浅谈南水北调中线陶岔渠首枢纽工程施工导流技术

杨 亮钱士广陈红维

一、工程概况

陶岔渠首枢纽工程是南水北调中线一期工程输水总干渠的引水渠首，顺水流方向包括上游引渠、引水闸及电站建筑枢纽、下游水闸消力池及电站尾水渠和两岸岸坡防护工程等部分。工程以引水为主，兼顾灌溉和引水发电。电站装机2台，总装机容量50MW。

坝顶高程176.6m，轴线长265m，共分15个坝段。其中1#～5#坝段为左岸非溢流坝，6#坝段为安装场坝段，7#～8#坝段为厂房坝段，9#～10#坝段为引水闸室段，11#～15#坝段为右岸非溢流坝。引水闸布置在渠道中部右侧，采用3孔闸，孔口尺寸7m×6.5m（宽×高）。闸室顺水流向长38m，闸底板厚3.0m，底板顶高程140m。工程于2010年3月22日正式开工。

二、原设计导流方案

陶岔渠首枢纽工程施工期间利用陶岔老闸拦挡丹江口水库库水，每年3~4月及7~9月为保证下游灌溉用水需要，位于灌溉水位152m以下工作面停止施工；当新建渠首枢纽全面浇筑至设计坝顶高程后，拆除老闸。施工组织设计拟定的导流方案为：施工期第一年进行基坑开挖，第二年3～4月、7～9月及第三年3～4月灌溉期间暂停混凝土浇筑，基坑过水引水灌溉，之后利用新建引水闸过水灌溉。施工单位原计划2011年2月底完成灌溉水位以下混凝土工程，2011年3月实现灌溉过水与施工两不误。

三、施工条件变化及影响

南水北调中线一期工程要求2014年通水，陶岔渠首枢纽工程建设工期本就紧张。施工初期，受陶岔电灌站复建交叉施工影响，2010年12月21日主体混凝土浇筑才开始，比计划推迟了2个月，春灌前大坝混凝土浇筑到灌溉水位以上的目标已无法实现。而国务院南水北调办明确要求2011年2月底前必须满足引水灌溉需要，确保2011年安全度汛。这样一来施工面临两个亟待解决的问题：一是2011年2月底前要具备引水灌溉条件；二是把耽误的工期抢回来，确保工程按期完工。显然，如仍采取原导流方案进行施工，基坑全部过水，可以满足春灌的需要，但工期将拖延。改变导流方案，实现过水灌溉并保证关键路线上的电站厂房坝段正常施工，是解决灌溉与进度矛盾的唯一途径。

四、导流方案选择

陶岔老闸于1974年建成，闸顶高程162m，老闸采用5孔泄水闸，枢纽工程施工期间老闸作为上游围堰仍发挥挡水作用。针对陶岔渠首枢纽工程具体情况提出如下两种过流方式:方案一采用主厂房过水，该方案优点是不必增设混凝土纵向围堰，可直接基坑充水导流，但该方案必将大大影响处于关键线路上的厂房主体结构施工工期，加之过水后基础清淤以及相关金属结构除锈，势必在质量和投资上付出巨大。方案二将老闸（5闸孔）—新引水闸边墩—厂闸导墙顺向连接，三者之间增设临时纵向混凝土围堰（挡水墙），厂闸导墙尾部修筑土石围堰将水通过右侧墙和右岸坡形成的通道引至下游现有引渠，形成明渠导流，达到导流目的。该方案在导流期间，处于工期关键线路上的电站厂房、安装场坝段土建、金结水机等施工能保证连续施工。

五、导流方案分析计算

1.标准

根据陶岔老闸历年数据统计，每年灌溉期陶岔老闸的下泄灌溉流量不超过50m3/s。

2.断面计算

本导流为明渠导流，已知流量Q=50m3/s，过流断面取矩形断面，最窄处在老闸出口处，底宽b=6m，边坡系数 m=0.3，渠道底坡 i=0.008，渠道粗糙系数n取0.033，根据谢才公式Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2计算水深 h。

因此，保证导流明渠宽度B不小于6m，明渠水位EL146m，考虑运行安全、防止水位漫过堰顶，围堰顶部高程确定为EL147m。

3.混凝土纵向围堰设计

根据过流断面确定了纵向围堰顶部高程为EL147m，底部高程约为EL140m，所以围堰高度约为7m（已考虑超高），初步设计混凝土围堰顶宽60cm，底宽250cm，迎水面为直立面，背水面坡比为1∶0.27，挡水墙底部为老闸下游底板混凝土，摩擦系数取0.65。

考虑到挡水墙的稳定性，对挡水墙倾覆稳定性Kt（Kt＞1.5安全）和滑动稳定性Ks（Ks＞1.3安全）两部分进行验算。

（1）水压力计算

取1m墙长为计算单元。

水压力作用点距墙趾距离hf=1/3h。

（2）挡水墙自重和重心距离墙趾的距离

将挡水墙分成一个三角形G1和一个矩形G2。

（3）抗倾覆稳定验算

（4）抗滑稳定性验算

4.土质围堰设计

为保证导流明渠贯通，拟在厂闸导墙下游修筑土质围堰顺接下游河道。

需修筑的纵向土质围堰底部高程与上游混凝土纵向围堰基本一致，设计围堰高度仍按7m考虑，堰顶高程为EL147m，堰顶宽3m。迎水面坡比为1∶2.5，背水面坡比为1∶2。

考虑到现场基础面狭窄，为保证土石围堰防渗、防冲刷，迎水面采用填筑1m厚石渣防冲，其后部填筑粘土防渗。

5.纵向围堰接头防渗设计

纵向围堰导流，各接头部位的防渗至关重要，为保证修筑的纵向混凝土围堰、土石围堰与相邻建筑物平顺连接、有效防渗，采取措施如下：

（1）引水闸上游纵向混凝土围堰与老闸闸墩接头处，以及纵向围堰与厂闸导墙之间均预埋两道遇水膨胀止水胶条。

（2）纵向混凝土围堰深20m处设一道伸缩缝，伸缩缝处设置两道D型橡胶止水带防渗，缝面贴1cm泡沫板。

（3）纵向混凝土围堰与老闸底板混凝土结合面，对老闸底板混凝土表面进行人工清理，表面做凿毛处理，并布置插筋。

（4）厂闸导墙与下游土质围堰接头，为保证土质围堰与混凝土有效连接，填筑围堰前，混凝土接触部位涂刷1∶2混合的泥浆，填筑时采取“粘土裹头”处理，即在填筑围堰时，在与混凝土接触段延伸填筑粘土，增加粘土与混凝土接触面，延长水流的渗径，尽可能减少渗水，并保证连接部位顺接，同样应用在厂闸导墙下游的纵向土质围堰。

六、综合评价

方案二导流工程结合了关键线路上永久工程施工，不增加总体工期，剩余纵向临时围堰工程只占用小部分工期，进度上不影响总体工期。如采用基坑过水进行导流，首先影响主厂房关键线路节点工期，过水后淤积物清理将更加耗时，共计直接制约关键线路直线工期约120d，对整个枢纽进度造成不可逆转的影响。

导流期间共计新增投资约249.7万元；如果采用基坑过水形式，则需多支出设备进出场费、排水清理费、人员窝工、赶工费等约420万元，且工程质量受到一定影响。

综上所述，临时导流方案二充分考虑了陶岔老闸和新建枢纽工程布置情况，在保证导流期的安全运行情况下，有效保证了总体施工进度和投资上的最大节约，建设单位最终决定按方案二实施临时导流。

七、运行情况

临时导流工程于2011年2月19日完成，2月20日启用。过水过程中，左岸大坝基坑没有出现渗水，临时导流明渠和永久建筑未出现安全稳定问题，同时左侧处于工期关键线路的电站厂房坝段正常施工，实现了施工灌溉两不误，有效保障了地方人民生产和枢纽工程建设总体目标■