甘河子水庫泄洪工程變更設計方案的確定

張 龍

（新疆五家渠市農業水利工程建設管理處，新疆五家渠831300）

甘河子水庫泄洪工程變更設計方案的確定

張 龍

（新疆五家渠市農業水利工程建設管理處，新疆五家渠831300）

甘河子水庫工程壩址河道較寬，兩岸地形較陡，經過初步設計階段論證大壩采用混凝土面板砂礫石壩，泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導流洞改建）；施工過程中，因石方爆破開挖所需火工產品的禁批，導致工程處于停工狀態；經過考察、了解、試驗，比選出可行的挖掘機免爆開挖方法，通過設計方案比選和優化，最終確定技術可行、投資較省、施工可控的泄洪變更設計方案。

混凝土面板砂礫石壩；泄洪變更設計方案；溢洪道；水庫工程

1 工程概況

甘河子水庫位于新疆阜康市境內第六師土墩子農場上游的甘河子河河谷上，壩址距下游甘河子鎮5km。水庫為甘河子河上的山區控制性工程，水庫承擔下游農業灌溉、工業用水的調節任務。甘河子水庫改善調節灌溉面積8.25萬畝，工程等別為Ⅳ等，工程規模屬小（1）型，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，水庫總庫容為658萬m3，設計年總供水量為2980.5萬m3。甘河子水庫工程主要建筑物包括混凝土面板砂礫石壩、左岸壩身溢洪道、右岸導流泄洪灌溉放空洞等，其中擋水建筑物大壩壩高53.7m，壩頂高程1165.7m，壩頂寬6m，長269m。

初步設計階段，根據地形地質條件、施工條件、樞紐布置工程投資等方面的綜合分析，選定混凝土面板砂礫石壩作為設計壩型；在此基礎上，根據河道兩岸的地形條件，并經技術經濟比較，選用“左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導流洞改建）”的總布置方案。施工階段，由于沒有火工產品，需要進行設計變更。通過設計方案比選和優化.確定采用“左岸壩身溢洪道+右岸導流泄洪灌溉放空洞”的總布置方案。壩身溢洪道消能方式采用臺階式陡槽結合消力池消能，壩身溢洪道為主要泄洪建筑物，導流泄洪灌溉放空洞承擔部分泄洪任務。

2 設計變更緣由

工程于2011年8月開工建設，至2012年12月完成了導流洞進口段60m長洞身開挖及大壩基礎混凝土防滲墻施工。2012年，因爆破所需火工產品的禁批，導致石方開挖無法進行，工程一度處于停工狀態。業主、設計、監理、施工四方積極采取措施，通過考察、了解、試驗，先后采取人工風鉆開挖、液態免爆開挖、液壓膨脹開挖、銑挖機開挖、挖掘機（改裝液壓破碎錘）免爆開挖等五種方式進行隧洞開挖，前四種均以失敗告終，僅有第五種方案具有可行性。對于壩肩、趾板、上壩道路及庫區牧道的明挖石方采用挖掘機免爆開挖，與常規爆破開挖比較，施工進度略快；而對于隧洞的洞挖石方采用挖掘機免爆開挖，則施工進度比較緩慢，而且開挖單價很高。若原設計的兩條隧洞全部采用挖掘機免爆開挖，工期將嚴重滯后，工程投資也將急劇增加。為此，業主和設計單位共同商定進行設計變更，調整甘河子水庫工程建筑物布置和泄洪建筑物功能，可以保證工程施工的順利進行，合理控制工程投資，并能按期完成建設任務。

3 設計變更思路

基于沒有火工產品而采用唯一可行的挖掘機免爆開挖石方的施工方法，對原設計方案和擬變更設計方案進行綜合比較和優化設計，從技術、經濟以及施工等方面確定泄洪變更設計方案。

4 原設計方案

原設計方案的泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由導流洞改建）的布置方案，建筑物平面布置圖見圖1。

圖1 原設計方案建筑物平面布置圖

4.1 左岸泄洪放水洞

泄洪放水洞總長468.30m，為有壓隧洞，檢修閘門在前，工作閘門在后，由引渠段、有壓短管段、檢修閘井段、洞身段、工作閘室段、出口消能段及放水管組成。經計算，校核洪水時最大泄流量為106.5m3/s，大于校核洪水位情況下要求最大泄洪能力86.7m3/s。

4.2 右岸表孔溢洪洞

表孔溢洪洞由導流洞改建，做成龍抬頭形式。與導流洞銜接樁號為0+143.091m，導流洞在改建后對其進行封堵，導流洞樁號0+143.091m以后段則成為表孔溢洪洞的一部分。表孔溢洪洞全長310.20m，由引渠段、控制段、斜洞段、平洞段、出口消能段組成。經計算，校核洪水時最大泄流量為175.0m3/s，大于校核洪水位情況下要求最大泄洪能力167.87m3/s。

4.3 工程造價

基于沒有火工產品而采用唯一可行的挖掘機免爆開挖石方的施工方法，由于需要一定尺寸工作面，隧洞開挖尺寸為6m×6m城門洞形，后期襯砌為直徑4m的圓形洞，開挖量和襯砌量較設計工程量大；據此估算工程造價，左岸泄洪放水洞為3392.95萬元，右岸表孔溢洪洞（含導流洞）為3272.87萬元，兩者合計為6665.82萬元。

5 擬變更設計方案

取消左岸泄洪放水洞，在河道左岸岸坡增加壩身溢洪道，作為主要泄洪建筑物：取消龍抬頭式表孔溢洪洞，將原導流洞改為導流灌溉供水洞，承擔部分泄洪及水庫放空任務。擬變更設計方案的泄洪建筑物采用左岸壩身溢洪道+右岸導流泄洪灌溉放空洞的布置方案，建筑物平面布置圖見圖2。

圖2 變更設計方案建筑物平面布置圖

5.1 左岸壩身溢洪道

壩身溢洪道軸線樁號為大壩樁號橫左0+70m，優化設計將挑流消能改為臺階式陡槽結合消力池消能方式后，溢洪道由控制段、光滑泄槽段、臺階泄槽段、消能段四部分組成，全長207.80m，設計洪水位情況下泄流量為141.34m3/s，校核洪水位情況下泄流量為307.10m3/s。控制段共3孔，中間孔6.8m，兩邊孔寬6.9m，中間設1.0m的中墩，溢流堰采用駝峰堰，堰頂高程為1161m，堰上不設閘門，堰頂凈寬20.6m；泄槽凈寬22.6m，設計縱坡1∶1.7；坡1∶1.7；消力池長30m，寬22.6 m，深1.9m：溢流堰凈寬26m：引水閘寬度2.5 m。光滑泄槽段坐落在壩體上，鋼筋混凝土底板通過在壩體設置水平地錨拉桿上，鋼筋混凝土底板通過在壩體設置水平地錨拉桿與壩體堆石連成一體；臺階泄槽段坐落在基巖上，鋼筋混凝土底板通過在基巖鉆設砂漿錨桿與基巖連成一體。

5.2 右岸導流泄洪灌溉放空洞

導流泄洪灌溉放空洞由進水渠、岸塔式進水口、洞身段、工作閘門段、消能段及供水支管段組成，全長499m，導流水位1131.50m時泄洪能力71.1m3/s，進口底板1122.00m，出口底板高程1108.65m。引水渠呈八字形，岸塔式進水口設有高低進水口，低進水口底高程1122.00m高進水口底高程1130.00m，孔口尺寸均為3.0m×3.0m（寬×高），閘門為平板鋼閘門，啟閉方式為卷揚式啟閉，啟閉平臺高程1165.70m；洞身段尺寸前段為2.8m，后段為4.0m，襯砌厚度0.5～0.8m：工作閘門為弧形閘門，孔口尺寸為2.2m×2.2m（寬×高），液壓式啟閉機啟閉：消能段消力池長34m，寬10m，深3.5m：供水支管從工作閘門前分出，過河后投入原渠道，為管徑1.40m的鋼管。

5.3 工程造價

導流泄洪灌溉放空洞樁號0+060～0+330m段采用挖掘機免爆開挖石方的施工方法，由于需要工作面，開挖尺寸為6m×6m城門洞形，后期襯砌為直徑4m的圓形洞；樁號0+000～0+060m段先前開挖完成，開挖尺寸為4.9m×3.8m城門洞形，后期襯砌為直徑2.8m的圓形洞；溢洪道開挖斷面尺寸已能滿足工作面要求，不需要加大開挖斷面；據此計算工程造價，左岸壩身溢洪道為1511.49萬元，右岸導流泄洪灌溉放空洞為3470.92萬元，兩者合計為4982.41萬元。

6 方案的比較和優化與選擇

6.1 方案的綜合比較和優化設計

針對原設計方案和擬變更設計方案，從技術、經濟以及施工等方面進行綜合比較并進行優化設計，見表1。

6.2 結論

（1）從技術成熟條件分析，兩種泄洪布置方案技術上均可行。

（2）從工程地質條件分析，兩種泄洪布置方案均可行，不存在致命的影響因素。

（3）從水工布置條件分析，原設計方案的隧洞開挖和襯砌工程量較大；變更設計方案導流灌溉供水洞采用岸塔式閘井，設置高低進水口，前期利用低孔閘門，可以有效利用死庫容；左岸岸坡設壩身溢洪道，樞紐布置相對簡單一些，但是處理措施相對要求較高；由于壩身溢洪道布置在左岸岸坡壩體上，擬采用挑流消能方式，一旦泄洪將會沖毀下游左岸渠道；優化設計后，改為臺階式陡槽結合消力池消能方式，消除對下游左岸渠道的危害。

（4）從施工條件分析。由于采用挖掘機免爆開挖方法，隧洞石方開挖施工進度緩慢，仍按原設計方案施工，施工難度非常大，工期將嚴重滯后，不能保證按期完成建設任務；若按變更設計方案施工，施工難度較小，通過調整施工總進度計劃后，能夠保證按期完成建設任務。

表1 泄洪建筑物布置方案比較表

（5）從工程費用分析。原設計方案工程造價為6665.82萬元，擬變更設計方案工程造價為4982.41萬元，相對來說擬變更設計方案投資較少，可節省投資1683.4l萬元。

綜合前述分析成果，最終確定泄洪變更設計方案采用左岸壩身溢洪道+右岸導流泄洪灌溉放空洞的布置方案，壩身溢洪道消能方式采用臺階式陡槽結合消力池消能。

7 結語

甘河子水庫工程施工過程中，因外界條件變化，經過考察、了解、試驗，比選出可行的挖掘機免爆開挖方法。并以此進行設計變更，調整甘河子水庫工程建筑物布置和泄洪建筑物功能。從而使得一度停工的工程得以順利進行，并能確保按期完成建設任務；在保證建筑物功能、質量的前提下節約了工程建設投資。

T V 65

A

1672-2469（2015）06-0100-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.034

張 龍（1979年—），男，工程師。