頭道白楊溝水庫施工期導流工程設計

周 佺，王新疆

(1. 新疆建設兵團第十三師水務管理有限公司，新疆 哈密839000;2. 新疆建設兵團第十三師水利局，新疆 哈密839000)

1 工程概況

水庫壩址距哈密市280 km，距巴里坤縣城130 km，交通比較便利。本工程樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻壩、導流、放水隧洞+涵洞、岸邊側槽溢洪道組成。攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，壩體總長410.5 m，主壩段長220.0 m，副壩段長190.5 m。導流、放水隧洞+涵洞位于壩體左岸山體內，溢洪道位于壩體右岸，為開敞式側槽溢洪道，全長303 m，庫區所在地為“U”型河谷內，施工布置及臨時設施布置條件較好。頭道白楊溝流域是發源于莫欽烏拉山山脈北坡的一條山溪性小河流。出山口以上流域面積105 km2，出山口海拔高程1 860 m，河道平均坡降81.4‰，流域平均海拔高程2 818 m，河長21.0 km。正常情況下河道內來水在出山口后不遠就全部下滲或蒸發。壩址處多年平均徑流量為793.3 萬m3。頭道白楊溝流域洪水類型可以分為:融雪型洪水和暴雨型洪水。根據區域水文資料，壩址處不同頻率的設計洪水成果見表1。

表1 壩址處全年不同頻率設計洪峰流量成果表

2 地質條件

水庫樞紐工程位于莫欽烏拉山北坡低中山地帶，區內地貌大部分為侵蝕構造的中、低山，山頂及山坡基巖裸露，溝谷為第四系松散沉積物。河谷類型為“U”型谷，由于地殼抬升，沿河發育2 級河流階地。壩基區域覆蓋層較厚，由卵、礫石組成，屬中度密實，地基抗變形和承載力可滿足建筑物設計要求。

導流隧洞進口段地表堆積少量坡積碎石土，有壓隧洞段前部分基巖裸露，后30.0 m上部有1.0 ～7.0m厚坡積碎石土，無壓涵洞段大部地段地表坡積碎石土厚1.0 ～9.0 m，閘井段地表坡積碎石土厚約9.0 m，出口消能段地基為卵礫石層，卵礫石層為密實狀態。導流隧洞及涵洞段基巖為凝灰巖，受區域構造影響，基巖裂隙較為發育，巖體完整性較差，為次塊狀結構—塊狀結構。

3 導流、度汛標準

此工程規模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物壩體Ⅲ級，導流、放水隧洞+涵洞和溢洪道為Ⅳ級，次要建筑物為Ⅴ級，臨時建筑物為Ⅴ級。

導流建筑物級別為Ⅴ級，洪水重現期為5 ～10 a。根據施工安排，施工導流標準取5 a一遇，相應洪水流量為9.3 m3/s，大壩施工期臨時度汛洪水標準為20 a一遇，相應洪峰流量為37.9 m3/s。

4 導流方式

根據壩址地形、地質條件及樞紐建筑物布置型式，本工程初期采用原河槽導流，后期采用全圍堰斷流，導流涵洞導流的方式。遇到20 a一遇洪水時，由圍堰擋水、導流隧洞+涵洞導流。工程施工期導流度汛特性見表2。

表2 工程施工期導流度汛特性表

根據樞紐工程布置特點、結構型式及施工條件，確定工程建設總工期為25個月，分為工程籌建期、工程準備期、主體工程施工期和工程完建期4個施工階段:①工程籌建期:第一年9—10月，籌建對外交通、施工用電、通訊、征地、移民以及招標、評標、簽約等工作;②工程準備期:第一年10月—次年10月，完成場地平整，場內交通，臨時建房、施工工廠、施工導流等工程;③主體工程施工期:次年8月—第三年9月，完成主體工程施工;④工程完建期:第三年9月—第三年11月，工程完工。

壩體施工導流時段可劃分為兩2 時段:

第一階段:第1年10月工程開工至次年8月截流，將經歷1個汛期。該階段利用原河床導流，主要進行導流圍堰、導流隧洞+涵洞、壩體左右岸坡心墻基礎開挖、澆筑、灌漿等工作。

第二階段:次年8月至第3年11月，將經歷1個汛期。該階段采用上游圍堰擋水，導流隧洞+涵洞導流，主要進行瀝青混凝土心墻鋪筑、壩體填筑、上、下游護坡及防浪墻澆筑等工程。

5 導流建筑物

5.1 導流隧洞+涵洞

根據樞紐布置，結合地形、地質、水文、施工條件，按照石方開挖盡量少的原則，通過左岸導流隧洞+涵洞方案、左岸導流隧洞方案、右岸導流隧洞方案3 種初選方案的比較，選擇了施工速度快、開挖后基礎易處理的左岸隧洞+涵洞方案。水庫建成后，導流隧洞+涵洞改為永久放水建筑物使用。

導流隧洞進口位于壩軸線上游約120 m，涵洞出口在壩軸線下游約100 m處，洞身由有壓隧洞段和無壓涵洞段組成，全長228.5 m，設計底坡1∶50。其中隧洞段長58 m，采用圓型斷面，襯砌后直徑為2.4 m;涵洞段長158.5 m，采用城門洞型斷面，襯砌后凈寬2 m，直墻高2 m，洞底至拱頂凈高為2.9 m;隧洞和涵洞之間由豎井段連接，豎井段長12 m，豎井高61.40 m，井內設平板檢修和工作弧形閘門各一扇，平板閘門孔口尺寸為2 m ×2 m，工作弧形閘門孔口尺寸為2 m ×1.5 m。隧洞進口處布置檢修塔井段，塔井寬3.4 m，長5 m，塔井頂部平臺處設工業進水口，安裝工業供水管由洞頂通往下游。

5.2 上游圍堰

上游圍堰按照20 a一遇壩體臨時度汛防洪標準來設計。采用如下公式計算，可以得到上游圍堰堰頂高程為1 888.75 m。

式中:R 為波浪爬高，m;E 為風浪雍高，m;h 為靜水位，m;△Z 為超高，m。

上游圍堰設計堰長130 m，最大堰高13.75 m，頂寬4 m，前坡1∶2.25，后坡1∶2，迎水面結構分別為0.25 m厚混凝土護坡，板間縫采用彈性聚胺酯填塞。根據次年7月中旬夏汛前壩體不能夠填筑到20 a一遇洪水高程的施工進度，同時考慮到上游圍堰與壩體結合，前期可加大堰體填筑［1］。

5.3 施工期排水

施工期基坑排水采用明溝排水系統，沿基坑周圍布置排水干溝、支溝，隨基坑進展逐漸加深干溝和支溝，利用集水井匯水，采用離心泵抽排水至下游河道。

6 截 流

根據河流水文特性及施工條件分析，截流時段選次年8月非汛期，截流流量選用5 a一遇8月最大洪水流量為0.22 m3/s。由于截流設計流量很小，施工難度不大，采用立堵方式截流，在上游圍堰閉氣后方可處理河床段心墻基礎。

7 結 語

施工期導流設計是水利工程設計的一項重要工作。結合樞紐建筑物布置、工程地質、水文、氣象及施工條件，選擇合適的導流、度汛標準、導流方式以及導流建筑物設計方案，不僅可以確保施工期安全，還會起到縮短工期、降低造價的良好效益。

［1］廖仕信. 觀音巖水庫工程施工導流設計［J］. 水利科技與經濟，2014(06):23 －25.