董澤剛

摘 要：針對手把巖水庫壩址區(qū)河谷狹窄、暴雨集中時洪峰流量大和施工導(dǎo)流構(gòu)建物布置緊張等問題，結(jié)合工程水文地質(zhì)、設(shè)計洪水成果和度汛標(biāo)準(zhǔn)等條件，本文設(shè)計優(yōu)選圍堰一次攔斷河床、左岸隧洞過流的導(dǎo)流方式。優(yōu)選的施工導(dǎo)流方案與工程實(shí)際具有較好的匹配性，保障了工程施工導(dǎo)流度汛的安全。

關(guān)鍵詞：施工導(dǎo)流;導(dǎo)流隧洞;安全度汛;手把巖水庫

中圖分類號：TV551.1文獻(xiàn)標(biāo)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(fēng)景名勝區(qū)大水鄉(xiāng)后壩村巖腳處，所屬河流為長江流域?yàn)踅底蟀度壷Я髅椎缀由嫌螌O家溝河段，一級支流為野濟(jì)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?qū)偕絽^(qū)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(jié)合工程水文地質(zhì)等條件，對初步設(shè)計中施工導(dǎo)流、施工工序、導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)論證分析，探究了與工程實(shí)際相匹配的施工組織方案[1-2]，確保安全可靠、高效優(yōu)質(zhì)地進(jìn)行大壩施工建設(shè)。

1 工程水文地質(zhì)條件

1.1 地形地質(zhì)條件

壩區(qū)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(shè)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(fā)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(fā)育，高5～6 m，跌坎下有水潭，深1～2 m。

大壩區(qū)主要出露的地層為寒武系上中統(tǒng)婁山關(guān)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(guān)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(zhì)白云巖，厚200 m，分布于高程1 683 m以下;婁山關(guān)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(guān)群第一段（∈2-3ls1）深灰至淺灰色薄至中厚層白云巖和婁山關(guān)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(yuǎn)，對壩區(qū)無影響。

1.2 水文氣象條件

手把巖水庫集水面積由閉流區(qū)和明流區(qū)組成，閉流區(qū)集水面積為11.6 km2，明流區(qū)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(nèi)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?qū)偕絽^(qū)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?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)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(jié)明顯，日照時數(shù)少。多年平均蒸發(fā)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(shù)1 284.7 h，占可照時數(shù)的29%，以夏季為多，冬季為少。年均大風(fēng)日數(shù)2 d，多年平均風(fēng)速1.6 m/s，全年以東北風(fēng)居多，多年平均最大風(fēng)速12.9 m/s（南風(fēng)）。年平均相對濕度82%。全年平均霧日數(shù)16.4 d，降雪日數(shù)13.7 d，霜日數(shù)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(dǎo)流規(guī)劃

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流流量

手把巖水庫為Ⅳ等?。?）型水庫。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL 303—2017）的相關(guān)指標(biāo)要求[3-4]，當(dāng)采用土石圍堰時，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用枯期5年一遇（P=20%）洪水標(biāo)準(zhǔn)。壩軸線天然設(shè)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(biāo)準(zhǔn)按10年一遇全年洪水設(shè)計。從表1可知，相應(yīng)洪峰流量為Q10%=60.1 m3/s。

2.2 導(dǎo)流方式與導(dǎo)流程序

手把巖水庫擋水建筑為高填充自密實(shí)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(dǎo)流方式，則施工程序復(fù)雜，需要多次填筑圍堰、帷幕灌漿，不利于充分發(fā)揮高填充自密實(shí)混凝土砌石重力壩通倉澆筑的施工優(yōu)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(dá)10 m，且作為關(guān)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(xiàng)目多、工程量大。因此，手把巖水庫不宜采用分期導(dǎo)流方式。根據(jù)壩區(qū)地形條件，大壩附近河床較順直，無明顯的凸岸，故導(dǎo)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(dǎo)流洞布置在右岸，導(dǎo)流隧洞需要設(shè)置長130 m的進(jìn)口明渠，而導(dǎo)流洞布置在左岸，設(shè)置的進(jìn)口明渠長16.13 m。因此，導(dǎo)流隧洞選擇布置于左岸山體內(nèi)。綜合考慮后，手把巖水庫采用圍堰一次攔斷河床、導(dǎo)流隧洞過流的導(dǎo)流方式[5]。手把巖水庫壩區(qū)施工導(dǎo)流程序如表2所示。

3 導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 左岸導(dǎo)流隧洞設(shè)計

手把巖水庫導(dǎo)流隧洞布置在河床左岸，導(dǎo)流隧洞長210.10 m，進(jìn)口底板高程1 537.00 m，出口高程1 533.00 m，導(dǎo)流隧洞底坡1.90%，進(jìn)口明渠長27.40 m（含閘門井段），出口明渠長28.38 m，進(jìn)口設(shè)鋼閘門。為滿足隧洞枯期過流、度汛等要求，導(dǎo)流洞設(shè)計在枯期及汛期均按有壓流計算過流能力。導(dǎo)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?？萜谟缮稀⑾掠螄邠跛?，當(dāng)遭遇枯期設(shè)計洪水（Q20%=21.8 m3/s）時，上游圍堰的上游側(cè)水位為1 540.30 m。導(dǎo)流洞開挖后立即進(jìn)行噴錨一次支護(hù)，Ⅲ～Ⅳ類圍巖一次支護(hù)掛網(wǎng)噴混凝土10 cm，設(shè)錨桿直徑為25 mm，長度（L）=2.25 m，每排5根，排距2.0 m，對應(yīng)開挖斷面為3.0 m×3.1 m;Ⅴ類及不良地質(zhì)段一次支護(hù)采用間距為1.0 m的14#鋼拱架支護(hù)并掛網(wǎng)噴混凝土，設(shè)錨桿直徑為25 mm，長度（L）=2.25 m，每排5根，排距1.0 m，對應(yīng)開挖斷面為3.2 m×3.2 m。

3.2 圍堰設(shè)計

3.2.1 上游圍堰?？萜?年一遇洪峰流量Q20%=21.8 m3/s通過導(dǎo)流洞下泄時，對應(yīng)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(chǔ)采用帷幕灌漿處理，帷幕孔深入至弱風(fēng)化巖層。

3.2.2 下游圍堰。根據(jù)導(dǎo)流洞出口處水位—流量關(guān)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(dǎo)流洞下泄時，對應(yīng)導(dǎo)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(chǔ)采用帷幕灌漿處理，帷幕孔深入至弱風(fēng)化巖層。

3.3 施工度汛

手把巖水庫施工度汛采用導(dǎo)流隧洞有壓流+壩體缺口聯(lián)合過流，壩體缺口底部高程1 539.00 m。經(jīng)調(diào)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(dǎo)流隧洞、大壩預(yù)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(jù)施工進(jìn)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(cè)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(jié)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(shè)計階段，通過施工導(dǎo)流、施工度汛等方案科學(xué)地比選和論證，優(yōu)選與工程特性相匹配的“圍堰一次攔斷河床、左岸導(dǎo)流隧洞過流”導(dǎo)流方案和導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)體型，為工程高效優(yōu)質(zhì)的施工建設(shè)提供了重要的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]冷繼菊.雙河口水庫大壩施工組織設(shè)計[J].河南科技，2019（29）：91-92.

[2]程樹明.二甲溝水庫施工導(dǎo)流方案淺析[J].黑龍江水利科技，2016（1）：79-80.

[3]吳偵輝.大河水庫工程施工導(dǎo)流規(guī)劃與實(shí)踐[J].小水電，2017（3）：40-43.

[4]付小玲.水庫施工組織設(shè)計要點(diǎn)分析[J].科技展望，2016（35）：21-22.

[5]黃幫有.腳里水庫工程施工技術(shù)[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2014（5）：88-91.