手把巖水庫施工導流規劃與導流建筑物設計

董澤剛

摘 要：針對手把巖水庫壩址區河谷狹窄、暴雨集中時洪峰流量大和施工導流構建物布置緊張等問題，結合工程水文地質、設計洪水成果和度汛標準等條件，本文設計優選圍堰一次攔斷河床、左岸隧洞過流的導流方式。優選的施工導流方案與工程實際具有較好的匹配性，保障了工程施工導流度汛的安全。

關鍵詞：施工導流;導流隧洞;安全度汛;手把巖水庫

中圖分類號：TV551.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0042-03

Construction Diversion Schedule and Diversion Building Structure Design for Shoubayan Reservoir

DONG Zegang

（Guizhou Xinzhongshui Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： Aiming at the problems of narrow river valley in dam site area of shoubayan reservoir， large peak flow when rainstorm was concentrated and tight layout of construction diversion structures， combined with engineering hydrogeology， design flood results and flood control standards， this paper designed and optimized the diversion mode of cofferdam once blocking river bed and left bank tunnel flow. The optimized construction diversion scheme has a good match with the engineering practice， which ensures the safety of flood diversion .

Keywords： construction diversion;diversion tunnel;safety flood prevention;Shoubayan reservoir

手把巖水庫位于百里杜鵑風景名勝區大水鄉后壩村巖腳處，所屬河流為長江流域烏江水系左岸三級支流米底河上游孫家溝河段，一級支流為野濟河，二級支流為渭河。水庫最大壩高49.0 m，校核洪水位為1 573.57 m（洪水頻率P=0.5%），正常蓄水位為1 572.00 m，死水位為1 547.00 m;總庫容為492.00萬m3，死水庫容為34.5萬m3，興利庫容為409.1萬m3。手把巖水庫所在流域屬山區雨源型河流，洪水由暴雨形成，洪水特性受暴雨影響較大。本文結合工程水文地質等條件，對初步設計中施工導流、施工工序、導流建筑物結構等關鍵內容進行了詳細論證分析，探究了與工程實際相匹配的施工組織方案[1-2]，確保安全可靠、高效優質地進行大壩施工建設。

1 工程水文地質條件

1.1 地形地質條件

壩區河床寬2～9 m，河谷為基本對稱“V”形谷，河流整體流向S57°E，河床高程1 523～1 538 m，平均比降2.8%。設計正常蓄水位為1 572 m時，谷口寬162 m，自然寬高比為3.52∶1。兩岸山頂高程1 717～1 749 m，相對高差190～230 m，左岸高程1 625 m以下地形坡度25°～35°，高程1 625 m以上地形坡度40°～65°，局部陡傾;右岸高程1 620 m以下地形坡度15°～35°，高程1 620 m以上地形坡度40°～55°，局部陡傾。岸坡有淺切沖溝發育，其中2#支溝長度460 m，切割深70 m，位于大壩右岸上游160 m。岸坡多為殘坡積物覆蓋，山頂陡坡地帶基巖多裸露。大壩下游140 m處有跌坎發育，高5～6 m，跌坎下有水潭，深1～2 m。

大壩區主要出露的地層為寒武系上中統婁山關群第一段（∈2-3ls1）、第二段（∈2-3ls2）和第四系（Q）覆蓋層。由老至新分述如下：婁山關群第一段（∈2-3ls1），深灰至淺灰色薄至中厚層白云巖，底部為泥質白云巖，厚200 m，分布于高程1 683 m以下;婁山關群第二段（∈2-3ls2），深灰至淺灰色中厚、厚層白云巖，厚66 m，分布于高程1 683 m以上;第四系（Q），主要為殘坡積黏土夾碎石和沖洪積砂卵礫石層，厚0～7 m，多分布于溝谷、岸坡、山地、坡麓等處。大壩下游400～500 m處有一小型平移斷層f1分布，長2.7 km，斷距3～5 m，斷層走向北東方向162°，傾向北東，傾角60°，斷層兩盤地層為婁山關群第一段（∈2-3ls1）深灰至淺灰色薄至中厚層白云巖和婁山關群第二段（∈2-3ls2）深灰至淺灰色中厚、厚層白云巖。斷層距大壩較遠，對壩區無影響。

1.2 水文氣象條件

手把巖水庫集水面積由閉流區和明流區組成，閉流區集水面積為11.6 km2，明流區集水面積為5.5 km2，主河道長4.34 km，主河道坡降28.72‰。水庫壩軸線以上流域集水面積合計為17.1 km2。流域內降水主要集中在5—10月，占全年降水量的81%;枯水期為11月至次年4月，降水量占全年降水量的19%。該流域屬山區雨源型河流，洪水由暴雨形成，洪水特性受暴雨影響較大，暴雨集中時，所形成的洪峰流量較大，洪水過程線為“尖瘦型”，暴雨集中程度小的洪水一般為“矮胖型”。

水庫所屬流域屬亞熱帶季風氣候區，主要氣候特點是氣候溫和，四季分明，雨量充沛，冬長夏短，晝夜溫差大，干濕季節明顯，日照時數少。多年平均蒸發量為1 166.2 mm。年平均氣溫13.9 ℃，最冷月為1月，平均氣溫3.5 ℃，極端最低氣溫-10.4 ℃（1977年2月9日）;最熱月為7月，平均氣溫23.1 ℃，極端最高氣溫32.4 ℃（1958年4月23日）。年均日照時數1 284.7 h，占可照時數的29%，以夏季為多，冬季為少。年均大風日數2 d，多年平均風速1.6 m/s，全年以東北風居多，多年平均最大風速12.9 m/s（南風）。年平均相對濕度82%。全年平均霧日數16.4 d，降雪日數13.7 d，霜日數12.6 d，平均無霜期271.3 d。多年平均降水量962.3 mm，豐水期（5—10月）平均降水量779.6 mm，占全年降水量的81.0%，枯水期（11月至次年4月）平均降水量182.7 mm，占全年降水量的19.0%。

2 施工導流規劃

2.1 導流標準及導流流量

手把巖水庫為Ⅳ等?。?）型水庫。根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303—2017）的相關指標要求[3-4]，當采用土石圍堰時，導流標準采用枯期5年一遇（P=20%）洪水標準。壩軸線天然設計洪水成果如表1所示。

手把巖水庫攔河壩總庫容為492.00萬m3，小于0.1億m3，度汛洪水標準按10年一遇全年洪水設計。從表1可知，相應洪峰流量為Q10%=60.1 m3/s。

2.2 導流方式與導流程序

手把巖水庫擋水建筑為高填充自密實混凝土砌石重力壩，河谷呈基本對稱“V”形谷，大壩壩體處谷狹窄，河床覆蓋層厚3～4 m。如采用分期導流方式，則施工程序復雜，需要多次填筑圍堰、帷幕灌漿，不利于充分發揮高填充自密實混凝土砌石重力壩通倉澆筑的施工優勢，在一定程度上限制了壩體快速施工能力;壩基開挖至1 526 m高程，開挖深度達10 m，且作為關鍵線路工程之一的壩基開挖工程量較大（4.43萬m3），一汛前壩體也需要澆筑到河床高程以上（低于河床高程，度汛時混凝土工作面會淤積大量泥砂、碎石等，清理工作量大），一汛前所需完成的工作項目多、工程量大。因此，手把巖水庫不宜采用分期導流方式。根據壩區地形條件，大壩附近河床較順直，無明顯的凸岸，故導流洞布置在左、右岸均可，隧洞長度差異較小。大壩右岸上游有寬緩臺地分布，若導流洞布置在右岸，導流隧洞需要設置長130 m的進口明渠，而導流洞布置在左岸，設置的進口明渠長16.13 m。因此，導流隧洞選擇布置于左岸山體內。綜合考慮后，手把巖水庫采用圍堰一次攔斷河床、導流隧洞過流的導流方式[5]。手把巖水庫壩區施工導流程序如表2所示。

3 導流建筑物結構設計

3.1 左岸導流隧洞設計

手把巖水庫導流隧洞布置在河床左岸，導流隧洞長210.10 m，進口底板高程1 537.00 m，出口高程1 533.00 m，導流隧洞底坡1.90%，進口明渠長27.40 m（含閘門井段），出口明渠長28.38 m，進口設鋼閘門。為滿足隧洞枯期過流、度汛等要求，導流洞設計在枯期及汛期均按有壓流計算過流能力。導流隧洞斷面選擇城門洞型，襯砌后斷面尺寸為2.0 m×2.2 m（寬×高），凈斷面面積4.05 m2，頂拱中心角123.86°，頂拱半徑1.13 m。枯期由上、下游圍堰擋水，當遭遇枯期設計洪水（Q20%=21.8 m3/s）時，上游圍堰的上游側水位為1 540.30 m。導流洞開挖后立即進行噴錨一次支護，Ⅲ～Ⅳ類圍巖一次支護掛網噴混凝土10 cm，設錨桿直徑為25 mm，長度（L）=2.25 m，每排5根，排距2.0 m，對應開挖斷面為3.0 m×3.1 m;Ⅴ類及不良地質段一次支護采用間距為1.0 m的14#鋼拱架支護并掛網噴混凝土，設錨桿直徑為25 mm，長度（L）=2.25 m，每排5根，排距1.0 m，對應開挖斷面為3.2 m×3.2 m。

3.2 圍堰設計

3.2.1 上游圍堰。枯期5年一遇洪峰流量Q20%=21.8 m3/s通過導流洞下泄時，對應上游雍高水位1 540.30 m，考慮波浪爬高及安全超高后，上游圍堰頂部高程定為1 541.00 m，采用不過水土石圍堰，頂寬4 m，堰頂長度64.90 m，最大堰高7.5 m，迎水面坡度1∶2，背水面坡度1∶2.5，圍堰采用黏土心墻防滲，基礎采用帷幕灌漿處理，帷幕孔深入至弱風化巖層。

3.2.2 下游圍堰。根據導流洞出口處水位—流量關系曲線，枯期（11月至次年4月）5年一遇洪峰流量Q20%=21.8 m3/s通過導流洞下泄時，對應導流洞出口河床水位為1 533.56 m，考慮波浪爬高及安全超高后，下游圍堰頂部高程定為1 534.50 m，采用不過水土石圍堰，頂寬3 m，堰頂長23.53 m，最大堰高2.5 m，迎水面坡度1∶1.75，背水面坡底1∶1.5，圍堰采用黏土心墻防滲，基礎采用帷幕灌漿處理，帷幕孔深入至弱風化巖層。

3.3 施工度汛

手把巖水庫施工度汛采用導流隧洞有壓流+壩體缺口聯合過流，壩體缺口底部高程1 539.00 m。經調洪演算，遭遇度汛洪水（Q10%=60.1 m3/s），H=1.22 m時（壩前水位為1 540.22m），攔蓄最大庫容2.56萬m3，最大下泄流量為59.5 m3/s，其中導流隧洞、大壩預留缺口過流流量分別為Q流洞 =21.39 m3/s、Q大缺口 =37.61 m3/s。根據施工進度計劃安排，在主河床截流后第一個汛期來臨之前大壩缺口兩側混凝土可澆筑至1 541.50 m高程，高于壩前水位1 540.22 m，滿足安全度汛要求。

4 結語

手把巖水庫壩址處河谷狹窄，河床覆蓋層厚3～4 m，河道比降大（平均2.8%），洪水陡漲陡落，暴雨集中時洪峰流量大。初步設計階段，通過施工導流、施工度汛等方案科學地比選和論證，優選與工程特性相匹配的“圍堰一次攔斷河床、左岸導流隧洞過流”導流方案和導流建筑物結構體型，為工程高效優質的施工建設提供了重要的技術保障。

參考文獻：

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