某土石壩施工導流方案比選

王潔

摘 要：文章結合某土石壩工程概況及導流條件，對埋管導流和隧洞導流方案方案進行比選，供類似工程借鑒。

關鍵詞：土石壩；埋管導流；隧洞導流；導流方案比較

施工導流設計是水利水電樞紐總體設計的重要組成部分，是影響樞紐布置、永久建筑物形式、施工方法、施工總布置、施工進度安排和工程造價的重要因素[1]。

土石壩具體是指利用當地的土料、砂礫、石渣卵石等筑成的壩，所用的材料全部取自于當地，為當地材料壩。其施工期間壩體不能過水，相對于允許過水的混凝土重力壩、面板堆石壩等導流風險大，因此根據工程區水文特性、地形地質情況、樞紐布置等條件，進行多方案技術經濟綜合比較，全面分析各種因素[2]，選擇出最優導流方案，具有重要意義。

中小型土石壩常用的導流方式有埋管導流及隧道導流兩種方式[3]，以下通過對某土石壩工程實例的闡述，對導流方式進行比較，選擇最佳導流方式。

1 工程概況

土石壩樞紐主要由大壩、溢洪道和引水發電隧洞、水電站、上壩、進廠公路等。水庫大壩采用土心墻堆石壩，壩軸線方位角NE0.8°，壩頂高程2145.7m，防浪墻頂高程2146.7m。河床建基面最低高程依據工程地質條件定為2108.0m，最大壩高37.7m，壩頂寬度6m，壩軸線長205.74m。

溢洪道位于大壩左岸壩肩處。溢洪道采用有閘控制方式，溢洪道采用2孔（單孔凈寬4m，總凈寬8m）的方案，引水發電隧洞布置在右岸，由進口分層取水塔、龍抬頭、隧洞段、漸變段等組成，全長393m。電站布置在大壩下游右岸，廠房尺寸25.7m×10.0m。

2 工程特點

水庫庫容531萬m3屬小（1）水庫，大壩最大壩高37.7m，屬低壩。引水發電隧洞布置在右岸，可考慮與導流隧洞結合布置后部分結合布置。壩址河床較寬，可考慮在岸邊埋管導流。

3 水文氣象及地質條件

3.1 水文、氣象

壩址所處流域屬于亞熱帶氣候區，受東南亞季風影響很大，且處于低緯度地區，太陽輻射強，日照天數多，平均氣溫高。

根據實測資料統計，多年平均氣溫為21.2℃，多年實測最低溫度為-4.4℃，最高溫度為39.5℃。流域范圍屬于季候風區，春夏多吹東南風，秋冬多吹西北風，7～10月多臺風。由于項山、蓮花山脈的阻隔，靜風（無風）幾率較高，大風天氣不常出現，大風主要由熱帶氣旋造成。根據梅縣氣象站數據統計，多年平均風速在1.2～1.6m/s，最大風速為16m/s，多年平均年最大風速為11m/s。

根據氣象站多年資料統計，多年平均年降雨量為1451mm，最大年降雨量為2309mm（1983年），最小年降雨量為904.5mm。其降雨特點為：盆地少于丘陵、山地，背風坡少于迎風坡，興梅盆地多年平均年降雨量為1500mm，周圍丘陵山地多年平均年降雨量則在1600mm以上，但年內分配極不均勻，其中4～9月降雨量占全年降雨量的70%以上。4～6月為鋒面雨，7～9月多為臺風雨。多年平均水面蒸發量在996～1400mm之間。

3.2 地形地貌及地質條件

水庫呈近東西向分布，沿不規則河床呈狹長狀展布。庫區為中低山丘陵地區，海拔一般為50～400m，總體走勢為東面高于西面。庫區三面環山，西面為大密村社區，距離下壩址約2km。庫區山體坡度一般為30°～60°，大多山體陡峭，基巖出露，植被茂盛，河道曲折。山體風化強烈，地質條件復雜，山體呈渾圓～尖棱形。壩址近南北走向，與河谷走向呈60°相交。壩址附近谷底高程為100～110m，山頂高程為212～225m，山體坡度陡峭，左岸40°，右岸45°，壩址處山體見基巖出露，山頂植被覆蓋茂盛。河流迂回走向呈60°與上壩址相交通過。

庫區廣泛分布侏羅系（J1jnc）砂巖、粉砂巖以及頁巖等，下壩址處分布燕山三期（γ52（3））黑云母花崗巖。在河流及兩岸階地、山坡坡腳等處分布第四系（Q）沖積層及坡積層。

4 導流方案選擇

該工程為Ⅲ等工程，主要建筑物為3級，相應導流建筑物為5級，根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）規定，選擇導流設計洪水標準為5年一遇。導流時段為11月～次年4月時段，相應導流流量6.85m3/s。

設計時根據工程的地形條件和水工建筑物布置特點，對隧洞導流（導流隧洞結合永久隧洞布置）、隧洞導流（隧洞單獨布置）及埋管導流和三種方式進行了比較。

4.1 方案一

采用圍堰一次攔斷河流，隧洞導流（導流隧洞結合永久隧洞布置）。即枯水期圍堰擋水，導流隧洞導流，汛期大壩擋水，導流隧洞泄洪度汛。

4.1.1 導流隧洞

發電引水隧洞與導流隧洞結合布置，隧洞布置在右岸，隧洞進口高程106.5m，出口高程105m，長度442.334m，斷面為圓形，洞徑為2.0m[4]，縱向底坡0.0034，洞身段采用掛鋼筋網噴C20砼（一次支護）和現澆鋼筋砼復合式襯砌方式，一次支護噴15cm厚C25砼，鋼筋砼襯砌厚度為30cm。由于引水隧洞與導流隧洞進、出口均不在同一高程，因此進口處采用龍抬頭結合，出口處由于地形及高程限制，采用叉洞連接。大壩施工完成后，對進出口導流洞進行封堵。

4.1.2 上下游圍堰

上游圍堰位于壩軸線上游約440m處，采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2114.18m，堰前水位2113.38m，堰頂長度54m，堰頂寬5m；最大堰高5.5m，粘土心墻邊坡為1：0.1；戧堤部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：1.5，頂高程2111.99m；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0，采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

下游圍堰位于壩軸線下游約170m處，采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2111.46m，堰前水位2110.96m，堰頂長度32m，堰頂寬5m；最大堰高2.5m，粘土心墻邊坡為1：0.1；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0， 采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。endprint

4.2 方案二

采用圍堰一次攔斷河流，隧洞導流（隧洞單獨布置）。即枯水期圍堰擋水，導流隧洞導流，汛期大壩擋水，導流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 導流隧洞

發電引水隧洞與導流隧洞結合布置，隧洞布置在右岸，隧洞進口高程106.5m，出口高程105m，長度442.334m，斷面為圓形，洞徑為2.0m，縱向底坡0.0034，洞身段采用掛鋼筋網噴C20砼（一次支護）和現澆鋼筋砼復合式襯砌方式，一次支護噴15cm厚C25砼，鋼筋砼襯砌厚度為30cm。由于引水隧洞與導流隧洞進、出口均不在同一高程，因此進口處采用龍抬頭結合，出口處由于地形及高程限制，采用叉洞連接。大壩施工完成后，對進出口導流洞進行封堵。

4.2.2 上下游圍堰

上游圍堰位于壩軸線上游約160m處，圍堰型式同方案一。

下游圍堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管導流法”，即在第一個枯水期由臨時圍堰擋水，左岸束窄河床導流，先在河道右岸灘地鋪設導流砼管，具備二期導流過水條件；于第二個枯水期采用土石圍堰一次攔斷河流，圍堰擋水，已埋設的砼管泄流。

埋管采用內徑為2m的混凝土管，布置于右岸，埋管全長322.35m，穿過壩體段設截水環。于第一個枯水期先施工埋管部分，第二個枯水期進行壩體填筑。

上游圍堰位于壩軸線上游坡腳處，（導流結束后不拆除圍堰作為壩體的一部分）采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2113.98m，堰前水位2113.18m，堰頂長度54m，堰頂寬5m；最大堰高4.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；戧堤部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：1.5，頂高程2111.89m；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0，采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

下游圍堰位于壩軸線下游約140m處，采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2111.66m，堰前水位2111.16m，堰頂長度32m，堰頂寬5m；最大堰高2.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0， 采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

三個方案的比較結果見表1：

經過兩方案綜合比較，方案一充分結合水工永久隧洞，工程投資最小，工期較短，為最優導流方案。方案三導流費用較方案二少24.15萬元，但方案三施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。

5 結束語

通過對水庫土石壩隧洞導流方案和埋管導流方案進行比選，得出了較優的導流方式，在方案比選過程中有如下體會。

樞紐工程導流如有永久水工隧洞可兼顧利用時，采用與導流隧洞與永久隧洞結合布置的導流方式，投資最省，工期較短，為土石壩導流首選導流方案。

采用埋管導流時，雖然導流投資較小，施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。選用埋管導流時需充分比較論證。

施工導流是水利工程施工組織設計的重要組成部分，是制約施工程序和施工進度的重要因素，設計時需根據工程實際情況，認真分析比較，得出最優方案，保證工程質量及安全，節約工程造價。

參考文獻

[1]水利水電工程施工組織設計指南 編寫組（魏璇）.水利水電工程施工組織設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，1999（3）.

[2]水利水電施工 編寫組（張京）.水利水電施工[M].北京：中科多媒體電子出版社，2003（3）.

[3]水利水電施工組織設計手冊 編寫組（唐世龍，陳東山）.水利水電施工組織設計手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1996（8）.

[4]李煒.水利計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2006（6）.endprint

4.2 方案二

采用圍堰一次攔斷河流，隧洞導流（隧洞單獨布置）。即枯水期圍堰擋水，導流隧洞導流，汛期大壩擋水，導流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 導流隧洞

發電引水隧洞與導流隧洞結合布置，隧洞布置在右岸，隧洞進口高程106.5m，出口高程105m，長度442.334m，斷面為圓形，洞徑為2.0m，縱向底坡0.0034，洞身段采用掛鋼筋網噴C20砼（一次支護）和現澆鋼筋砼復合式襯砌方式，一次支護噴15cm厚C25砼，鋼筋砼襯砌厚度為30cm。由于引水隧洞與導流隧洞進、出口均不在同一高程，因此進口處采用龍抬頭結合，出口處由于地形及高程限制，采用叉洞連接。大壩施工完成后，對進出口導流洞進行封堵。

4.2.2 上下游圍堰

上游圍堰位于壩軸線上游約160m處，圍堰型式同方案一。

下游圍堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管導流法”，即在第一個枯水期由臨時圍堰擋水，左岸束窄河床導流，先在河道右岸灘地鋪設導流砼管，具備二期導流過水條件；于第二個枯水期采用土石圍堰一次攔斷河流，圍堰擋水，已埋設的砼管泄流。

埋管采用內徑為2m的混凝土管，布置于右岸，埋管全長322.35m，穿過壩體段設截水環。于第一個枯水期先施工埋管部分，第二個枯水期進行壩體填筑。

上游圍堰位于壩軸線上游坡腳處，（導流結束后不拆除圍堰作為壩體的一部分）采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2113.98m，堰前水位2113.18m，堰頂長度54m，堰頂寬5m；最大堰高4.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；戧堤部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：1.5，頂高程2111.89m；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0，采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

下游圍堰位于壩軸線下游約140m處，采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2111.66m，堰前水位2111.16m，堰頂長度32m，堰頂寬5m；最大堰高2.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0， 采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

三個方案的比較結果見表1：

經過兩方案綜合比較，方案一充分結合水工永久隧洞，工程投資最小，工期較短，為最優導流方案。方案三導流費用較方案二少24.15萬元，但方案三施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。

5 結束語

通過對水庫土石壩隧洞導流方案和埋管導流方案進行比選，得出了較優的導流方式，在方案比選過程中有如下體會。

樞紐工程導流如有永久水工隧洞可兼顧利用時，采用與導流隧洞與永久隧洞結合布置的導流方式，投資最省，工期較短，為土石壩導流首選導流方案。

采用埋管導流時，雖然導流投資較小，施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。選用埋管導流時需充分比較論證。

施工導流是水利工程施工組織設計的重要組成部分，是制約施工程序和施工進度的重要因素，設計時需根據工程實際情況，認真分析比較，得出最優方案，保證工程質量及安全，節約工程造價。

參考文獻

[1]水利水電工程施工組織設計指南 編寫組（魏璇）.水利水電工程施工組織設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，1999（3）.

[2]水利水電施工 編寫組（張京）.水利水電施工[M].北京：中科多媒體電子出版社，2003（3）.

[3]水利水電施工組織設計手冊 編寫組（唐世龍，陳東山）.水利水電施工組織設計手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1996（8）.

[4]李煒.水利計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2006（6）.endprint

4.2 方案二

采用圍堰一次攔斷河流，隧洞導流（隧洞單獨布置）。即枯水期圍堰擋水，導流隧洞導流，汛期大壩擋水，導流隧洞泄洪度汛。

4.2.1 導流隧洞

發電引水隧洞與導流隧洞結合布置，隧洞布置在右岸，隧洞進口高程106.5m，出口高程105m，長度442.334m，斷面為圓形，洞徑為2.0m，縱向底坡0.0034，洞身段采用掛鋼筋網噴C20砼（一次支護）和現澆鋼筋砼復合式襯砌方式，一次支護噴15cm厚C25砼，鋼筋砼襯砌厚度為30cm。由于引水隧洞與導流隧洞進、出口均不在同一高程，因此進口處采用龍抬頭結合，出口處由于地形及高程限制，采用叉洞連接。大壩施工完成后，對進出口導流洞進行封堵。

4.2.2 上下游圍堰

上游圍堰位于壩軸線上游約160m處，圍堰型式同方案一。

下游圍堰同方案一。

4.3 方案三

“埋管導流法”，即在第一個枯水期由臨時圍堰擋水，左岸束窄河床導流，先在河道右岸灘地鋪設導流砼管，具備二期導流過水條件；于第二個枯水期采用土石圍堰一次攔斷河流，圍堰擋水，已埋設的砼管泄流。

埋管采用內徑為2m的混凝土管，布置于右岸，埋管全長322.35m，穿過壩體段設截水環。于第一個枯水期先施工埋管部分，第二個枯水期進行壩體填筑。

上游圍堰位于壩軸線上游坡腳處，（導流結束后不拆除圍堰作為壩體的一部分）采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2113.98m，堰前水位2113.18m，堰頂長度54m，堰頂寬5m；最大堰高4.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；戧堤部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：1.5，頂高程2111.89m；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0，采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

下游圍堰位于壩軸線下游約140m處，采用粘土心墻土石圍堰，堰頂高程2111.66m，堰前水位2111.16m，堰頂長度32m，堰頂寬5m；最大堰高2.7m，粘土心墻邊坡為1：0.1；土石渣填筑部分迎水邊坡、背水邊坡均為1：2.0， 采用500mm厚的干砌石或拋石護坡。

三個方案的比較結果見表1：

經過兩方案綜合比較，方案一充分結合水工永久隧洞，工程投資最小，工期較短，為最優導流方案。方案三導流費用較方案二少24.15萬元，但方案三施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。

5 結束語

通過對水庫土石壩隧洞導流方案和埋管導流方案進行比選，得出了較優的導流方式，在方案比選過程中有如下體會。

樞紐工程導流如有永久水工隧洞可兼顧利用時，采用與導流隧洞與永久隧洞結合布置的導流方式，投資最省，工期較短，為土石壩導流首選導流方案。

采用埋管導流時，雖然導流投資較小，施工工期較長，施工時干擾較大，不利于確保施工進度，且涵管后期埋設與土壩中，對土方穩定及防滲不利。選用埋管導流時需充分比較論證。

施工導流是水利工程施工組織設計的重要組成部分，是制約施工程序和施工進度的重要因素，設計時需根據工程實際情況，認真分析比較，得出最優方案，保證工程質量及安全，節約工程造價。

參考文獻

[1]水利水電工程施工組織設計指南 編寫組（魏璇）.水利水電工程施工組織設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，1999（3）.

[2]水利水電施工 編寫組（張京）.水利水電施工[M].北京：中科多媒體電子出版社，2003（3）.

[3]水利水電施工組織設計手冊 編寫組（唐世龍，陳東山）.水利水電施工組織設計手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1996（8）.

[4]李煒.水利計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2006（6）.endprint