某水利枢纽施工导流设计

陈 端 王贤忠 崔海涛

1 水文与地形地貌

坝址位于剥蚀低山区，地面高程870～1 010 m，高差约为140 m。河谷呈不对称U形谷，谷底宽约150 m，河道较平缓，坡降约为1.2‰。主河槽偏向右岸，宽约50 m。河漫滩主要分布在河床两岸，两岸山体基岩裸露，山顶高程1 000～1 010 m。右岸岸坡较陡，坡度约为42°，沿岸多有陡壁分布。左岸岸坡稍缓，坡度约为30°。

该河流汛期河水陡涨陡落，历时较短，枯水期长，年内分配不均匀，以春夏季5～7月最集中，占全年径流量的65%。坝址处全年不同频率洪水洪峰流量见表1。

表1 坝址处全年不同频率洪水洪峰流量

2 导流标准确定

该工程为Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。拦河坝（含挡水坝段、表孔和底孔坝段、放水兼发电引水坝段等）及消能防冲建筑物为2级建筑物，过鱼建筑物和电站厂房为3级建筑物。

按照SL 303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，确定导流建筑物级别为4级。该工程导流建筑物为土石结构，洪水标准选为重现期10年一遇。

本工程坝体临时拦洪度汛设计洪水标准为50年。

3 导流方案比选

坝址处河谷为不对称U形谷，谷底宽150 m，主河槽宽50 m，左、右岸台（滩）地各宽约50 m。具备隧洞导流和河床分期导流的条件。

3.1 隧洞导流方案与河床分期导流方案比选

在导流标准及导流流量相同的情况下，导流方案比选如表2所示。

与隧洞导流相比，河床分期（底孔）导流为露天施工，导流工程投资较少且工期容易得到保证，故本工程采用河床分期（底孔）导流、左右岸基坑全年施工导流方式。导流泄水建筑物为坝体预留临时底孔，及其上游引渠和下游明渠。

3.2 永久泄洪底孔与导流底孔结合的可能性研究

本工程拦河坝10#坝段布置有3.0 m×4.5 m永久泄洪底孔，其进口高程876.00 m，后部与大坝泄洪表孔（布置11#坝段）共用一个消能设施。

表2 施工导流方式比选一览表

若永久泄洪底孔与导流底孔结合，则需要：

（1）将永久泄洪底孔与大坝表孔由相邻布置调整为相间布置，其后部消能设施不再共用。

（2）将永久泄洪底孔靠向左岸台地布置，将其孔口尺寸加大到8.0 m×5.0 m，将其进口底高程由876.00 m降至871.00 m，为此增加石方开挖约22 500 m3，增加混凝土浇筑约7 000 m3。

以上调整恶化了永久泄洪底孔的出流条件，加大了永久底孔及其消能设施的工程量和投资，并且底孔进口高程低于水库运行50年泥沙淤积高程（874.20 m），因而是不合理的。

4 导流程序

工程施工导流程序如下：

阶段1：第1年4月1日至第1年8月31日，一期高喷平台挡水、原河床过水，在第1年8月底前形成左岸导流底孔及上、下游导墙。第1年度汛洪水标准为5年一遇，相应洪峰流量333 m3/s。

阶段2：第1年9月15日，河床截流，导流底孔过水；在第1年10月底前将围堰加高培厚至设计高程。

阶段3：第1年11月初至第3年4月底，上下游土石围堰及混凝土纵向导墙挡水，导流底孔过水；在此期间，开挖右岸基坑，浇筑左右岸坝体、泄水建筑物及电站厂房。第2年度汛洪水标准为10年一遇，相应洪峰流量425 m3/s。

阶段4：第3年5月初至第3年10月底，坝体、下游土石围堰及下游导墙挡水度汛，导流底孔过水；在此期间，继续浇筑坝体及泄水建筑物，并进行电站机组安装。第3年坝体临时度汛洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量636 m3/s。

阶段5：第3年11月1日，导流底孔下闸，水库蓄水。第4年4～5月进行导流底孔封堵施工。底孔下闸设计流量为5年一遇11月平均流量13.9 m3/s。

5 水力计算

5.1 原河床过水

从坝址附近地形条件看，主坝位于河床转弯处，左岸台地具备布置导流明渠及大坝底孔条件。施工时，需在这些部位预留岩坎（或修建挡水小围堰）。岩坎（或小围堰）挡水标准为5年一遇，洪峰流量为333 m3/s。

由于岩坎不侵占河床断面，小围堰对河床侵占亦小，故认为该处水位即为原河床水位。

5.2 导流底孔过水

河床截流后，工程即进入围堰（或坝体）挡水阶段，此时泄水建筑物均为导流底孔及导流明渠，其上游水位与下泄流量关系曲线计算如下：根据底孔泄流曲线，导流底孔流态从无压流经半有压流变为有压流。当底孔前水深小于1.2倍孔高时，按无压流公式计算；当底孔前水深大于1.5倍孔高时，按有压流公式计算。

5.3 导流底孔泄流曲线

导流底孔断面为矩形，宽8.0 m，高5.0 m，长约48.0 m，居中布设在左岸8#非溢流挡水坝段，其进口底高程为871.00 m，出口底高程为870.76 m，纵坡5‰。

导流底孔上游水位—流量关系曲线见表3。

表3 导流底孔上游水位—流量关系表

6 导流建筑物设计

6.1 导流建筑物布置

导流建筑物包括一期围堰、二期上下游围堰、二期上下游导墙、上游引渠、导流底孔及下游明渠等。

一期利用原河床过水，在左岸台地施工。

二期利用设在左岸8#非溢流挡水坝段的导流底孔泄流，其进口底高程为871.00 m，出口底高程为870.76 m，纵坡5‰。

导流底孔上游引水渠及下游泄水明渠底宽均为18.0 m，上游引渠纵坡为5‰，下游泄水明渠纵坡为1.00%。

6.2 导流建筑物设计

6.2.1 上游围堰

上游围堰使用期限为1年，设计洪水标准为10年一遇，相应洪峰流量为425 m3/s。围堰安全超高取0.50 m，风浪爬高取1.18 m，上游围堰堰顶高程为883.00 m。

上游围堰为土石结构，最大堰高14.2 m，堰体防渗采用高喷防渗墙+土工膜，围堰上、下游坡比均为1∶2，堰顶宽10 m。上游围堰断面详见图1。

图1 上游围堰断面图

6.2.2 下游围堰

下游围堰为土石结构，堰顶高程为872.5 m，最大堰高5.3 m，堰体防渗采用高喷防渗墙，围堰上、下游坡比均为1∶2，顶宽6 m。

6.2.3 导流底孔及上下游引渠

导流底孔断面为矩形，宽8.0 m，高5.0 m，长约40.0 m，居中布设在左岸8#非溢流挡水坝段，纵坡5‰。

导流底孔上游引渠底宽为18.0 m，纵坡为5‰，渠底无衬砌；下游泄水明渠底宽为18.0 m，纵坡为1.00%，渠底及边坡采用了30 cm厚C25钢筋混凝土衬砌。

上游引渠临河侧布置上游纵向导墙，下游明渠临河侧布置下游纵向导墙，上、下导墙均为碾压混凝土结构。

上游导墙最大高度15.0 m，顶宽3 m，上游铅直，下游坡比为1∶0.70。下游导墙最大高度8.7 m，顶宽2 m，上游铅直，下游坡比为1∶0.70。

6.2.4 导流底孔封堵

导流底孔下闸封堵选定在第3年11月初进行，封堵闸门及启闭设备需在第3年10月底前安装就位。导流底孔下闸设计流量采用5年一遇11月平均流量13.9 m3/s，底孔上游水位872.10 m，闸前水深1.10 m。

导流底孔采用微膨胀混凝土全坝段封堵，并进行接缝灌浆。

7 结语

本工程坝址处河谷为不对称U形谷，谷底宽150 m，主河槽宽50 m，左、右岸台地宽约50 m。工程施工可利用左岸台地预留的岩坎挡水，进行左岸1#～9#坝体及上下游导墙浇筑，二期围堰截流后即可进行全坝段施工。

本工程施工导流采用河床分期（底孔）导流方案，且全部为露天施工，导流工程投资较少且施工工期容易得到保证，因而是经济的，也是合理的。