达响水库工程施工导流设计

2012-11-25张文友

水科学与工程技术 2012年1期

张文友

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 工程概况

达响水库坝址位于南宁市北约86km的剑江上，坝址距武鸣县城46km。达响水库为堆石混凝土重力坝，坝顶长度248m，最大坝高76.7m，坝顶宽7～15m，坝体上游边坡垂直，下游边坡1∶0.75。枢纽工程包括溢流坝段、非溢流坝段、底孔坝段、电站坝段、坝后式厂房等，其中溢流坝段、底孔坝段和电站坝段长度均为22m，非溢流坝段长182m。

主要工程量：堆石混凝土25.25万m3，常态混凝土10.07万m3，土石方开挖52.4万m3，土石方回填8.83万m3，金属结构223.5t。块石、粗骨料由料场加工获得；细骨料外购解决。

武鸣县年平均降雨量为1489mm，降雨量年内分配不均，全年降雨主要集中在4—9月，雨量为1176.2mm，占全年降雨量的79%，降雨量最小为12月份，降雨量为29.0mm。年平均气温21.7 ℃。常年最热期为7月至8月中旬，日平均气温26 ℃以上，最高达35 ℃以上。7、8月平均最高气温为33.0 ℃～33.2 ℃，极端最高气温变动在34.6 ℃～39.2 ℃之间。常年最冷月份为1月，平均气温12.8 ℃，平均最低气温9.7 ℃，极端最低气温年际变动在－0.8 ℃～7.7 ℃之间。

拦河坝横跨剑江河谷，河谷宽度约50m，覆盖层厚度钻探揭露深度最大为5.2m，岩性主要为卵石层，局部夹0.6m的粘土层。卵石层渗透系数250m/d，具强透水性。坝基下伏强风化岩体厚度1.7～5.8m，底面高程204.36～212.62m，厚度不均。

工程施工总工期42个月，其中工程准备期12个月，主体工程施工期27个月，工程完建期3个月。

2 导流标准及方式

根据水利部SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，永久建筑物为3级建筑物，导流建筑物为5级，土石围堰导流建筑物洪水标准为5～10a一遇。考虑围堰使用时间较短，失事后影响较小，采用5a一遇洪水标准。

坝址区施工洪水成果见表1。坝址处河谷狭窄，没有分期导流条件，因此采用全断面围堰隧洞导流方式，比较了5a一遇全年围堰及枯水期10a一遇洪水围堰，总导流的费用相当，因此采用全年5a一遇洪水标准，设计流量306m3/s。

表1 坝址区施工洪水成果单位：m3/s

3 导流建筑物设计

导流建筑物包括导流隧洞、上游围堰和下游围堰。

3.1 导流隧洞设计

3.1.1 导流隧洞布置及规模

根据地形及地质条件，导流隧洞布置在右岸侧，考虑枢纽总体布置要求，并使隧洞进出口水流顺畅，出口水流不冲刷下游围堰，洞线在平面上布置为曲线，弯道段的弯曲半径按不小于5倍洞宽确定。

导流洞采用无压洞，隧洞进口、出口底高程接近河床，出口段不布设消能设施，洞底纵坡为1/78.3。

根据围岩条件，断面型式采用便于开挖和衬砌的城门洞型，其规模由5a一遇洪水确定，导流流量为306m3/s，孔口断面高宽比为1，按明流状态导流洞导流时，进口水流为宽顶堰流，经比较不同规模隧洞和相应上游围堰的总费用，隧洞断面尺寸为7.8m×7.8m时总费用最小，因此确定隧洞断面尺寸为1孔7.8m×7.8m。方案比较见表2。

表2 不同隧洞断面及相应上游围堰导流费用比较

3.1.2 导流隧洞结构

导流洞由进口矩形槽段、洞身段和出口扩散段组成，全长296m，其中进口矩形槽段长2m，洞身段长274m，出口扩散段长20m。

为满足导流洞封堵要求，进口需设置闸门。闸室段布置在洞前，长2.0m，断面为矩形槽，槽底宽度同洞宽，为7.8m，槽深根据导流洞封堵时的水位确定为2.0m。

洞身断面直墙高度根据洞内计算水深确定，使洞内水面位于直墙范围内。经计算，洞身断面直墙高5.5m，拱高2.3m，顶拱半径4.46m，圆拱中心角为122.12°。

为减小洞出口的单宽流量，导流洞出口设置扩散段，扩散段长20m，扩散角为12°。

3.1.3 水力计算

导流洞洞前水位低于1.2倍洞高，设计导流流量情况下，洞前水深为9.24m。

3.1.4 围岩处理设计

导流洞穿越地层均为砂岩，进、出口各60m范围内发育高角度节理，节理切割岩层呈块状，洞顶容易发生塌方和掉块，属Ⅳ类围岩。其间154m洞身段围岩节理较发育，局部洞顶容易发生塌方和掉块，属Ⅲ类围岩。根据地质情况，隧洞运用条件和洞线布置，确定进口62.5m、出口60m采用全断面混凝土衬砌，衬砌厚度为80cm，其余洞段采用锚喷衬砌，喷混凝土厚10cm，锚杆直径准25，长3m，间距1.5m，呈梅花型布置。

3.1.5 导流洞封堵设计

大坝浇筑完毕后即可封堵导流洞。根据施工总进度，封堵时间安排在枯水期的11—12月，封堵期间河道来水由坝体永久底孔泄流，按封堵时段5a一遇洪水标准，设计流量19m3/s，导流洞洞前水深1.5m。

导流洞封堵采用混凝土闸门断流。封堵段设在进口段末端，位于混凝土衬砌段内，封堵段长度为10m。待浇筑块内部达到稳定温度后进行接缝灌浆，灌浆安排在气温最低季节进行。

3.2 围堰设计

3.2.1 围堰布置原则

（1）满足建筑物的开挖要求，使围堰长度尽量缩短。

（2）围堰迎水面坡脚距离导流隧洞进口或出口安全距离10～20m。

（3）利用现有的地形条件，尽量使围堰高度降低、长度缩短。

（4）选择地质条件好的地段布置，有利于减小地基处理工作量。

（5）围堰顶宽满足度汛抢险要求和场内施工交通要求。

3.2.2 上游围堰

根据导流设计流量306m3/s，洞前水深为9.24m，据此确定围堰上游水位为227.7m。

坝址附近卵砾石丰富，工程坝基开挖及永久交通开挖有大量弃渣，按就地取材原则，围堰采用梯形断面，为不过水堆石围堰，围堰上部采用土工膜防渗，考虑基础为砂卵石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.6m，防渗墙深入岩石1.0m。

上游围堰长度143m，围堰顶宽7m。上下游边坡1∶2.0，围堰上、下游均采用干砌石护坡，厚度0.4m，围堰上游水位为227.7m，考虑超高1m，堰顶高程为228.7m，堰高10.2m。

防渗墙施工平台高程按枯水期5a一遇洪水设计（70.8m3/s），相应上游水位为222.5m，超高1.5m，防渗墙施工平台高程为224.0m。

3.2.3 下游围堰

围堰采用梯形断面，为不过水堆石围堰，堰顶高程按河道水位流量关系确定，水位216.0m，超高1m，堰顶高程217m，堰高2.0m，堰长135m，围堰顶宽按防渗墙施工要求取13m。上下游边坡1∶2。考虑基础为砂砾石地层，渗透系数较大，施工排水较困难，因此基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.6m，防渗墙深入岩石1.0m。