淺談南水北調中線陶岔渠首樞紐工程施工導流技術

楊 亮錢士廣陳紅維

一、工程概況

陶岔渠首樞紐工程是南水北調中線一期工程輸水總干渠的引水渠首，順水流方向包括上游引渠、引水閘及電站建筑樞紐、下游水閘消力池及電站尾水渠和兩岸岸坡防護工程等部分。工程以引水為主，兼顧灌溉和引水發電。電站裝機2臺，總裝機容量50MW。

壩頂高程176.6m，軸線長265m，共分15個壩段。其中1#～5#壩段為左岸非溢流壩，6#壩段為安裝場壩段，7#～8#壩段為廠房壩段，9#～10#壩段為引水閘室段，11#～15#壩段為右岸非溢流壩。引水閘布置在渠道中部右側，采用3孔閘，孔口尺寸7m×6.5m（寬×高）。閘室順水流向長38m，閘底板厚3.0m，底板頂高程140m。工程于2010年3月22日正式開工。

二、原設計導流方案

陶岔渠首樞紐工程施工期間利用陶岔老閘攔擋丹江口水庫庫水，每年3~4月及7~9月為保證下游灌溉用水需要，位于灌溉水位152m以下工作面停止施工；當新建渠首樞紐全面澆筑至設計壩頂高程后，拆除老閘。施工組織設計擬定的導流方案為：施工期第一年進行基坑開挖，第二年3～4月、7～9月及第三年3～4月灌溉期間暫停混凝土澆筑，基坑過水引水灌溉，之后利用新建引水閘過水灌溉。施工單位原計劃2011年2月底完成灌溉水位以下混凝土工程，2011年3月實現灌溉過水與施工兩不誤。

三、施工條件變化及影響

南水北調中線一期工程要求2014年通水，陶岔渠首樞紐工程建設工期本就緊張。施工初期，受陶岔電灌站復建交叉施工影響，2010年12月21日主體混凝土澆筑才開始，比計劃推遲了2個月，春灌前大壩混凝土澆筑到灌溉水位以上的目標已無法實現。而國務院南水北調辦明確要求2011年2月底前必須滿足引水灌溉需要，確保2011年安全度汛。這樣一來施工面臨兩個亟待解決的問題：一是2011年2月底前要具備引水灌溉條件；二是把耽誤的工期搶回來，確保工程按期完工。顯然，如仍采取原導流方案進行施工，基坑全部過水，可以滿足春灌的需要，但工期將拖延。改變導流方案，實現過水灌溉并保證關鍵路線上的電站廠房壩段正常施工，是解決灌溉與進度矛盾的唯一途徑。

四、導流方案選擇

陶岔老閘于1974年建成，閘頂高程162m，老閘采用5孔泄水閘，樞紐工程施工期間老閘作為上游圍堰仍發揮擋水作用。針對陶岔渠首樞紐工程具體情況提出如下兩種過流方式:方案一采用主廠房過水，該方案優點是不必增設混凝土縱向圍堰，可直接基坑充水導流，但該方案必將大大影響處于關鍵線路上的廠房主體結構施工工期，加之過水后基礎清淤以及相關金屬結構除銹，勢必在質量和投資上付出巨大。方案二將老閘（5閘孔）—新引水閘邊墩—廠閘導墻順向連接，三者之間增設臨時縱向混凝土圍堰（擋水墻），廠閘導墻尾部修筑土石圍堰將水通過右側墻和右岸坡形成的通道引至下游現有引渠，形成明渠導流，達到導流目的。該方案在導流期間，處于工期關鍵線路上的電站廠房、安裝場壩段土建、金結水機等施工能保證連續施工。

五、導流方案分析計算

1.標準

根據陶岔老閘歷年數據統計，每年灌溉期陶岔老閘的下泄灌溉流量不超過50m3/s。

2.斷面計算

本導流為明渠導流，已知流量Q=50m3/s，過流斷面取矩形斷面，最窄處在老閘出口處，底寬b=6m，邊坡系數 m=0.3，渠道底坡 i=0.008，渠道粗糙系數n取0.033，根據謝才公式Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2計算水深 h。

因此，保證導流明渠寬度B不小于6m，明渠水位EL146m，考慮運行安全、防止水位漫過堰頂，圍堰頂部高程確定為EL147m。

3.混凝土縱向圍堰設計

根據過流斷面確定了縱向圍堰頂部高程為EL147m，底部高程約為EL140m，所以圍堰高度約為7m（已考慮超高），初步設計混凝土圍堰頂寬60cm，底寬250cm，迎水面為直立面，背水面坡比為1∶0.27，擋水墻底部為老閘下游底板混凝土，摩擦系數取0.65。

考慮到擋水墻的穩定性，對擋水墻傾覆穩定性Kt（Kt＞1.5安全）和滑動穩定性Ks（Ks＞1.3安全）兩部分進行驗算。

（1）水壓力計算

取1m墻長為計算單元。

水壓力作用點距墻趾距離hf=1/3h。

（2）擋水墻自重和重心距離墻趾的距離

將擋水墻分成一個三角形G1和一個矩形G2。

（3）抗傾覆穩定驗算

（4）抗滑穩定性驗算

4.土質圍堰設計

為保證導流明渠貫通，擬在廠閘導墻下游修筑土質圍堰順接下游河道。

需修筑的縱向土質圍堰底部高程與上游混凝土縱向圍堰基本一致，設計圍堰高度仍按7m考慮，堰頂高程為EL147m，堰頂寬3m。迎水面坡比為1∶2.5，背水面坡比為1∶2。

考慮到現場基礎面狹窄，為保證土石圍堰防滲、防沖刷，迎水面采用填筑1m厚石渣防沖，其后部填筑粘土防滲。

5.縱向圍堰接頭防滲設計

縱向圍堰導流，各接頭部位的防滲至關重要，為保證修筑的縱向混凝土圍堰、土石圍堰與相鄰建筑物平順連接、有效防滲，采取措施如下：

（1）引水閘上游縱向混凝土圍堰與老閘閘墩接頭處，以及縱向圍堰與廠閘導墻之間均預埋兩道遇水膨脹止水膠條。

（2）縱向混凝土圍堰深20m處設一道伸縮縫，伸縮縫處設置兩道D型橡膠止水帶防滲，縫面貼1cm泡沫板。

（3）縱向混凝土圍堰與老閘底板混凝土結合面，對老閘底板混凝土表面進行人工清理，表面做鑿毛處理，并布置插筋。

（4）廠閘導墻與下游土質圍堰接頭，為保證土質圍堰與混凝土有效連接，填筑圍堰前，混凝土接觸部位涂刷1∶2混合的泥漿，填筑時采取“粘土裹頭”處理，即在填筑圍堰時，在與混凝土接觸段延伸填筑粘土，增加粘土與混凝土接觸面，延長水流的滲徑，盡可能減少滲水，并保證連接部位順接，同樣應用在廠閘導墻下游的縱向土質圍堰。

六、綜合評價

方案二導流工程結合了關鍵線路上永久工程施工，不增加總體工期，剩余縱向臨時圍堰工程只占用小部分工期，進度上不影響總體工期。如采用基坑過水進行導流，首先影響主廠房關鍵線路節點工期，過水后淤積物清理將更加耗時，共計直接制約關鍵線路直線工期約120d，對整個樞紐進度造成不可逆轉的影響。

導流期間共計新增投資約249.7萬元；如果采用基坑過水形式，則需多支出設備進出場費、排水清理費、人員窩工、趕工費等約420萬元，且工程質量受到一定影響。

綜上所述，臨時導流方案二充分考慮了陶岔老閘和新建樞紐工程布置情況，在保證導流期的安全運行情況下，有效保證了總體施工進度和投資上的最大節約，建設單位最終決定按方案二實施臨時導流。

七、運行情況

臨時導流工程于2011年2月19日完成，2月20日啟用。過水過程中，左岸大壩基坑沒有出現滲水，臨時導流明渠和永久建筑未出現安全穩定問題，同時左側處于工期關鍵線路的電站廠房壩段正常施工，實現了施工灌溉兩不誤，有效保障了地方人民生產和樞紐工程建設總體目標■