头屯河水库除险加固工程施工导截流设计

马 军

（新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆 昌吉831100）

1 工程概况

头屯河水库是一座以灌溉为主，结合城镇生活供水、工业用水、防洪等综合利用的中型拦河水库。水库总库容2030万m3，最大坝高51m，正常蓄水位989.60m。由大坝、溢洪道、放水涵洞、泄水隧洞及下游分水枢纽5大部分组成，工程等级为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。

2 施工导流自然条件

2.1 气象、水文条件

头屯河流域位于西北寒冷地区，属大陆性气候。全年平均气温6.8 ℃，年降水量192.3mm，最大积雪深度为39mm。11月下旬至次年3月上旬有110d日平均气温都在－3 ℃以下；1月气温最低，月平均－17.5 ℃，极端最低气温－38 ℃；7月气温最高，月平均24.6 ℃，极端最高气温41 ℃。水库坝址处降水在年内分配不均匀，4—6月降水占全年的40%，7—10月降水占36.4%，多年平均降水天数为78d；全年多风，风向以西北和东南风居多，4—8月多大风，多年平均最大风速20m/s。

头屯河多年平均流量10.83m3/s，多年平均径流量2.44亿m3。径流年内分布不均，汛期（6—7月）平均1.60亿m3，水量占全年的65.57%。年均入库悬移质沙量为118.66万t，汛期平均为104.43万t；年均推移质沙量为14.24万t。

2.2 地形地质条件

头屯河水库坝址位于头屯河出口处，围堰位于放水涵洞进口上游106m处，围堰段河谷呈V字型，河谷走向近南北走向。两岸山体较陡峻，河流纵坡12%。谷底高程950m左右，两岸山顶高程1100～1200m，现代河床宽50～90m，平水期河水面高程950m，水面宽度10～50m，水深0.5～2m。河床中漂卵砾石层厚2m，结构松散。河床右岸为Ⅲ级阶地，宽度约230m。坝址区发育Ⅰ～Ⅲ级阶地。

坝址区左右岸坝肩主要出露底层为朱罗系上统头屯河组（J3t），岩性为灰绿色砂岩、泥质粉砂岩与泥岩互层夹红褐色泥岩。砂岩较为坚硬，岩体较为完整，泥岩较为松软，在山坡上分化为沟槽地形。

3 施工导流设计

3.1 导流标准

头屯河水库枢纽工程工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。根据SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，导流临时建筑物级别为5级，相应的土石类导流建筑物设计洪水标准为重现期5～10a。考虑到本工程进度安排紧张，且导流建筑物失事后对本工程工期影响较大，因此选择10a一遇作为导流建筑物设计标准，相应的设计流量为Q＝21.7m3/s。经过对导流时段9月至次年5月与9月至次年4月计算比较，选择9月至次年4月作为本工程导流时段。

3.2 导流方式

结合水库永久建筑物布置，根据工期分析，安排泄水隧洞先施工，期间水库不蓄水，利用放水涵洞泄流，放水涵洞进口位置低（放水涵洞底高程949.20m，比泄水隧洞底高程961.00m低12.2m）、泄水能力强（最大泄量达120m3/s），非汛期来水达不到泄水隧洞进口高程，隧洞施工不受影响，不需要修筑围堰，只需备防洪编织袋以防大于120m3/s的洪水。为保证放水涵洞洞内加固，高塔架、进口渐变段、坝前底部拆除新建等工程干地施工，在2009年汛期结束前，将泄水隧洞和泄水隧洞引渠除险加固完成到能够正常过流。

经全面比较后拟定为汛期过后，在距放水涵洞进口上游106m，泄水隧洞引渠进口处修建围堰，将大河来水由围堰拦截，通过泄水隧洞引渠进入隧洞导向下游，见图1。

图1 坝前围堰和泄水隧洞导流工程图

4 导流建筑物

4.1 泄水隧洞

泄水隧洞进口引渠为梯形断面，引渠全长123m，断面形式为梯形，渠底为水平，底高程为961.00m，最大底宽7.42m，最小底宽7.05m，边坡1∶0.676～1∶1.75，末端通过渐变段与隧洞进口连接。隧洞全长605m，最大泄量为58m3/s，洞身为圆型，直径2.5m，隧洞进、出口底高程分别为961.00，947.00m。

4.2 围堰

围堰为土石围堰，经优化修改后，上游坡比为1∶2.0，下游坡比为1∶2.5，挡水位为966.50m，堰顶高程967.50m，最大堰高16.5m，堰顶轴线长148.5m，堰顶宽7m。堰体结构采用坝前粘土斜墙、土工膜双防，围堰主体以戈壁料填筑坝，堰前坡脚处基础防渗采用粘土填筑截水槽和上游铺筑水平防渗铺盖相结合，截水槽底部铺设土工膜延伸至整个堰前坡面和堰体左右岸两侧（两侧通过结合槽埋设土工膜），形成基础和堰体及左右两岸的防渗整体。戗口处设20m宽的水平铺盖，长50m，厚1m。为防止水流对堰体的直接冲刷，围堰上游坡采用袋装戈壁料进行防护，见图2。

图2 修改后围堰剖面图

5 截流设计

5.1 截流时段和截流标准

综合分析头屯河气象、水文、施工条件、施工进度安排和截流后的工作量等因素，选择汛后退水期进行截流。截流时间选择在施工期次年9月上旬，采用10a一遇月平均流量作为截流标准，截流流量Q＝6.8m3/s。

5.2 截流方式

根据选定的截流时间和截流流量，采用立堵方式进行截流，截流戗堤左右岸进行备料，右岸施工道路布置条件较好，抛投备料主要集中在右岸，龙口合龙自右岸向左岸进占，左岸抛投料辅助闭气。戗体顶宽8m，上游边坡为1∶2.0，下游边坡为1∶2.5，戗体顶高程为957.00m。截流填筑料为石方爆破料、戈壁料、粘土，截流堤与围堰堰体结合。截流材料按照龙口计算工程量的120%～130%备料，其中：爆破石方2400m3，戈壁料1200m3，闭气土料1500m3。

龙口合龙时，放下水库放水涵洞工作闸使水位雍高，龙口前后水位平衡（减小流速，降低闭气施工难度），快速用爆破石料和戈壁料填筑合龙，抛投粘土进行闭气，闭气后填筑至960.00m高程，坡前回填粘土，粘土填筑完毕后缓慢提起水库放水涵洞工作闸，泄空围堰后库存水，再次进行堰前回填粘土，减少渗水。截流后，对堰体填筑至967.50m设计高程。

6 结语

施工导、截流是头屯河水库除险加固工程的关键节点，本次设计立足于现有施工条件，因地制宜，因时制宜，在确保围堰安全情况下，进行优化。围堰工程于2009年8月18日开工，9月18日实现截流，大河来水顺利通过泄水隧洞实现导流，围堰运行安全，堰后渗流较少。实践证明，本次施工导、截流设计的实施，减少了施工难度，缩短了施工工期，降低了投资，从而保证了后续工程的施工。

［1］DL/T5397—2007，水电工程施工组织设计规范［S］.

［2］SL303—2004，水利水电工程施工组织设计规范［S］.