察尔森水库除险加固施工导流设计

刘牧冲，刘涛，万露

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

察尔森水库除险加固施工导流设计

刘牧冲，刘涛，万露

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

察尔森水库是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养殖等综合利用的大（1）型水库。2011年，针对大坝基础渗漏、溢洪道结构安全等问题，进行除险加固设计。根据加固工程布置特点、水库运行条件等因素进行导流方案、导流程序、导流建筑物设计，为类似工程提供借鉴经验。

导流标准；导流方式；导流程序；过水围堰；模袋混凝土

1 工程概况

察尔森水库位于嫩江支流洮儿河中游、内蒙古自治区科右前旗境内，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养殖等综合利用的大（1）型水库。水库正常蓄水位为365.40 m，设计洪水位366.40 m，校核洪水位367.61 m，水库总库容12.53×108m3。设计灌溉面积6.65×104hm2，多年平均发电量2 664×104kW·h。水库下游防洪标准为20年一遇洪水标准。

2011年5月，南京水利科学研究院将察尔森水库定性为三类坝。2011年7月，水利部大坝安全管理中心同意察尔森水库为三类坝鉴定结论意见，需要进行加固处理。

水库枢纽由壤土心墙砂砾石坝、溢洪道、泄洪洞和电站组成。壤土心墙砂砾石坝坝顶高程为371.50 m，最大坝高为40.0 m，坝顶宽为6.0 m，坝顶长为1 712 m。岸边陡槽式溢洪道，位于大坝左侧，设4孔9 m×9 m弧形钢闸门（加固后为3孔12 m×14.5 m弧形钢闸门），堰顶高程353.00 m，最大泄量3 616 m3/s。泄洪洞位于大坝右侧，采用二洞合一的布置方式。主洞灌溉、泄洪，支洞发电输水。主洞为圆形有压隧洞，长度392 m，内径分为6.0 m和6.7 m（加固后为6.0 m），最大泄量367 m3/s。电站支洞为压力隧洞，洞长51.5 m，内径5.0 m，最大过流量59.6 m3/s。电站压力管道4根，为钢筋混凝土结构，内径3.1 m，厂房为地面式厂房。电站装机容量为1.28×104kW。

2 导流条件

2.1 水文条件

根据洮儿河流域洪水的季节变化规律和施工情况将施工期洪水划分为汛前期（4—5月）、大汛期（6—9月）、汛后期（10月）、枯水期（11月至翌年3月）。施工分期洪水成果，见表1。

表1 察尔森水库施工分期设计洪水成果表

2.2 气象条件

根据洮南站气象资料统计，多年平均气温为5.5℃，历年最高气温为40.8℃，历年最低气温为-34.6℃。洮儿河流域年最多风向为西风、西北风和西南风，冬季为西风和西北风，夏季多为西南风和西北风，年最大风速发生在4—5月份，历年最大风速为24 m/s，主汛期历史最大风速为19 m/s。

2.3 地形及地质条件

察尔森水库区位于大兴安岭东坡，地面标高450～680 m，山体比高120～350 m。流域内地形基本为低山丘陵区。坝址处河谷宽1 550 m，山顶高程：左岸380 m，比高45 m，属丘陵地形；右岸比高165 m，为低山，河漫滩宽阔平坦，地面标高334.00～336.00 m。坝址处出露的地层以侏罗系—白垩系（J3S1—OV）的喷出岩为主。右岸及河谷底部均以碎屑凝灰岩为主，火山角砾多见于左岸。侵入岩主要为燕山期侵入岩，以辉长岩脉为主，其次为安山岩脉。第四系地层分为坡积层及冲积层。坝址未发现有大断裂，以规模较小的断层（宽0.2～1.8 m）和岩脉侵入体为主要构造特征。

3 导流标准、导流方式及导流程序

3.1 导流标准

察尔森水库为大（1）型工程，大坝、溢洪道、泄洪洞均为1级建筑物。根据SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》第3.2.1条的规定，察尔森水库除险加固工程施工导流建筑物为4级建筑物。察尔森水库现有建筑物基本完整，且施工期水库库容较大，导流建筑物一旦失事，对枢纽及下游均造成较大影响，故确定溢洪道及泄洪洞施工导流标准均采用20年重现期洪水。溢洪道施工采用围堰拦挡非汛期20年一遇洪水，主汛期围堰过流联合泄洪洞过流宣泄20年一遇洪水。

3.2 导流方式

察尔森水库除险加固工程泄流通道共有两处，分别为泄洪洞及溢洪道，施工导流主要考虑利用上述2个泄流建筑物进行导流，不再新建施工导流泄流设施。在主体加固工程中，坝顶及坝体上、下游护坡、坝基防渗处理、泄洪洞进口启闭机室重建等工程均位于库水位以上或坝下游侧，不必采用施工导流措施，即可具备干地施工条件。只有泄洪洞洞身衬砌加固、溢洪道新建闸室段、挑流鼻坎重建、陡槽段加固等工程的施工需要施工导流，具体导流方式如下：

1）溢洪道施工导流方式。溢洪道除险加固施工主要分为新建闸室段、泄槽与挑流消能段，其施工导流采用围堰挡非汛期洪水，泄洪洞泄流；主汛期围堰过流结合泄洪洞联合泄流的导流方式。

2）泄洪洞施工导流方式。考虑每年5月11日～9月10日水库需向下游供水的要求，在进度安排上考虑第三年汛后开始进行泄洪洞加固施工，至第四年4月底完成上述工程的施工，具备向下游供水的条件。泄洪洞施工安排在第三年9月11日至第四年4月底，施工导流采用由泄洪洞进口闸门挡水，由于泄洪洞施工期为枯水期，来流量较小，主要靠察尔森水库的库容来容纳来流量，如遇来流量较大，水库水位超过365.40 m正常高水位，可由溢洪道进行泄流，因此不需要新建施工导流建筑物。

3.3 导流程序

第一年主汛前进行围堰过水部分填筑，堰体填筑至354.00 m，主汛期未进行主体工程施工，此时泄洪洞、溢洪道均具备泄流条件，察尔森水库可按《察尔森水库防洪调度临时方案》正常运行调度。

第一年汛后，围堰填筑至设计高程357.65 m。至第二年大汛前，溢洪道围堰挡水，进行原堰控段拆除和新建底板及边墩施工。此时，泄洪洞具备泄流条件。

第二年主汛期，围堰拆除至354.00 m。溢洪道暂停施工，此时溢洪道具备临时过流条件，结合泄洪洞联合泄流，可确保施工期工程安全。

第二年汛后，重新填筑围堰挡水部分至设计高程357.65 m。溢洪道围堰挡水，泄洪洞泄流，溢洪道堰控段恢复施工，完成剩余部分中墩混凝土浇筑工作。至第三年主汛前，溢洪道堰控段完成金属结构安装调试作业，溢洪道施工全部完成。

第三年主汛期，新建溢洪道施工完成，水库可按临调方案正常运行调度。

第三年供水期结束，依靠水库库容蓄水，结合溢洪道宣泄超标洪水，进行泄洪洞加固改造施工，至第四年4月底完成。至此，工程全部完工。

4 导流水力计算

4.1 泄洪洞泄流能力

察尔森水库泄洪洞泄流能力，见表2。

4.2 溢洪道围堰非汛期挡水工况计算分析

为满足水库向下游供水需求，供水初期（每年5月初）水库库水位最低需达到356.00 m。按照选定的工程导流标准及施工导流方式，溢洪道施工采用围堰挡非汛期20年一遇洪水，主汛期过流。根据施工洪水成果，非汛期20年最大洪水为春汛洪水，洪峰流量为122 m3/s；按照计算的泄洪洞泄流能力成果，当库水位为354.00 m时，泄流能力为267 m3/s，大于20年春汛洪峰。据此分析，围堰最高挡水位为满足水库向下游供水所需水位，即356.00 m。

表2 泄洪洞泄流量表

4.3 溢洪道围堰汛期过流工况计算分析

1）过水围堰顶高程选定。察尔森水库主汛期最低库水位在354.00 m可满足向下游供水需要；由于设计围堰主汛期不具备挡水功能，并考虑到汛期围堰过水工况的稳定性，选择较低的过水围堰高度对安全是有利的。因此，确定过水围堰顶高程采用满足水库向下游供水需求的最低库水位，即354.00 m。

2）调洪起始水位。根据施工进度安排，第一年及第二年汛期，溢洪道围堰过流联合泄洪洞泄流；第三施工年汛期溢洪道、泄洪洞可正常调度使用。

按照水库运行调度，第一年及第二年汛前，水库库水位均可降至354.00 m，由此，确定主汛期起调水位采用354.00 m。

3）洪水调节计算。库容曲线为实测库容曲线成果，设计洪水选用1957年型。根据调洪成果分析，20年一遇洪水由1957年型控制，调洪计算水库最高水位358.06 m。

5 导流建筑物设计

1）围堰布置。溢洪道过水围堰布置在溢洪道进水渠内，围堰轴线长度约为60.0 m。

2）围堰结构。围堰顶设计挡水位为356.00 m，计入超高1.65 m，设计围堰顶高程为357.65 m。过水围堰设计顶高程为354.00 m。围堰堰顶宽度4.0 m，迎水坡坡比为1∶2，挡水部分背水坡坡比为1∶1.5，过水部分背水坡坡比为1∶3.0。围堰上部挡水部分采用草袋土填筑，下部过水部分采用砂砾石填筑，过水面采用30 cm（最小厚度）模袋混凝土防护。上下游坡脚处模袋混凝土上部设30 cm厚混凝土防护板。度汛工况围堰断面型式见图1，非汛期工况围堰断面型式见图2。

图1 度汛工况导流围堰断面型式（高程单位：m）

图2 非汛期工况导流围堰断面型式（高程单位：m）

6 结语

察尔森水库除险加固工程施工导流设计方案根据加固工程内容及特性，利用现有泄水建筑物作为导流通道，节省了新建过流建筑物的费用，同时通过详细分析施工程序，提出了合理的施工工期。围堰采用过水围堰型式降低了施工期围堰作为水库挡水建筑物的运行风险，规避了围堰失事造成库水集中下泄，给下游带来灾难性后果的可能。同时，考虑在施工期尽可能保障水库效益，减少弃水，对围堰顶高程进行了充分论证。目前，水库加固工程正在施工，施工导流基本按照设计方案实施，导流建筑物运行状况良好。

TV697

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2016-11-17