浅谈水库放空泄洪洞工程方案设计

■王晓彦

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西 太原030024）

浅谈水库放空泄洪洞工程方案设计

■王晓彦

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西 太原030024）

左权县石匣水库位于海河流域南运河水系清漳西源中游，位于左权县城西北约9km的石匣村北侧。是一座以防洪为主兼顾农业灌溉和工业供水、发电、养殖的中型水库。目前水库并无放空设施，新建泄洪排沙洞可在水库出现险情时，将水库水量放空，避免溃坝对下游造成灾害；此外，在汛期泄洪同时排沙，延长水库寿命。因此，通过不同方案比选最终确定放空泄洪洞设计方案。

石匣水库放空泄洪洞方案比选

1 工程概况

左权县石匣水库位于海河流域南运河水系清漳西源中游。是一座以防洪为主兼顾农业灌溉和工业供水、发电、养殖的中型水库。水库新建于1959年，1960年蓄水运行，1963年坝高达32.30m，水库运行至今已达50年，且大坝为均质土坝，考虑水库应急事故处理、大坝等建筑物检修维护；同时考虑便于利用隧洞小流量控制20年一遇下游河道防洪泄量的实际情况，需要增设放空泄洪洞兼泄洪。

2 放空洞布置方案比选

放空泄洪洞设计原则：依据坝体稳定要求所确定的水库放空计算控制泄量，并结合泄洪要求、施工要求进行隧洞断面设计。

图1 放空泄洪洞洞线比较平面图

放空泄洪洞的洞线布置（如图1），隧洞型式的确定从库区的地形、地质条件、运行管理等方面进行比选：

2.1 地形条件分析

从石匣水库大坝枢纽整体平面地形条件分析，放空泄洪洞布置在大坝主坝段左、右岸均可。放空泄洪洞布置在大坝右岸，坝后洞轴线将形成较大的曲线段，同时与现状东山供水工程引水洞存在平面上交叉，洞线长度约500m，从库区整体地质构造分析右岸基岩面高程相对较低，施工道路需穿越大坝，施工难度较大；放空泄洪洞布置在左岸可基本满足直线布置要求，洞线长度约300m，基岩面高程相对右岸较高，施工交通、场地布置等便利，根据水工隧洞洞线短的原则，洞线布置左岸较优。

2.2 地质条件分析

从地质条件分析，隧洞垂直及侧向岩体的最小厚度，应根据地形地质条件、岩体的完整稳定性、抗渗透特性等因素分析确定。根据地质剖面图可知，隧洞围岩主要为P2sh砂岩、泥岩及砾岩，围岩多为强-中等风化岩石，岩体较破碎，洞线位于地下水位以下，基岩面较低，洞顶基岩薄，厚度0～6m。如采用“龙抬头”式隧洞，可降低洞身高程增加洞顶围岩厚度，但出口地面高程为1120m，与进口高程1128.0m仅8m高差，受出口地形高程限制，增加围岩厚度条件有限。

2.3 施工条件分析

从施工条件分析，隧洞轴线布置越低，洞顶以上岩基覆盖层相对较厚，便于施工，但受进出口高程控制，结合地质勘察确定的地基岩层位置，设计尽可能将洞身段轴线布置在岩层，且满足1倍覆盖层要求，进出口岩层覆盖层较薄地段采取特殊支护措施进行施工。同时为了减少隧洞爆破开挖施工对现状大坝、溢洪道、管理房的影响，设计洞轴线布置在溢洪道和管理房左侧较为合理。

2.4 运行管理分析

从运行管理分析，石匣水库整体枢纽布置，从左至右依次为管理处、溢洪道、大坝主坝段、副坝段，主坝段左右侧各布置1条供水洞。溢洪道与管理处距离较近，洞线可在大坝与溢洪道之间（方案1）或者在溢洪道左侧布置（方案2），方案1进口位于大坝与溢洪道之间，地形条件有限，不利于进水塔布置，放空泄洪洞出口回水将危及电站安全，出口紧邻和汾高速公路大桥，高速水流将对桥墩冲刷，所以，放空泄洪洞布置在溢洪道和管理房的左侧，便于集中管理，方案2较为合理。

2.5 工程综合项目及投资比较

本此设计仅进行方案1、2投资比较，虽然方案2比1投资多128万元，但是方案2进、出口位置、地质条件、施工条件均优越与方案1，故设计推荐方案为方案2。

3 放空泄洪洞型式确定

放空泄洪洞型式确定内容主要有隧洞型式、隧洞断面及出口消能方式等。

3.1 隧洞型式确定

根据大坝左岸地形条件，放空泄洪洞在平面上为曲线形布置，洞底高程选择为现状淤积高程1028.00m。根据地质资料，放空泄洪洞所在地层为Ⅳ、Ⅴ围岩，岩性多为灰岩、砂岩，岩体裂隙发育，较破碎，洞线处基岩面较低，洞顶岩层厚度不大，且隧洞布置在溢洪道附近，局部在管理房下面，从压力隧洞渗漏等安全方面考虑，宜采用无压洞方案。考虑放空泄洪洞高程低，水头高，洞中流速大，无压洞弯道段水流流态较差，放空泄洪洞采用有压接无压洞形式，直线段采用无压洞，曲线段采用压力洞，二者之间布置塔式进水塔，内设闸门控制。

3.2 隧洞断面确定

水工隧洞常用的断面型式有圆形、城门洞形、马蹄形、方形等。根据规范条款，结合地质条件和施工要求，无压隧洞多采用圆拱直墙式断面，其顶部为圆拱，适于承受铅直围岩压力，且便于开挖和衬砌，确定无压洞段采用圆拱直墙式断面（城门洞形断面），圆拱中心角为120°；进水塔前压力洞段因基岩面低，覆盖层薄，无成洞条件而采用明挖方式，为方便施工，采用矩形断面。

综上所述，设计放空泄洪洞采用无压隧洞，城门洞断面，混凝土结构，末端挑流消能方案。

TV[文献码]B

1000-405X（2016）-12-445-1

王晓彦（1982～），女，2005年毕业于西安理工大学水利水电工程专业，硕士研究生，工程师。