桃源水库工程溢洪道型式比选

2015-03-15胡娟刘昊

湖南水利水电 2015年4期

关键词：溢洪道竖井隧洞

胡娟刘昊

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙市 410014）

1 概述

桃源水库工程坝址位于湘江四级支流崔江河（岘田河）泗州乡桃源村凹背河段（一级支流舂陵水、二级支流新田河、三级支流车溪河），距湖南省郴州市桂阳县县城约63km，是以灌溉为主，兼顾乡镇工业生活用水及农村人畜饮水等综合利用的Ⅲ等中型水利枢纽工程。

坝址以上控制集水面积43.2km2，多年平均流量0.851m3/s。该工程具有多年调节性能，其正常蓄水位 388.00m，校核洪水位为 389.55m，总库容1512万m3，设计灌溉面积0.69万hm2（10.34万亩）。

溢洪道是桃源水库的泄水建筑物，也是最重要的永久建筑物之一。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，溢洪道为3级建筑物，防洪标准按照50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，消能防冲标准为30年一遇。

2 地形地质条件

根据坝址区的地质地形条件，溢洪道布置于坝轴线左岸较为合适。左岸为近南北走向的条形山脊，山顶高程约550m，该山脊下游约40m处发育冲沟。地层岩性以寒武系中组第一小层细砂岩与千枚状板岩互层为主，据钻孔压水试验成果，左岸岩体透水率小于5Lu的相对不透水层顶板线埋深（38～49）m，强风化带下限埋深约（31～35）m，弱风化带下限埋深约（52～56）m。

3 方案初拟

由于本工程泄量较小，泥沙含量少，采用竖井式溢洪道与开敞式溢洪道进行比选。

经计算，采用2孔4m（宽）×5m（高）的开敞式溢洪道，与采用半径为9.5m的竖井式溢洪道泄洪，泄流能力基本相当。因此本阶段泄水建筑物采用半径为9.5m的竖井式溢洪道和2孔4m(宽）×5m（高）开敞式溢洪道进行比选。

4 型式比选

4.1 开敞式溢洪道方案

开敞式溢洪道主要由进水渠、控制段、泄槽和出口挑流鼻坎组成，详见图1。

溢洪道进水渠底板高程380.00m，控制段设2孔宽顶堰，堰顶高程383.00m，每孔堰宽4m。本工程如采用实用堰，进水渠开挖高程较低，堰体较高，混凝土工程量较大；考虑到下泄流量较小，且宽顶堰施工简单，堰体较低，对基础和沉陷变形适应性较好，故溢流堰采用宽顶堰。其水位泄量关系见表1。

图1 开敞式溢洪道纵剖面图

表1 开敞式溢洪道水位泄量关系

控制段设平板检修门及弧形工作门。由于下游河床狭窄，而泄槽段较宽，采用台阶式消能可以使出口处的能量减少，从而降低对两岸的冲刷破坏。因此泄槽处设置台阶。根据地形地质情况，泄槽分成两部分，第一段泄槽长约122m，底坡1∶6，台阶宽3m，高0.5m，在下游冲沟地形地质情况较差的局部区域采用混凝土回填，并于底部设置跨沟过水廊道，保证山洪水的过流；第二段泄槽长约90m，底坡1∶3，台阶宽3m，高1m。为改善小流量泄洪时的流态，设中导墙分成两条泄槽，单条泄槽净宽4.75m，底板混凝土厚0.5m。溢洪道出口处能量较小，因此水流直接平射入下游水垫塘中。经过调洪演算，计算成果见表2。

表2 开敞式溢洪道洪水调节计算成果表

4.2 竖井式溢洪道方案

竖井式溢洪道结合施工导流洞布置。导流洞进口底板高程为336.00m，在桩号导0+060.193m处与竖井式溢洪道相结合。竖井溢洪道主要由环形溢流堰、竖井及水垫塘、退水隧洞及下游消能工组成，详见图2。

图2 竖井式溢洪道纵剖面图

溢流堰采用无闸环形实用堰，堰顶高程388.00 m，与正常蓄水位齐平，堰顶半径9.5m。堰下接内径为7m等直径圆形竖井，井壁衬砌厚1.0m。为防止水流直接冲击竖井底板，在竖井底部设消能水垫塘。水垫塘深10m，底板高程为325.00m，竖井下接长10m的压坡段，顶部压坡为1∶6。在压坡段末端设置直径为1.0m的通气孔沿竖井下游侧衬砌段边墙延伸到高程391.5m。压坡段后接长约235m的退水隧洞，隧洞底坡i=0.01，断面尺寸为5m（宽）×7m（高），为城门洞型，采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为0.5m。退水隧洞后下游采用挑流消能，挑流鼻坎顶高程334.80m，反弧半径30.0m，挑角21°。

竖井式溢流堰水位泄量关系见表3。

表3 竖井式溢洪道水位泄量关系

调洪演算成果见表4。

表4 竖井式溢洪道洪水调节计算成果表

4.3 综合比较

（1）地形地质条件。

坝址左岸为寒武系中组第一小层的细砂岩与千枚状板岩互层，强风化带下限埋深约（31～35）m，弱风化带下限埋深约（52～56）m。若采用开敞式溢洪道，控制段及泄槽基础均需置于砂岩强风化层下部或板岩的弱风化层，基础开挖较深，开挖边坡支护量大。而竖井式溢洪道大部分竖井、水垫塘及退水隧洞置于基岩，成洞条件较好。

因此从地质地形条件上分析，竖井式溢洪道方案较优。

（2）工程布置。

大坝左侧不仅需要布置泄水建筑物，还需要布置莲塘补水干渠渠首引水建筑物。采用开敞式溢洪道其开挖及占地面积大，为了预留地形布置莲塘补水干渠渠首引水建筑物，莲塘补水干渠渠首引水建筑物需要往左岸山谷移动，则引水建筑物洞线变长，而竖井式溢洪道占地面积较小，莲塘补水干渠渠首引水建筑物与其干扰较小，洞线较短。

由于河谷狭窄，为减少下泄水流对两岸的冲刷，开敞式溢洪道泄槽段设置台阶式消能，则混凝土衬砌量大，而竖井式溢洪道采用工程量较省的水垫塘预先消能，出口处流速较低，对两岸影响较小。

因此从工程布置上分析，竖井式溢洪道方案较优。

（3）施工条件。

这两个方案施工导流均采用河床一次拦断，左岸隧洞导流的导流方式。竖井式溢洪道与导流洞结合布置，开敞式溢洪道需单独布置导流隧洞，竖井式溢洪道方案施工导流投资约节省40%以上。因此从施工条件上分析，竖井式溢洪道较优。

（4）环境影响。

左岸开敞式溢洪道出口为高速水流，对岸坡造成淘刷，导致岸坡再造。另外开敞式溢洪道开挖量较大，左岸山体破坏较为严重，因此从环境影响上分析，左岸竖井式溢洪道方案较优。

（5）工程量及投资。

针对上述两种泄水建筑物的调洪结果，开敞式溢洪道的坝顶高程和竖井式溢洪道的坝顶高程一致，大坝工程量基本相同。泄水建筑物的技术经济对比见表5。