浅谈黄地台水库导流输水洞的方案比选

雷 蕾

（陕西水环境工程勘测设计研究院 陕西 西安 710018）

1 工程概况及工程选址

1.1 工程概况

黄地台水库位于志丹县城西北约21km处的黄沟沟口，距顺宁镇2.0km，以拦沙、供水为主，兼有防洪等综合效益的Ⅳ等小（1）型工程，总库容879.1万m3，死库容500万m3，兴利库容150万m3，滞洪库容229.1万m3。枢纽工程由大坝、溢洪道、导流输水洞及输水建筑物三部分组成，相应主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。水库枢纽工程的防洪标准按50年一遇设计，500年一遇校核，相应的洪峰流量分别为473m3/s和741m3/s。

1.2 工程选址

结合黄沟的地貌、地形及地质条件，初选上、下两坝址。上坝址距黄沟沟口约3.0km，坝址以上流域面积25.2km2；下坝址距黄地台沟沟口约0.7km，坝址以上流域面积31.0km2。

2 水文地质情况

2.1 水文

黄地台沟又名黄沟，系周河右岸一级支流，流域面积31.6km2，河道长13.7km，河道平均比降13.8‰。在输沙量计算的过程中，在考虑了上世纪六十年代的大水大沙时段的同时，又考虑了近期的枯水枯沙时段。经统计分析，该河流大洪水一般发生在7月～9月，洪水陡涨陡落，峰型略瘦，一次洪水过程一般在24小时左右。经计算，黄地台水库上、下坝址处的径流、泥沙及设计洪水如表1所示。

2.2 地质

上坝址坝区河谷呈“V”型，阶地堆积物二元结构清晰，上部黄土，下部砂砾石层。坝区两岸冲沟发育，地形破碎，冲沟深10.0 m～30.0 m，沟底局部基岩裸露，有少量崩坡积堆积。坝区地质构造简单，没有发现断层、褶皱，岩层产状平缓，倾向N W，倾角2°～3°。

下坝址坝区河谷呈不对称“U型”，阶地堆积物二元结构清晰，上部堆积层有粉土、黄土，下部以砂砾石为主。坝区河谷两岸冲沟较多，地形破碎，多呈“V”型，坝区地质构造简单，岩层产状平缓，岩层走向N 10°～70°，倾向NW倾角2°～3°，没有发现断层，但层面裂隙发育。

表1 黄地台水库上、下坝址处水文情况统计表

表2 上下坝址导流输水洞主要工程量对比表

3 洞线方案比选

根据《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）洞线布置原则，水工隧洞应综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素，通过技术经济比较选定。本次洞线的选择结合上、下坝址两条坝线，共选择3条洞线方案，分别为：上坝址左岸、右岸及下坝址右岸。

3.1 上坝址左、右洞线方案比选

该水工隧洞首先需要满足施工导流时的要求，底板高程的选择既要满足施工期导流的要求，同时又要满足导流洞的施工要求，经综合分析，上坝址导流洞进口高程选定为1325.0 m即可满足要求。上坝址左岸、右岸两条洞线孰优孰劣，就需要进行洞线方案比选后确定。

从洞线平面布置来看，依据规范要求，隧洞的平面布置应力求直线，以期达到洞线最短、工程量最小，对洞内水流条件最有利的最优目标。结合黄地台水库的实际地形地貌条件，导流洞无法进行直线布置：右岸洞线存在两处转弯，左岸洞线存在一处转弯。因此在平面布置方面，右岸洞线更优。

从洞线纵向布置情况来看，右岸洞线纵向剖面分别为黄土、砂岩，基岩顶板线高程在1350 m左右，强风化下限在1338m处，洞身段全段置于基岩内，85%以上洞段置于弱～微风化砂岩（Ⅲ类围岩）中，围岩条件良好。左岸洞线纵向剖面分别为黄土、砂砾石和砂岩，其中砂砾石层位于1322 m～1331 m之间，洞身全段会从砂砾石层中穿过。这层砂砾石层为强透水层，将会使隧洞的成洞及防渗处理存在严重的问题。因此，在洞线的纵向布置方面，右岸洞线更优。

综上所述，上坝址的左岸、右岸导流洞洞线方案进行比选后，舍弃左岸洞线方案，选择右岸洞线方案。

表3 导流输水洞无压与有压型式比较表

3.2 上、下坝址洞线方案比选

由于本次枢纽布置涉及到上、下两个初拟坝址，因此需要对上、下坝址导流输水洞的洞线方案做出比选，以便对坝址的比选提供一定的依据。由前述可知，此次上、下坝址的洞线方案比选为上坝址右岸洞线方案及下坝址右岸洞线方案。

从地质剖面情况分析，上、下坝址的右岸洞线方案均具有成洞条件，但从进出口高程的衔接分析，下坝址导流洞洞线出洞相对较早，需要一段比较长的出水渠将来水导出，这段明挖会在一定程度上增大开挖的工程量及产生开挖高边坡的风险。

从施工角度分析，该导流洞需要有施工期度汛功能。通过对上、下坝址导流洞度汛的水力计算，上坝址导流洞横断面3.0 m×4.5 m，洞长619.57 m；下坝址导流洞横断面2.5 m×3.5 m，洞长371.64 m；下坝址导流洞在这段洞挖量上略小于上坝址导流洞。

从与其他建筑物的关系分析，下坝址虽然在出水渠明挖方面不具有优势，但这段洞线与溢洪道尾水渠轴线靠近，出水渠的先期开挖会成为溢洪道尾水渠开挖的一部分，从而减少溢洪道的开挖量。上下坝址的导流洞主要工程量如表2所示。

综上所述，在上坝址右岸导流洞线和下坝址右岸导流洞线的方案比选中，综合考虑技术和经济两方面，首推下坝址右岸洞线方案。

4 下坝址右岸导流输水洞型式比选

针对首推的下坝址右岸洞线方案，导流输水洞的型式选择有两种方案：①无压洞方案，②有压洞方案。本次设计对两种方案的工程量及运行方式的优缺点等综合比选，具体见表3导流输水洞无压与有压型式比较表。

因此，经过各方面的方案比选，单从导流输水建筑物这个单项工程出发，首推下坝址右岸无压洞方案。其后，有关导流输水洞各项分析计算和设计完善，都将会以此方案为基础和出发点。

5 结语

本文通过对黄地台水库导流输水洞地质、施工、与沿线建筑物的关系等方面的分析，依据水力学、工程量的计算和投资的估算，经过方案比选得出以下结论：①针对黄地台水库的具体条件，上下坝址初拟的导流输水洞洞线方案的优略性依次排序为：下坝址右岸洞线>上坝址右岸洞线>上坝址左岸洞线；②黄地台导流洞采取导流与输水、放空相结合的永临结合方案，通过对导流输水洞型式、主要工程量及优缺点的方案比选，最终确定该水工隧洞的布置方案。该方案已在黄地台工程设计中得到应用。③同时我们应该认识到，水工隧洞作为枢纽中的一项单项工程，多角度多因素的方案比选在确定其自身的布置方案的同时，也能够为坝址比选，枢纽布置提供重要依据。整个枢纽方案的最终确定，是所有建筑物联动分析的结果，各单项建筑物的方案比选过程既独立又统一，以发挥最大的优势为最佳。