淺談高坪水庫除險加固工程隧洞進口施工圍堰設計的更改

涂啟龍

淺談高坪水庫除險加固工程隧洞進口施工圍堰設計的更改

涂啟龍

一、工程概況

高坪水庫控制集雨面積124km2，水庫底部大部分高程為325m，正常蓄水位為373m，相應庫容6350萬m3；校核洪水位為 376.02m，總庫容7286.2m3，是一座中型水庫，以發電、灌溉為主，結合供水、防洪為目的。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。高坪水庫永久性主要建筑物采用50年一遇洪水標準設計、1000年一遇洪水標準校核；溢洪道消能防沖建筑物采用30年一遇洪水標準設計；施工洪水采用施工導流時段的10年一遇洪水標準設計。設計水位374.51m，死水位345.5m。溢洪道進水口高程368m。輸水隧洞進口高程325m。

高坪水庫屬于錦江（湞江一級支流）支流塘村水系。流域屬中亞熱帶季風氣候區，氣候濕潤，雨量充沛。多年平均降雨量1730mm。多年平均氣溫19.50℃，最高40.20℃，最低氣溫-5.40℃。最大風速12m/s。多年平均水面蒸發量1300mm。

二、安全加固設計情況

水庫工程于1983年8月建成，受當時施工條件限制且經過20多年的運行，水庫的主壩、溢洪道、輸水隧洞受損嚴重。本次安全加固主要內容為：

1.土壩工程

（1）主、副壩壩基及壩肩基巖采用帷幕灌漿，帷幕灌漿孔深至透水率＜5 LU線以下2m。

（2）主、副壩壩體劈裂灌漿，劈裂灌漿采用3排布孔(一排主孔、兩排副孔)，孔距5m，排距2m。

（3）大壩設置測壓管、位移觀測等設施。

2.溢洪道工程

溢洪道工程拆除重建。

3.輸水隧洞工程

（1）輸水隧洞進出口段和不良地質段內套鋼管，其余部位噴防水涂料加局部固結灌漿處理。

（2）輸水隧洞岸塔式進水口閘門井拆除并重建。

三、施工導流方案優化與選定

根據工程的實際情況，溢洪道施工作業面底高程高于死（騰空）水位，不需做圍堰圍護施工，但輸水隧洞施工需要在進口處進行圍堰施工。因此，在進行輸水隧洞進口閘門井重建加固施工前，需要先修筑圍堰。

1.原合同施工導流圍堰方案（土石圍堰法）

原合同文件施工導流采用圍堰方法是在引水隧洞進口附近庫區進行土石圍堰施工。施工洪水采用施工導流時段的10年一遇洪水，圍堰施工時盡量騰空庫容，作業時段為枯水季節。圍堰頂部高程為365.2m，圍堰底部高程為325m，頂部寬度為4.0m，兩側邊坡坡比均為1∶2.0，堰體填筑料為附近山體開挖的土石料為主，迎水面采用粘土斜墻防滲，高程355.2m以下內外坡均采用土袋護坡，高程355.2m以上采用開挖利用料（石渣）護坡。施工期間保證下游用水，輸水隧洞還要求承擔間隙輸水要求，解決方法是在圍堰中埋設長300m、直徑為500mm并安裝閘閥的鋼管來控制水流。

圍堰填筑方法采用水中拋填單向進占法施工，即自卸車采用后退法卸料，再采用裝載機推平，16t振動碾壓實。圍堰拆除時，先挖堰體水上部分，后挖堰體水下部分。采用反鏟挖掘機從圍堰中部往后退挖、裝碴，水下部分為了確保挖掘深度，先采用長臂挖掘機挖除，最后采用水下抓斗開挖方式清除干凈圍堰水下余下的部分。

圍堰工程主要工程量如下表：土石方填筑27000 m3，土袋護坡360 m3，防滲粘土6000 m3，圍堰施工導流總造價1191864元。

2.土石圍堰施工導流方案缺點

土石圍堰缺點如下：

（1）土石圍堰填筑總高度超過40m，水下部分拋填超過20m，且質量難以控制。

（2）由于工作面狹窄，土石圍堰施工周期長，填筑時間3個月，拆除時間5個月且拆除難度大。

（3）土石圍堰對水庫有一定的環境影響，填筑與水下部分清除均對水庫水體有影響，同時水下部分清除干凈有一定難度。

（4）土石圍堰造價大，造價達119萬元，不經濟。

（5）由于土石圍堰施工期長，影響下游用水，施工期間要求輸水隧洞承擔間隙輸水要求，原設計已經有預埋鋼管，影響施工。

（6）土石圍堰需要大量土石料，必須開挖山體，影響植被，破壞生態。

3.圍堰方案更改與確定

根據合同要求，有一項施工內容是拆除原輸水隧洞進口閘門井并按設計圖紙重建，該分部工程造價是367879元。

如果在原輸水隧洞進口閘門井下游合適位置擇址按上述設計圖紙新建一個閘門井，經過造價分析認為只增加一部分豎井石方開挖的工程量及舊閘門井的回填工程量，但減少了拆除工程量，該方案此分部工程造價統計為 441262元，此項增加造價441262-367879=73383元。

因此導流方案改用：利用計劃拆除的原輸水隧洞進口閘門結構物擋水，在原輸水隧洞進口閘門井下游合適位置擇址新建一個閘門井，舊閘門井不再改建并進行回填。與土石圍堰施工方案相比，不僅大大節約造價，節省1191864-73383=111.8萬元；施工方法更簡便，還可以合理規避土石圍堰施工導流方案的不利因素，也可以合理規避施工期洪水給工程施工帶來的風險。

經綜合分析對比，高坪水庫安全加固工程施工導流方案采用原閘門井舊閘門擋水，在原閘門井下游擇址新建一閘門井，并對舊閘門井進行封堵回填的施工方案。

四、施工導流方案實施規劃

由于施工導流方案調整，整個加固項目施工規劃隨之調整。溢洪道拆除重建時段，此時輸水隧洞還在輸水運行，此時段可安排新建豎井土石方開挖施工作業，待距離洞頂4m處停止土石方開挖作業。然后舊閘門井下閘擋水，一方面繼續豎井土石方開挖作業，開挖結束后組織鋼筋混凝土襯砌及閘門預埋件安裝；一方面組織施工力量從隧洞出口進洞進行隧洞安全加固施工。待新建閘門井按設計圖要求建設完成后，擇機放空水庫水位至死水位即345.5 m高程，然后集中力量加固舊閘門井上游部分的輸水遂洞結構，最后采用C30鋼筋混凝土對舊閘門井隧洞頂部3m范圍進行封堵，待混凝土28d齡期后，采用開挖土料回填舊閘門井。

五、施工導流方案的優點

該施工導流方案是用舊閘門井擋水導流，不用圍堰導流，有如下優點：投資省，節約投資1118481元；施工方便，豎井施工是很成熟的施工方法；工期縮短，減少圍堰填筑與拆除時間；環保綠色，不破壞山體及影響水體；施工安全，可以合理規避施工期洪水給施工帶來的風險；安全加固施工時間更多，對輸水隧洞加固施工時安排更充裕。

六、結語

高坪水庫安全加固工程2009年1月10日開始施工，2010年10月17日完工。施工導流方案由土石圍堰導流方法優化為原閘門井舊閘門擋水，在原閘門井下游24.59m處新建一閘門井，并對舊閘門井進行封堵回填的導流方法，工程實施非常成功。此方案綠色環保、節省投資、縮短工期、安全可靠，可供類似工程借鑒

（作者單位：福建省水利水電工程局有限公司 362000）