堰河水庫施工導流與度汛設計實例

【摘要】 堰河水庫大壩為混凝土重力壩，本文詳細介紹了該重力壩施工導流與度汛設計方案。

【關鍵詞】 重力壩；隧洞導流；缺口度汛

1、工程概況

堰河水庫位于湖北省谷城縣五山鎮，為新建水庫工程，主要任務是灌溉和供水。水庫總庫容563萬m3，為Ⅳ等小（1）型工程，大壩布置于堰河主河床，壩型為常態混凝土重力壩，壩頂高程212.40m，最大壩高46.4m，壩頂寬4m，長114m，共分為7個壩段，兩岸各有2個非溢流壩段，中間3個壩段為溢流壩段。溢流壩采用WES實用堰，無閘門控制，堰頂高程208.00m。大壩土石方開挖量11.1萬m3，混凝土澆筑量6.7萬m3。

2、水文氣象條件

堰河為漢江的二級支流，總流域面積211km2，堰河水庫位于流域的上游，控制流域面積37.38km2，河長14.39km，平均坡降達63.2‰。流域降雨量年內分配不均，主要分布在5～9月，冬季降雨量較少。洪水由暴雨形成，具有集水時間短、匯流快、陡漲陡落的特點，洪水過程以單峰性洪水為主，洪水歷時1～2天。枯水期為10～4月，其中11～3月最枯。壩址處各分期5～20年一遇設計流量如下表：

3、地形地質條件

壩址處河谷呈左右岸略對稱的“V”型谷，為斜向谷。該處為河流的拐彎處，河流凸向右岸，大致流向為由北至南轉為由北西至南東，該處河谷寬約28m，河底高程約174m，非下雨時節溝谷內水面寬2m，水深0.3m，河床兩岸山腳均為基巖陡坎。壩址區出露地層主要為中元古界下武當群楊坪組（Ptw1y3）和第四系全新統（Q4）的松散地層。巖層傾向340～355°，傾角14～20°，整體傾向北北西，巖層為單斜構造，壩址區河谷為斜向谷，兩岸山體大部分基巖出露，山坡中部為殘坡積碎石土層所覆蓋。兩岸壩肩上強風化帶較厚，一般7.5～9.8m；壩基河床部位強風化帶相對較薄，一般3～4m。

根據下文選定的導流方案，導流洞位于河道左岸，埋深一般20～60m，洞向NE102°。洞臉口位置山坡傾向約270°，坡度45°，坡度較陡峭，洞線走向與坡面近垂直。洞身所處地層巖性為武當群楊坪組（Ptw1y2）石英片巖，隧洞進出口段屬于Ⅲ～Ⅳ類圍巖，穩定性較差，會產生塑性變形，中部洞身段屬于Ⅲ類圍巖，局部穩定性差，毛洞短時間內可穩定。

圍堰處河谷寬約20m，兩岸均為陡崖，基巖出露，河床覆蓋層最大厚度5.6m，覆蓋層物質組成為第四系沖洪積砂卵石層，為中密～密實狀，滲透系數為3.5×10-3cm/s，屬中等透水性。下伏強風華武當群楊坪組（Ptw1y3）石英片巖，為弱～中等透水性。

4、施工導流設計

4.1導流方式

大壩兩岸地勢陡峭，坡度大于45°，且河床狹窄，不具備明渠導流及分期導流條件，大壩施工推薦采用全段圍堰擋水，左岸隧洞過流的導流方式。

4.2導流標準

混凝土重力壩級別為4級，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》及《水利水電工程施工組織設計規范》規定，本工程臨時建筑物為5級，導流建筑物洪水標準為5～10年一遇。考慮到5年一遇和10年一遇設計流量相差較大，壩址下游居民少且無重要企業，導流標準選擇5年一遇。

全年和枯水期5年一遇洪峰流量相差較大，若采用全年導流，導流洞洞徑需達到4m×6m，臨時工程投資費用較枯水期導流方案大幅增加。根據流域洪水特點、工程特性及施工進度安排，分析比較了11～3月、11～4月、10～4月三個時段。

大壩最大壩高46.4m，其中河床以下部分高8.2m，綜合考慮壩基開挖、基礎固結灌漿、壩體澆筑進度安排及導流工程投資，導流時段選擇為11月～次年4月，相應5年一遇洪峰流量為43.62 m3/s。

4.3導流建筑物布置

壩址位于河流的拐彎處，河流凸向右岸，導流洞布置于河道左岸，呈直線布置，進口在壩體上游約300m處，進水條件較好，出口選擇在大壩下游約460m處，出口水流與主河道流向交角約24°，隧洞全長336m。大壩上游圍堰布置于大壩上游約120m處，該處河道較窄，兩岸基巖出露，便于圍堰防滲處理。大壩護坦末端下游約40m處現狀有一攔河堰，導流期間下游水位低于現狀攔河壩堰頂高程，因此大壩下游可不設圍堰。

4.4導流建筑物設計

（1）導流隧洞

導流隧洞采用城門洞型，后期在洞內鋪設管道作為放空和供水管，隧洞按4級永久建筑物設計。考慮到洞內管道、鎮墩施工及檢修需要，洞徑不宜小于2.5m×3.5m。經水力計算導流隧洞采用上述斷面時可滿足枯水期5年一遇洪水導流要求，因此導流洞斷面尺寸擬定為2.5m×3.5m，頂拱包含角120°。

導流隧洞由進水渠段、閘井段、洞身段、出口消力池段組成，進口底板高程176.50m，出口高程171.00m，總長368.68m，底坡1.68%。引渠段長7.5m，渠道由0.3m厚C25混凝土襯砌，底部高程176.5m，邊坡1：0.3，擴散角6°；閘井段長15m，閘底板高程176.5m，進水口三面收縮為喇叭口，閘墩及頂拱為1/4橢圓曲線，控制段設閘門，導流結束后作為沖砂閘；洞身段全長321.18m，進口20m及出口25m為C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度均為0.4m，中部底板采用C25混凝土找平，厚0.2m，中部洞身為0.1m厚C25素噴混凝土襯砌；消力池長20m，擴散角10°，斜坡段坡比1：4，底板高程169.40m。

主體工程施工完成后，導流洞進口閘門下閘擋水，于隧洞進口襯砌段后澆筑混凝土封堵體并埋設鋼管，供水庫放空、沖砂及供水之用。

（2）上游圍堰

圍堰型式選擇為土石圍堰，筑堰材料為粘土、河床砂卵石及開挖石渣，堰體采用粘土心墻防滲，心墻頂寬1m，坡比為1：0.5；圍堰處河床砂礫石覆蓋層最大厚度5.6m，左右岸均基巖出露，其中左岸岸坡巖體破碎，局部為倒坡，圍堰填筑前需將表面破碎巖體和倒坡清除。圍堰基礎挖截滲槽回填粘土防滲，截滲槽開挖邊坡1：1.5，底寬不小于3m；圍堰設計頂寬5m，坡比1：2，迎水面、背水面回填開挖石渣，石渣與心墻之間填筑河床砂卵石。根據隧洞泄流能力與壩址處P=20%洪水過程線調洪演算得堰前最高水位為181.71m，對應下泄流量為41.48m3/s。圍堰擋水后堰前水深、吹程均較小，風浪爬高可忽略不計，堰頂高程取擋水水位加0.5m安全超高，為182.40m，最大堰高約7.7m。

5、施工度汛

根據施工進度安排，在第1年10月底截流，在進行完圍堰閉氣、基坑排水后，即著手進行基坑范圍內的壩基開挖。兩岸壩肩水上部分開挖可在截留前進行。大壩混凝土計劃于第1年12月開始澆筑，至第二年4月底，大壩非缺口壩段澆筑至189m高程，缺口壩段上升至缺口高程185m。混凝土澆筑施工時間月5個月，月上升高度4.6m，混凝土澆筑方量3.9萬m3，月高峰強度1萬m3。第2年5月～10月為汛期，壩體缺口度汛。堰河水庫壩型為混凝土重力壩，臨時度汛期間壩體攔洪庫容小于0.1億m3，根據《水利水電工程施工組織設計規范》，壩體施工期臨時度汛洪水標準選擇為10年一遇，設計流量為198m3/s。汛期由大壩臨時斷面擋水，導流隧洞和大壩缺口聯合過流，缺口壩段停止施工，其他壩段繼續澆筑上升。缺口壩段寬20m，預留缺口高程185m，經調洪演算，汛期壩前最高水位為187.83m，導流隧洞最大下泄流量為59m3/s，大壩缺口下泄流量136m3/s。為防止高速水流對壩腳的沖刷破壞，汛前完成壩腳回填和下游鋼筋混凝土護坦澆筑。汛后完成缺口壩段澆筑。

6、結語

通過對堰河水庫壩址處水文、地形、地質條件分析，結合主體工程布置情況和施工工期安排，采用了技術可靠、經濟合理的施工導流和度汛方案，為大壩施工安全、施工進度提供了保障。

參考文獻：

[1]SL252-2017水利水電工程等級劃分及洪水標準[S]。

[2] SL303-2017水利水電工程施工組織設計規范[S]。

[3]SL623-2013水利水電工程施工導流設計規范[S]。

[4] 水利水電工程施工手冊（第5卷：施工導截流與度汛工程）[M]，中國電力出版社，2005。

作者簡介：周進（1987-），男，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。