汛設(shè)施。

導(dǎo)流隧洞設(shè)計過流能力為導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=20%）的10～4月，大壩施工采取在第一施工年度的9月底截流，10月份開始河床基坑開挖，保證壩體第一個枯季時段高峰填筑強(qiáng)度的實(shí)施，將大壩在第二施工年度的主汛期來臨前填筑到806m高程以上，并做好壩面臨時保護(hù)工作，具備臨時擋水功能；左岸溢洪道進(jìn)口底板（798m高程）混凝土澆筑完畢，閘墩、堰頂、泄槽段及出口消力池等部位的混凝土待第二施工年度汛期結(jié)束后進(jìn)行澆筑，將溢洪道作為度汛分流建筑物，大壩施工度汛采用導(dǎo)流隧洞+溢洪道缺口泄洪的度汛方式。

2.2.3 度汛洪水分流計算

根據(jù)擬定的大壩施工期臨時度汛方案與導(dǎo)流隧洞、溢洪道缺口的結(jié)構(gòu)尺寸，度汛時段導(dǎo)流隧洞水力學(xué)按照有壓管流進(jìn)行計算，溢洪道過流按照寬頂堰計算。水庫大壩施工度汛洪水分流計算成果如表2所示。

從表2可知，在50年一遇（P=2%）洪水標(biāo)準(zhǔn)時最大入庫洪峰流量Q=1500m3/s，壩前水位達(dá)805.08m使庫水位不再上漲，達(dá)到設(shè)計度汛標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)攔洪庫容2840萬m3。大壩施工考慮安全超高，主汛前大壩擋水的施工壩面高程取806.00m，壩體填筑工程量約31萬m3。上游壩面采用C5擠壓混凝土護(hù)面度汛，溢洪道進(jìn)口底板高程798.00m，底板及側(cè)墻混凝土澆筑完畢，具備過水條件，可實(shí)現(xiàn)安全度汛。

表2 度汛洪水分流計算成果表

3 導(dǎo)流工程施工

3.1 導(dǎo)流隧洞

導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口引渠覆蓋層土方采用挖掘機(jī)挖裝、自卸汽車出渣。引渠石方及洞口閘井削坡按自上而下分層的梯段開挖方式，手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝藥，預(yù)裂爆破的，開挖棄渣采用挖掘機(jī)挖裝、自卸汽車出渣。邊坡支護(hù)根據(jù)地質(zhì)情況采用隨機(jī)錨桿+噴混凝土進(jìn)行臨時支護(hù)處理。導(dǎo)流隧洞洞身開挖長349m，單面進(jìn)尺174.5m，開挖斷面4.5m×10.8m～4.5m×5.8m（寬×高），開挖斷面面積48.87～24.32m2。施工除塵及通風(fēng)換氣考慮在進(jìn)出口各布置一臺軸流式風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式供風(fēng)，洞內(nèi)照面采用絕緣線路沿側(cè)墻布置。

根據(jù)《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5099-1999）規(guī)定，隧洞為中型斷面開挖，采用新奧法開挖，全斷面掘進(jìn)、一次成型的方式施工，特殊地質(zhì)情況采取開挖與臨時支護(hù)襯砌交叉施工方式；開挖采用自制鋼桁架配合鑿巖機(jī)或架鉆臺鉆孔，Ⅲ類圍巖洞身段循環(huán)進(jìn)尺3～5m。洞身設(shè)計輪廓部位采用周邊預(yù)裂及光面爆破方式，槽孔的孔位偏差不宜大于5cm，爆破實(shí)施后殘留炮孔痕跡應(yīng)在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔痕跡保存率：完整巖石在80%以上，較完整和完整性差的巖石不小于50%，較破碎和破碎巖石不小于20%。

導(dǎo)流隧洞采用進(jìn)出口兩端進(jìn)洞的開挖方式，當(dāng)相向開挖的兩個工作面相距30m或5倍洞徑距離放炮時，雙方人員必須撤離工作面，相距15m時，應(yīng)停止一方工作，單向開挖貫通。隧洞開挖出渣采用裝載機(jī)配合自卸汽車出渣，除用于圍堰填筑的沿河岸臨時堆放外，其余部分運(yùn)至左岸棄渣場堆放。隧洞開挖完畢未進(jìn)行襯砌混凝土澆筑前在圍巖變形顯著、偏壓、高應(yīng)力區(qū)及地質(zhì)構(gòu)造帶等部位設(shè)置圍巖監(jiān)測點(diǎn)。對風(fēng)化較深的圍巖，在開挖前采用小導(dǎo)管超前支護(hù)，開挖后進(jìn)行及時襯護(hù)。

隧洞鋼筋混凝土襯砌采用簡易鋼模臺車澆筑側(cè)墻及頂拱，拉模澆筑底板的方式，人工安裝立模，混凝土由左岸臨時工程混凝土拌合站供料，混凝土罐車運(yùn)至洞口轉(zhuǎn)混凝土泵壓送入倉，軟軸式振搗器振搗密實(shí)，模板安裝及混凝土表面平整度必須符合水工混凝土施工規(guī)范要求，襯砌混凝土拆模后人工灑水噴霧養(yǎng)護(hù)。

沖沙兼放空隧洞閘門井778.55m高程以上的井筒混凝土在導(dǎo)流隧洞襯砌完畢后進(jìn)行澆筑，混凝土水平運(yùn)輸采用罐車運(yùn)至右岸825m高程后轉(zhuǎn)混凝土泵送入倉，插入式振搗器振搗密實(shí)。進(jìn)口龍?zhí)ь^洞身段頂拱、側(cè)墻及閘井隔板混凝土在導(dǎo)流隧洞襯砌時澆筑，龍?zhí)ь^C20毛石混凝土在導(dǎo)流隧洞下閘封堵蓄水后進(jìn)行澆筑，洞身襯砌混凝土頂拱、側(cè)墻及底板每隔15m設(shè)置橫縫一條，縫寬2cm，縫內(nèi)埋設(shè)橡膠止水帶。閘井及排架為高空作業(yè)內(nèi)容，混凝土澆筑必須在滿堂腳手架及安全防護(hù)網(wǎng)的保護(hù)下進(jìn)行施工。

3.2 擋水圍堰

（1）上游圍堰。上游圍堰填筑土石料主要采用大壩壩肩及導(dǎo)流隧洞進(jìn)口端的開挖棄渣料，粘土料在大壩下游左岸Ⅲ號或Ⅳ號土料場開采。根據(jù)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程及截流流量，上游圍堰的截流戧堤高程774m，可以利用現(xiàn)有攔河壩作為截流戧地，粘土心墻與土石填筑堰體同時施工，圍堰填筑至堰頂高程后對上有面進(jìn)行削坡及干砌塊石護(hù)坡施工，圍堰土石渣填筑參照碾壓式土石壩的施工工藝執(zhí)行。

（2）下游圍堰。下游圍堰截流戧堤頂高程769m，采用壩肩及隧洞開挖石渣從左至右單倉立堵堆筑，戧堤堆筑至頂高程后進(jìn)行圍堰土石方及粘土心墻填筑施工，圍堰填筑施工方法、材料來源與上游圍堰相同。上、下游圍堰土石渣料填筑均采用裝載機(jī)裝料、自卸汽車運(yùn)輸，平倉機(jī)鋪料整平，振動碾壓實(shí)，粘土采用反鏟挖掘機(jī)挖裝、自卸汽車運(yùn)輸至圍堰填筑部位，推土機(jī)鋪料整平，碾壓方式與堰體土石方填筑同步施工。

3.3 圍堰拆除

根據(jù)工程施工進(jìn)度計劃安排，水庫大壩在第二施工年度主汛前大壩可填筑至805.08m高程，且大壩度汛期間的泄洪任務(wù)主要由導(dǎo)流隧洞及左岸溢洪道完成，下游圍堰位于導(dǎo)流隧洞及溢洪道出口上游，為保證汛期非洪水時段大壩施工的跨河交通需求，考慮下游圍堰施工期間不作拆除處理，在工程完工后進(jìn)行下游河道清理時一并拆除。上游擋水圍堰堰頂高程低于沖沙隧洞進(jìn)口底板高程，對工程施工度汛和水庫運(yùn)行的影響不大，擬定留于庫內(nèi)，不作拆除處理。下游圍堰拆除采用挖掘機(jī)挖裝渣、自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場堆放。

4 結(jié) 語

經(jīng)專家評審，中橋水庫工程施工導(dǎo)流設(shè)計方案滿足實(shí)際施工條件和工程特性的要求，將臨時建筑物與永久建筑結(jié)合考慮，總體布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，設(shè)計理念對節(jié)省工程投資有利，同時，工程施工的每一道工序的合理安排和良好銜接，施工時段安排及進(jìn)度計劃能夠保證大壩工程的施工及度汛。施工工藝合理，對水利工程施工導(dǎo)流工程的設(shè)計與施工起到良好的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)和借鑒作用。

[1] SL303-2004水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S].中國水利水電出版社,2004-11-1.

[2] 鄭守仁,王世華.導(dǎo)流截流及圍堰工程[M],中國水利水電出版社,2005.

[3] DL/T 5195-2004水工隧洞設(shè)計規(guī)范.中國電力出版社,2008-04.

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.024

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1008-1305（2014）03-0065-04

黃小鏡（1978年-），男，工程師。