响水水库工程施工导流规划与实践

吴侦辉(贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550001)

响水水库工程施工导流规划与实践

吴侦辉
(贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550001)

针对响水水库建坝河段河谷为深切峡谷地貌、地质条件复杂、流域洪水洪峰历时短且量大集中等问题，经现场踏勘并根据SL303—2004等规范标准要求，综合考虑枢纽布置、施工期设计洪水、施工工艺及投资经济效益等因素，优选围堰一次拦断河床，河床右岸隧洞导流方案.经导流洞合理布置及结构参数的多次优化调整，并结合调洪计算成果，合理确定了坝区导流程序.

洪峰；施工导流；导流洞；响水水库

响水水库位于乌江上游支流白甫河一级支流响水河中游河段，属长江流域乌江水系.坝址区距左岸竹园乡约6 km，距右岸响水镇4 km，距毕节市约64 km.工程任务是向大方县煤化工产业基地提供工业用水及向响水乡、竹园乡提供农田灌溉用水.水库正常蓄水位1 366.00 m，正常蓄水位以下库容2 910 万m3；校核洪水位1 368.11 m，总库容3 279 万m3；死水位1 342.00 m，死库容522 万m3，兴利库容2 388 万m3.工程规模为中型，属Ⅲ等工程，挡水、泄水等主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级[1].大坝枢纽区两岸均有村级公路通过，工业、灌溉输水管线的主要管段也有村道相通，工程交通条件总体尚可.

1 施工导流水文地质条件

响水水库推荐坝址控制流域面积318.8 km2，主河道长38.8 km，河道平均比降6.24‰.流域属典型的山区雨源性河流，径流主要由降水补给，径流特性与降水特性基本一致.该区径流洪枯悬殊，年内分配不均，丰水期5～10月径流量占全年径流量的77.9%左右，枯水期11～次年4月径流量占全年径流量的22.1%左右.流域多年平均流量为1.37 m3/s，最大年均流量2.37 m3/s，最小年均流量0.66 m3/s.

坝址河谷为深切峡谷地貌，呈基本对称“V”型横～纵向河谷.左岸山顶高程1 388.0～1 409.0 m左右，河床至1 370.0 m之间地形坡度50°～55°，1 370.0 m以上一带为40°左右；右岸山顶高程1 400.0～1 410.0 m左右，河床至1 342.0 m高程地形坡度45°～50°，1 342.0～1 354.0 m地形坡度30°～38°，1 354.0 m以上为42°～50°左右；枯季河水位高程1 311.0～1 311.5 m.施工导流洞布置在河床右岸，采用城门洞型，由2个直线段和1个圆弧段组成.进口明挖段(导0-009.56～导0+000.00 m)，地形坡度45°～60°，洞脸边坡基岩裸露，为关岭组第二段(T2g2)白云质灰岩、白云岩，存在卸荷带分布及强风化岩体较破碎，建议强卸荷带全部挖除，再进行锁口支护处理后进入洞挖.进口浅埋段(导0+000.00 m～导0+009.07 m)，地层为关岭组第二段(T2g2)白云质灰岩、白云岩，隧洞轴线与岩层走向大角度相交，甚至垂直,围岩为强风化至弱风化岩体，节理裂隙发育，岩体完整性相对较差，成洞条件一般，施工开挖时局部可能有较大的掉顶和垮壁现象.洞身段(导0+009.07 m～导0+351.39 m)穿越关岭组第二段(T2g2)白云质灰岩、白云岩夹泥灰岩地层，洞室埋深40～80 m，隧洞轴线与岩层走向夹角为30°～90°，围岩类别为Ⅲ～Ⅳ类.遇强岩溶发育地段为Ⅴ类围岩，约占洞身段30%～40%，不能自稳.隧洞出口段(导0+351.39 m～导0+371.39 m)穿越关岭组第二段(T2g2)白云质灰岩、白云岩夹泥灰岩地层，隧洞轴线与岩层走向夹角为90°左右,但卸荷带及强风化岩体较破碎，围岩类别为Ⅴ类，成洞条件较差，不能自稳.出口明挖段(导0+371.39～导0+375.53),地形坡度45°～60°，较陡峭，基岩裸露，为关岭组第二段(T2g2)白云质灰岩、白云岩夹泥灰岩，为(T2g2)弱风化至强风化灰岩地层，围岩类别为Ⅳ类，明挖段边坡高达14 m，洞脸为逆向坡，但卸荷带及强风化岩体较破碎，裂隙发育，建议作挂网加喷锚支护处理[2].

2 施工导流方式

响水水库工程等别为Ⅲ等中型水库，挡水建筑物为重力坝，最大坝高72.00 m，坝顶宽度7.00 m.根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的相关规定，主要建筑物为3级，次要水工建筑物为4级[3-4].根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)及《水利水电工程施工导流设计规范》(SL623—2013)的相关规定，导流建筑物(导流隧洞及上、下游围堰)的级别定为5级[5].导流标准采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相应流量Q=318.0 m3/s.推荐坝址天然设计洪水成果(见表1).

表1 推荐坝址天然设计洪水成果表

根据河床地形条件，结合混凝土重力坝坝型特点，确定采用上、下游围堰一次拦断河床，隧洞导流方式.隧洞在汛期会形成有压流，过流能力按照有压流进行考虑，导流洞断面分别取5.0 m×6.15 m、5.3 m×6.50 m、5.6 m×6.65 m、5.8 m×6.65 m共4个断面进行计算复核，每个断面与之对应的围堰及导流洞进行组合[5].经过调洪演算和技术经济分析比较，围堰及导流洞最经济组合对应的导流洞断面为5.6 m×6.5 m，对应的上游围堰最大堰高为14.7 m.

3 施工导截流设计

3.1 导流洞设计

导流洞按5级建筑物设计，断面采用城门洞型.导流洞进口底板高程定为1 315.50 m，出口底板高程1 310.00 m，隧洞总长371.39 m，底坡1.48%.隧洞由2个直线段和1个圆弧段组成.上游第1个直线段为导流洞进口段，长90.21 m，方位角为S82.22°W，圆弧段长29.14 m，圆弧R为50 m，中心角33.40°；第2个直线段长252.04 m，方位角为S48.83°W.经水力计算，确定隧洞过水断面尺寸(宽×高)为5.6 m×6.65 m，直墙高度5.0 m，顶拱中心角122.04°，开挖断面尺寸为(宽×高)6.8 m×7.75 m.导流洞开挖后先喷10 cm厚的C20混凝土，并作φ25系统锚杆支护，开挖完毕后再采用全洞段50 cm厚C25钢筋混凝土衬砌.导流洞进、出口基岩裸露，明挖边坡均采用1 ∶0.3，洞脸采用φ25系统锚杆(长4.5 m)+喷10 cm厚混凝土支护.进、出口边坡开挖高度在15 m内，不考虑设置马道.

3.2 围堰设计

由于土石围堰具有地基适应性强，能充分利用当地材料，施工技术成熟及技术经济指标优良等特点，故上、下游围堰均采用土石围堰.围堰建筑物级别与导流洞相同，均为5级.围堰安排在河床以下坝基开挖前填筑，根据施工进度安排，围堰在第2年的10月份形成.

上游围堰采用粘土心墙土石围堰，使用年限为次年11月～第4年1月，共14个月，全年挡水，设计标准为10年一遇(P=10%)全年洪水，相应流量Q=318.0 m3/s，迎水面最高挡水水位1 325.40 m，堰顶高程1 326.5 m，最大堰高14.7 m，堰顶宽6.0 m，堰顶长47.74 m.围堰上游迎水面坡比为1 ∶2，下游背水面坡比为1 ∶1.8.围堰堰体采用粘土心墙防渗，防渗体顶部高程1 326.00 m；围堰基础采用帷幕防渗.上游围堰轴线上游约20 m处设截流戗堤，高5.0 m，顶宽6.0 m，上游边坡1 ∶2.5、下游边坡为1 ∶1.5，顶部高程1 318.00 m，顶轴线长31.92 m.戗堤设粘土斜墙防渗，上游侧抛块石保护，截流戗堤形成后作为围堰的一部分.

下游围堰采用粘土心墙土石围堰，设计标准和使用期限与上游围堰相同，下游迎水面最高挡水水位1 314.9 m，堰顶高程1 316 m，最大堰高6.5 m，堰顶宽6.0 m，堰顶长34.42 m.上游背水面坡比为1 ∶1.8，下游迎水面坡比为1 ∶2.0.围堰堰体采用粘土心墙的防渗型式；围堰基础采用帷幕防渗.

由于上游围堰堰顶高程1 326.50 m，低于放空底孔进口底板高程1 331.0 m，远低于水库死水位1 342.0 m，完工后不考虑拆除.工程完工后应将下游围堰拆除，运至大坝下游交通洞进口附近的弃渣场堆放.

3.3 施工度汛

当坝体浇筑高度高于围堰后，其临时渡汛洪水标准根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)相关规定执行[6].响水水库拦河坝为混凝土重力坝，当坝体拦洪库容小于0.1亿m3时，度汛洪水标准按10年一遇全年流量设计，相应洪峰流量318 m3/s.当坝体浇筑到上游围堰顶高程(1 326.50 m)时，坝体混凝土浇筑工程量为15.37万m3，根据全年导流方案施工进度，达到该高程的时间为第3年7月上旬.响水水库5月即进入汛期，汛期坝体混凝土浇筑需在上游围堰的保护下进行.

根据水位库容曲线，当坝体浇筑到1 350.00 m时，坝前最大拦蓄库容为1 033万m3.此时，坝体混凝土浇筑工程量为24.6 万m3，根据全年导流方案施工进度，达到该高程的时间为第3年11月中旬，即1 350.0 m以上坝体施工为枯期(第3年11月中旬～第4年1月底).全年导流方案的施工度汛方式为上、下游围堰挡水，导流洞过流.

3.4 堵头设计及坝区导流程序

堵头位于导流洞与大坝帷幕灌浆位置.堵头迎水面桩号为导0+144.17 m，底板高程1 313.37 m.水库校核洪水位为1 368.11 m，作用在堵头上的最大水头为54.74 m.经计算导流隧洞堵头长为10.04 m，考虑安全富余、施工条件和其他异常情况，隧洞封堵长取20.0 m.堵头桩号为导0+144.17 m～导0+164.17 m.坝区导流程序(见表2).

表2 坝区导流程序

3.5 截流

响水水库采用全年导流方案，截流时间主要由施工进度安排及当地水文气象特点确定[7]，截流时段选择在10月上旬进行，截流标准采用5年一遇洪水标准，截流设计流量采用10月平均流量，相应的截流设计流量为Q=3.99 m3/s.考虑到截流设计流量不大、土料场位置、左岸交通方便且较易布置截流施工场地等特点[8]，选择从左岸向右岸立堵进占截流.

在上游围堰处设戗堤截流，主要截流材料可直接利用坝基开挖料，戗堤上游粘土从大坝下游土料场开挖后沿坝下游左岸进基坑公路运到工作面填筑；戗体由12 t振动碾压实，粘土铺盖由羊足碾配合夯板压实；护坡块石用挖掘机上料、人工配合填实.截流从左岸向右岸推进，立堵法进占截流.截流成功后在戗堤后加高培厚，最终形成上游围堰[9].由于截流流量不大，下游围堰可不设戗堤截流，直接从左岸向右岸进占填筑.

4 结 论

响水水库坝址区存在涨峰历时短、洪峰陡峻、洪量集中、洪水汇流时间较短等山区性河流特点，且坝址区地形地质条件较复杂，为确保工程高效优质安全施工和防洪度汛，紧密结合库区水文地质条件和调洪成果，对导流方案和导流建筑物结构形式进行了合理优化确定，以满足工程特性和实际施工条件需求.

(1)采用上、下游围堰一次拦断河床，隧洞导流方式，充分利用了工程区地形地质条件，把导流洞布置在河床右岸，并采用城门有压洞型式，有利于导流洞施工.

(2)导流标准采用10年一遇(P=10%)全年洪水，相应流量Q=318.0 m3/s，有利于工程安全施工度汛.

(3)利用坝基开挖料在上游围堰处设戗堤截流，从左岸向右岸进占填筑，立堵法进占截流，实现开挖弃料填筑再利用，节省了工程投资.

[1] 中华人民共和国水利部. SL 303—2004水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2] 王 伦,赵 悦.黄河班多水电工程施工导流方案优化[J].水电与新能源,2014(11):21-23.

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[4] 陈荣华,韦海勇.巴江口水电站施工导流设计及技术特点[J].广西水利水电,2014(5):90-92.

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[6] 袁 媛.新疆楼庄子水库施工导流分析[J].水利科技与经济,2016,22(4):19-20.

[7] 冯伟荣.长潭水库除险加固工程施工导流设计[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(1):19-21.

[8] 陈传今.双洞子水电站施工导流设计方案比选[J].水科学与工程技术,2013(6):65-67.

[9] 谢雯霞,胡能永.老虎潭水库施工导流设计[J].浙江水利水电专科学校学报,2005,17(1)：16-17.

Planning of Construction Diversion for Xiangshui Reservoir

WU Zhen-hui
(Guizhou Xinzhongshui Engineering Co., Ltd, Guiyang 550001, China)

Xiangshui Reservoir dam is constructed in the narrow valley with complex topographical and geological conditions, therefore, the flood peak in river basin is likely to concentrate in large amount with short duration. Combining the site reconnaissance data and SL303—2004 standards, the optimal scheme of whole cofferdam blockade with right tunnel diversion has been chose by considering the dam layout, the design flood in construction period, the construction technology, the economic benefit and other factors. The diversion procedure in dam area has been reasonably determined after reasonable arrangement of the diversion tunnel and multiple adjustments of the structure parameter.

flood peak; construction diversion; diversion tunnel; Xiangshui Reservoir

2016-10-24

吴侦辉(1986-)，男，陕西安康人，工程师，研究方向为水利水电工程施工组织设计.

TV698

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1008-536X(2017)02-0041-04