淺談水庫放空泄洪洞工程方案設(shè)計

■王曉彥

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西 太原030024）

淺談水庫放空泄洪洞工程方案設(shè)計

■王曉彥

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西 太原030024）

左權(quán)縣石匣水庫位于海河流域南運河水系清漳西源中游，位于左權(quán)縣城西北約9km的石匣村北側(cè)。是一座以防洪為主兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水、發(fā)電、養(yǎng)殖的中型水庫。目前水庫并無放空設(shè)施，新建泄洪排沙洞可在水庫出現(xiàn)險情時，將水庫水量放空，避免潰壩對下游造成災(zāi)害；此外，在汛期泄洪同時排沙，延長水庫壽命。因此，通過不同方案比選最終確定放空泄洪洞設(shè)計方案。

石匣水庫放空泄洪洞方案比選

1 工程概況

左權(quán)縣石匣水庫位于海河流域南運河水系清漳西源中游。是一座以防洪為主兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水、發(fā)電、養(yǎng)殖的中型水庫。水庫新建于1959年，1960年蓄水運行，1963年壩高達32.30m，水庫運行至今已達50年，且大壩為均質(zhì)土壩，考慮水庫應(yīng)急事故處理、大壩等建筑物檢修維護；同時考慮便于利用隧洞小流量控制20年一遇下游河道防洪泄量的實際情況，需要增設(shè)放空泄洪洞兼泄洪。

2 放空洞布置方案比選

放空泄洪洞設(shè)計原則：依據(jù)壩體穩(wěn)定要求所確定的水庫放空計算控制泄量，并結(jié)合泄洪要求、施工要求進行隧洞斷面設(shè)計。

圖1 放空泄洪洞洞線比較平面圖

放空泄洪洞的洞線布置（如圖1），隧洞型式的確定從庫區(qū)的地形、地質(zhì)條件、運行管理等方面進行比選：

2.1 地形條件分析

從石匣水庫大壩樞紐整體平面地形條件分析，放空泄洪洞布置在大壩主壩段左、右岸均可。放空泄洪洞布置在大壩右岸，壩后洞軸線將形成較大的曲線段，同時與現(xiàn)狀東山供水工程引水洞存在平面上交叉，洞線長度約500m，從庫區(qū)整體地質(zhì)構(gòu)造分析右岸基巖面高程相對較低，施工道路需穿越大壩，施工難度較大；放空泄洪洞布置在左岸可基本滿足直線布置要求，洞線長度約300m，基巖面高程相對右岸較高，施工交通、場地布置等便利，根據(jù)水工隧洞洞線短的原則，洞線布置左岸較優(yōu)。

2.2 地質(zhì)條件分析

從地質(zhì)條件分析，隧洞垂直及側(cè)向巖體的最小厚度，應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、巖體的完整穩(wěn)定性、抗?jié)B透特性等因素分析確定。根據(jù)地質(zhì)剖面圖可知，隧洞圍巖主要為P2sh砂巖、泥巖及礫巖，圍巖多為強-中等風化巖石，巖體較破碎，洞線位于地下水位以下，基巖面較低，洞頂基巖薄，厚度0～6m。如采用“龍?zhí)ь^”式隧洞，可降低洞身高程增加洞頂圍巖厚度，但出口地面高程為1120m，與進口高程1128.0m僅8m高差，受出口地形高程限制，增加圍巖厚度條件有限。

2.3 施工條件分析

從施工條件分析，隧洞軸線布置越低，洞頂以上巖基覆蓋層相對較厚，便于施工，但受進出口高程控制，結(jié)合地質(zhì)勘察確定的地基巖層位置，設(shè)計盡可能將洞身段軸線布置在巖層，且滿足1倍覆蓋層要求，進出口巖層覆蓋層較薄地段采取特殊支護措施進行施工。同時為了減少隧洞爆破開挖施工對現(xiàn)狀大壩、溢洪道、管理房的影響，設(shè)計洞軸線布置在溢洪道和管理房左側(cè)較為合理。

2.4 運行管理分析

從運行管理分析，石匣水庫整體樞紐布置，從左至右依次為管理處、溢洪道、大壩主壩段、副壩段，主壩段左右側(cè)各布置1條供水洞。溢洪道與管理處距離較近，洞線可在大壩與溢洪道之間（方案1）或者在溢洪道左側(cè)布置（方案2），方案1進口位于大壩與溢洪道之間，地形條件有限，不利于進水塔布置，放空泄洪洞出口回水將危及電站安全，出口緊鄰和汾高速公路大橋，高速水流將對橋墩沖刷，所以，放空泄洪洞布置在溢洪道和管理房的左側(cè)，便于集中管理，方案2較為合理。

2.5 工程綜合項目及投資比較

本此設(shè)計僅進行方案1、2投資比較，雖然方案2比1投資多128萬元，但是方案2進、出口位置、地質(zhì)條件、施工條件均優(yōu)越與方案1，故設(shè)計推薦方案為方案2。

3 放空泄洪洞型式確定

放空泄洪洞型式確定內(nèi)容主要有隧洞型式、隧洞斷面及出口消能方式等。

3.1 隧洞型式確定

根據(jù)大壩左岸地形條件，放空泄洪洞在平面上為曲線形布置，洞底高程選擇為現(xiàn)狀淤積高程1028.00m。根據(jù)地質(zhì)資料，放空泄洪洞所在地層為Ⅳ、Ⅴ圍巖，巖性多為灰?guī)r、砂巖，巖體裂隙發(fā)育，較破碎，洞線處基巖面較低，洞頂巖層厚度不大，且隧洞布置在溢洪道附近，局部在管理房下面，從壓力隧洞滲漏等安全方面考慮，宜采用無壓洞方案。考慮放空泄洪洞高程低，水頭高，洞中流速大，無壓洞彎道段水流流態(tài)較差，放空泄洪洞采用有壓接無壓洞形式，直線段采用無壓洞，曲線段采用壓力洞，二者之間布置塔式進水塔，內(nèi)設(shè)閘門控制。

3.2 隧洞斷面確定

水工隧洞常用的斷面型式有圓形、城門洞形、馬蹄形、方形等。根據(jù)規(guī)范條款，結(jié)合地質(zhì)條件和施工要求，無壓隧洞多采用圓拱直墻式斷面，其頂部為圓拱，適于承受鉛直圍巖壓力，且便于開挖和襯砌，確定無壓洞段采用圓拱直墻式斷面（城門洞形斷面），圓拱中心角為120°；進水塔前壓力洞段因基巖面低，覆蓋層薄，無成洞條件而采用明挖方式，為方便施工，采用矩形斷面。

綜上所述，設(shè)計放空泄洪洞采用無壓隧洞，城門洞斷面，混凝土結(jié)構(gòu)，末端挑流消能方案。

TV[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-445-1

王曉彥（1982～），女，2005年畢業(yè)于西安理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，碩士研究生，工程師。