觀音巖水庫工程施工導流設計研究

廖仕信

觀音巖水庫工程施工導流設計研究

廖仕信

（貴州新中水工程有限公司 貴州貴陽 550001）

觀音巖水庫工程初步設計階段，對施工導流關鍵技術問題進行了詳細的論證分析，提出了合理的施工導流方式、導流建筑物布置和施工方案。工程初期采用圍堰一次攔斷河床、左岸導流洞過流方式；后期采用壩體直接擋水，左岸導流洞泄洪方式。該方案既能滿足工程施工現場安全度汛需求，又可以使水庫大壩連續快速施工，為工程安全可靠、高效施工奠定基礎，效果良好。

觀音巖水庫 施工導流 導流標準 圍堰

1 工程概況

觀音巖水庫工程主要建筑物由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩頂溢流表孔、取水口、沖沙放空底孔、發電引水系統及發電廠房、輸水管道及附屬設施等組成。樞紐工程等別為Ⅲ等，水庫規模為中型，擋水大壩按2級設計，泄水、取水口建筑物級別為3級，永久性次要建筑物為4級，導流工程建筑物為5級。樞紐區主體工程土石方明挖29.19萬m3，石方洞挖0.345萬m3，混凝土及鋼筋混凝土31.25萬m3，鋼筋制安1544.3t，固結灌漿總進尺0.63萬m，帷幕灌漿總進尺2.55萬m，金屬結構安裝324t。工程總投資68766萬元，總工期32個月。

2 施工導流水文地質條件

觀音巖水庫推薦方案壩軸線以上集水面積97.2km2，多年平均徑流量萬m3，多年平均流量2.15m3/s，枯期平均徑流量1080萬m3，枯期平均流量0.69m3/s，最枯月平均徑流量91.5萬m3，最枯月平均流量0.35m3/s。徑流年內分配不均，5～10月徑流量占全年的85.0%左右，其中6～9月占全年的70%左右，11月～次年4月占全年的15%左右。年最小流量多出現在每年的3月和4月。水庫所在流域屬亞熱帶夏濕春干溫暖氣候，冬無嚴寒夏無酷暑。多年平均年降水量1227.1mm，日降水量P≥0.1mm降水日數216天，P≥25.0mm降水日數12天，P≥50.0mm降水日數2天，年最大一日降水量發生在1968年5月22日，日降水量達178.8mm。主要的災害性天氣有干旱、冰雹、秋季低溫綿雨、倒春寒、霜凍等。水庫建成后水面蒸發量加大，蒸發量增量約為29.5萬m3。

壩址處河流總體向SE凸出，流向為N85°E至N5°E，河谷為基本對稱“V”型谷。左岸為順-斜向坡，右岸為逆-斜向坡，左岸坡總體為一凸出的山脊地形，坡度多大于60°，局部有25°左右小緩坡；右岸高程1382m以下為坡度大于64°的陡崖，1382m以上為35°～54°斜坡地形。大壩地基巖體主要為T1yn1-3中厚層灰巖夾薄層泥質灰巖、泥灰巖。

3 施工導流方式

表1 施工分期洪水成果表

觀音巖水庫工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型，工程施工導流保護對象主要建筑物級別由3級提高為2級。根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）規定[1]，導流建筑物級別定為4級，導流標準采用10年一遇（P=10%），選擇的導流時段為11月～次年4月，相應的導流設計流量為Q=37.2m3/s。施工分期洪水成果表如表1所示。

3.1初期導流方式

壩軸線處河谷狹窄，河床寬僅10～20m，且兩岸無天然灘地、臺地可以利用，不具備分期導流或明渠導流的條件；由于大壩左岸為凸岸，且山體雄厚，基巖相對完整，具備成洞條件。因此，初期導流采用圍堰一次攔斷河床、左岸導流洞過流方式。

3.2后期導流方式

第二個汛期至導流洞下閘封堵前，可采用壩體直接擋水，為確保安全，僅考慮從左岸導流洞泄洪（右壩段1360m高程放空底孔作為安全儲備）。根據大壩澆筑進度安排，第二年4月底，大壩可澆筑到1368m高程。經調洪演算，當遭遇10年一遇（P=10%，Q=267m3/s）全年洪水時，水庫內庫容為78.5萬m3，最高水位達到1366.49m，低于1368m高程，所以大壩在第一個汛期滿足安全度汛要求。后續施工期間，當發生超標準洪水時，可利用導流洞和放空底孔泄洪、壩頂臨時過水，洪水過后需對大壩過水斷面作處理，再恢復施工。導流洞下閘封堵后，由壩體擋水，由永久泄水建筑物（壩頂溢洪道和沖沙兼放空底孔）泄流，其泄流量滿足設計要求。

4 導流建筑物設計

4.1導流洞設計

（1）洞線布置。左右岸均無影響隧洞布置的制約性地質條件。洞線選擇主要從地形條件、導流洞水流條件和樞紐布置等因素比較。壩軸線處河段左岸為凸岸，右岸為凹岸，若導流洞布置在右岸，其進出口地形較緩，均存在較大土石方明挖，不利于降低工程投資；另外，導流洞需經兩次轉彎，水流方向變化大，水流條件較差，且左岸進基坑公路與導流洞出口相交，需解決臨時交通問題，這將會對主體工程施工產生一定干擾。若導流洞布置在左岸，可利用其凸出山脊的有利地形，洞線僅需一次轉彎即可，且轉彎角度較小，易形成較好的水流條件；另外，導流洞進口為一陡壁，巖石完整，可直接掛口。不足之處在于導流洞出口段穿過一淺層崩塌體，但導流洞出口洞臉開挖邊線距該淺層崩塌體邊線有一定安全距離，施工對該崩塌體影響不大。據地質調查，該崩塌體厚度小于10m，下伏圍巖較厚，滿足隧洞成洞條件。

因此，將導流洞布置在左岸，其進口布置閘門井（啟閉平臺采用臨時鋼排架啟閉閘門），采用鋼閘門下閘封堵，施工結束后先按水工設計要求將導流隧洞前段回填，并在導流洞內大壩帷幕線上作混凝土堵頭封堵。

（2）結構型式。為滿足隧洞枯期過流、汛期參與度汛、隧洞開挖襯砌機械施工最小斷面等要求，導流洞設計在施工枯期按無壓流、汛期按有壓流計算過流能力。

導流洞設計為城門洞型，拱頂中心角120°，導流洞開挖后先作10cm厚的C20噴混凝土襯砌，再采用全洞段30cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，過水斷面底寬為2.8m，直墻高2.4m；開挖斷面3.60m（寬）×3.90m（高）；導流洞最大開挖斷面面積12.93m2。導流洞較破碎的Ⅳ、Ⅴ類圍巖段應采用臨時鋼支撐加強支護。導流洞進口底板高程定為1341.5m，出口底板高程1334.5m；進口明挖段長13.0m，隧洞洞身段長207.0m，隧洞縱坡3.38%，出口明挖段長6.0m。

4.2圍堰設計

由于土石圍堰具有地基適應性強，能充分利用當地材料，施工技術成熟及技術經濟指標優良等特點，故上、下游圍堰均采用土石圍堰[2]。

大壩上游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用年限為第一個枯水期，擋水時段為11月～次年4月，設計標準P=20%，相應流量Q=37.2m3/ s，堰前最高擋水水位1343.9m，堰頂高程1344.7m，最大堰高4.5m，堰頂寬3m，堰頂長28.5m。上游迎水面坡比為1：2.0，下游背水面坡比為1：1.75。堰基河床覆蓋層厚度約2～4m，堰體采用粘土心墻防滲，基礎采用帷幕防滲。由于大壩施工完畢后上游已不具備交通條件，而上游圍堰堰頂高程1344.7m，遠低于死水位1382.5m，完工后不考慮拆除。

大壩下游圍堰采用粘土心墻土石圍堰，使用期限為第一個枯期到工程完工，汛期過后可迅速恢復。圍堰設計標準為枯期（11月～次年4月）P=20%，Q=27.3m3/s，迎水面水位1336.4m，堰頂高程1337.2m，最大堰高3.5m，堰頂寬3.0m，堰頂長19.0m。上游背水面坡比為1:1.75，下游迎水面坡比為1:2.0。堰基河床覆蓋層厚度為3～5m，堰體采用粘土心墻的防滲，基礎采用帷幕防滲。

5 導流建筑物施工

5.1導流洞施工

（1）土石方開挖。導流洞進、出口覆蓋層采用1m3挖掘機開挖，石方采用人工自上而下手風鉆鉆孔爆破，開挖渣料采用1m3挖掘機裝8t自卸汽車出渣。進出口邊坡應及時進行噴錨支護。導流洞洞身段圍巖以Ⅲ類為主，進出口有少量Ⅳ類圍堰，總體穩定性較好。導流洞洞挖從進出口兩個工作面進行，采用小型汽車排架配合人工持手風鉆鉆孔、人工裝藥一次爆破成型，開挖渣料采用扒渣機輔以人工裝小型自卸汽車或拖拉機運輸出渣。棄渣綜合運距約1.8km。導流洞土石方開挖有用料分選并運到壩下游右岸廠房附近的臺地堆放，作為壩區部分砂石料和塊石料的毛料，無用料直接運到大壩上游指定棄渣場堆放。

（2）噴錨支護及混凝土襯砌。為加強導流洞洞身的穩定性，確保施工安全，導流洞全洞段需進行噴錨一次支護。噴混凝土采用BW200/400型混凝土噴射機施工，原材料由小型自卸汽車或拖拉機運到工作面，每次噴3～5cm，總厚10cm。錨桿采用TY24型手風鉆沿徑向造孔，局部加固的隨機錨桿孔向應與滑動面的傾向相反，并與滑動面的交角大于45°；錨桿為Φ25水泥砂漿錨桿，材料為Ⅱ級鋼筋，長3m，間排拒3m，梅花型布置；錨桿采用“先注漿后安錨桿”的程序施工。

導流洞內混凝土襯砌施工時，鋼筋在加工場制作，自卸汽車運到洞內后，人工搬運進洞并綁扎成型。模板采用20cm×150cm鋼模板拼裝，局部異型模板采用木模加工成型后現場拼裝。模板支撐采用簡易鋼拱架進行。砂石骨料利用洞碴現場加工，混凝土由布置在右岸臨時公路旁的0.35m3拌和機拌制，HBT20-37ZⅢ型輸送泵泵送入倉，人工持50型振搗棒或附著式振搗器振搗密實。

5.2圍堰施工

圍堰主體部分土石料填筑利用導流洞及壩肩開挖料，粘土在大壩下游右岸土料場開挖，填筑料采用1m3挖掘機挖裝8t自卸汽車運輸至工作面，推土機或小型挖掘機鋪平，12t振動碾分層碾壓，心墻與堰體同步交錯上升。堰體形成后，迎水面下部的護腳塊石采用挖掘機拋填，水上部分采用人工輔助干砌。大壩下游圍堰和廠房圍堰拆除采用1m3反鏟挖掘機裝8t自卸汽車運輸出渣，作為后期進場公路休整或廠區場地平整用料。

6 結束語

施工導流是水利水電工程施工設計的重要內容，是控制施工進度工期的關鍵路線，貫穿于工程施工全過程。緊密結合水庫流域氣象、水文以及壩址地質，對觀音巖水庫工程的施工導流方式、導流標準、導流建筑物設計方案、導流建筑物施工方案等進行了詳細的優化設計分析。觀音巖水庫工程施工導流設計方案，充分考慮到工程總體設計和永臨工程的有機結合，節約工程投資，能夠滿足實際施工條件和工程特性要求，具有較強的現場施工指導意義。

1 SL303-2004,水電工程施工組織設計規范[S],中國電力出版社,2008.

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

TV551

B

1672-2469(2014)06-0058-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.019

廖仕信（1981年—），男，工程師。