干河子坝船闸工程施工导流方案研究

曹洪凯，朱映光，董芮民

（1.沈阳市浑北灌区管理处，辽宁 沈阳 110035；2.沈阳市水利局，辽宁 沈阳 110032)

1 工程规模

干河子拦河坝位于沈阳市东陵大桥以上约3 km处浑河左叉上，为实用堰型溢流式混凝土壳坝，坝壳厚0.50 m，内部充填砂砾料。船闸址位于溢流坝岸南侧翼墙与汪家乡干河子村之间约58.0 m宽、220.0 m长的狭长地带。船闸主体结构主要包括上游引航道、上闸首、闸室、下闸首和下游引航道五部分。沈阳市浑北灌区管理处作为建设单位，工程于2009年2月开工建设，当年7月竣工，试水通航。

干河子坝船闸工程按洪水重现期50年一遇标准设计、100年一遇标准校核。上、下闸首各设2扇、共计60 t的人字平板钢闸门，配套10 t，20 t液压启闭机各2套，设置船闸自动控制及计算机监控系统。设计通航吨位为147 kW力船只。

工程须征用土地1.569 6 hm2，作为船闸工程的永久占地；移植各种树木10 812棵；动迁地下输水管道435延长米。

2 施工期设计洪水

按照6月15日前完成船闸主体工程建设的要求，施工期洪水按汛前6月15日考虑。船闸汛前洪水主要是大伙房水库放流加大伙房至船闸的区间径流水形成，并且船闸到沈阳水文站之间没有较大支流汇入，这一区间面积很小，所以施工期设计洪水成果仍由沈阳水文站实测流量资料推求。采用沈阳站资料的年限从1958—2006年，共计49年。施工期洪峰按期内实测流量最大值法选样，采用矩法计算沈阳站施工期洪水特征值，见表1。

3 导流方案的选择比较

船闸工程主要建筑物等级为3级，围堰及导流建筑物等级为5级，相应的设计洪水频率为10年一遇防洪标准。施工期为3月1日至6月15日，最大洪峰流量为337 m3/s。

表1 干河子船闸汛前施工期设计洪水成果表 m3/s

3.1 导流条件

与干河子拦河坝位于同一主河道、同一断面上的枢纽工程有浑北拦河坝，以及浑北拦河坝北侧的冲砂闸、进水闸。浑北拦河坝长290 m，冲砂闸、进水闸位于浑河右岸。冲砂闸闸孔尺寸为6孔×宽3 m×高2 m，按照50年一遇标准设计，100年一遇标准校核，设计与校核流量为232，518 m3/s；进水闸设计流量为48 m3/s，闸孔尺寸为6孔×宽2 m×高2 m。

3.2 方案一：两坝两闸导流方式

根据施工需要，结合现有工程条件，利用浑北坝冲砂闸和浑北灌区进水闸，进行导流。当水位超过浑北坝顶高程52.60 m时，浑北坝、干河子坝局部坝段坝顶溢流，同冲砂闸、进水闸共同承担导流任务。干河子坝设计导流坝段长270 m，在干河子坝左侧90 m坝段上、下游布置围堰挡水。泄流能力验算如下∶

1）冲砂闸、进水闸按闸孔出流计算其泄流能力：

式中：Q—过闸流量，m3/s；σs—淹没系数，取 0.86；μ—自由出流的流量系数，取0.56；e—闸门开启高度；n—孔数，取6；b—每孔净宽，分别取3，2 m；ε—垂直收缩系数，ε＝0.965；H0—计入行进流速的闸前水头。

2）浑北坝溢流坝段长290 m，按堰流公式计算泄流能力：

式中：Q—过坝流量，m3/s；ε—淹流侧收缩系数，ε＝1.0；B—泄流坝宽，290 m；m—流量系数，m＝0.4；h0—计入行进流速的堰顶水头。

3）干河子坝导流坝段长度270 m。按堰流公式计算泄流能力：

经计算，当坝上水位达到52.90 m时，4座闸坝联合泄流的总泄量为Q＝344 m3/s＞337 m3/s，满足导流要求。

3.3 方案二：一坝两闸导流方式

利用浑北坝冲砂闸和浑北灌区进水闸进行导流，当水位超过浑北坝顶高程52.60 m时，浑北坝溢流，同冲砂闸、进水闸共同承担导流任务。经计算，当坝上水位达到53.20m时，3座闸坝联合泄流的总泄量为Q＝445 m3/s＞337 m3/s，满足导流要求。

3.4 围堰工程设计比较

1）依据施工期设计洪水成果，上游最大来水量Q＝337 m3/s，按2种导流方式计算，得坝前水位分别为52.90，53.20 m。考虑安全超高及波浪爬高，确定上游围堰顶高程为53.90，54.20 m。

2）本工程施工期内下游王家湾橡胶坝蓄水，新改造的王家湾坝顶高程45.50 m，考虑坝顶溢流、安全超高及波浪爬高，下游围堰顶高程确定为46.50 m。

3）根据本工程特点，按投资经济、取材方便的原则，围堰型式采用斜坡铺设土工膜防渗的砂砾石围堰，土工膜采用两布一膜。考虑施工交通等需要，上游围堰顶宽7 m，内外边坡1∶2.0，2种方案总长度分别为284，382 m；下游围堰顶宽5 m，边坡1∶2.0，2种方案总长度分别为275，365 m。上、下游围堰土方工程量分别为32 454，51 773 m3。

4 结论和措施

1）干河子拦河坝原施工质量一般，在2种方案均满足施工导流的条件下，一坝两闸的方案有利于保护干河子拦河坝的安全运行。但是，受资金限制，方案一中围堰土方填筑量32 454 m3比方案二减少19 319 m3，土工膜铺设相应减少2 515 m2。按技术可行，经济合理的原则，选用两坝两闸导流方式。

2）由于干河子坝3/4坝段过流，再加上13 m深度的基坑开挖和施工井点排水，易引起地基回弹、船闸轴线两侧100 m范围内的地基沉降，以及船闸建造过程中又会引起再压缩沉降，最终导致干河子坝沉降破坏。因此，为确保干河子坝安全，施工期间，在其左岸90 m坝段围堰范围内布设40个观测点、7个观测断面，实施船闸工程二等水准沉降观测，评估对坝体和民房的沉降影响，为判断是否需要对原建筑进行修缮、抢险提供依据。目前，船闸工程经过近一年的运行，运行效果良好。