红豆峡水库枢纽工程施工导流设计

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原 030024）

1 工程概况

红豆峡水库位于壶关县东南部的桥上乡的红底河上。拦河大坝采用混凝土面板堆石坝，最大坝高51.0 m，总库容 122.2万 m3，属小（1）型Ⅳ等工程，主要建筑物级别为4级。其主要任务是为七里栈水源工程提供补充水源，提供部分农村生活、农业灌溉、景区景观用水，并兼顾防洪和特大干旱年的应急生活用水。水库枢纽工程由大坝、导流泄洪洞、供水管组成。

大坝坝型为混凝土面板堆石坝，大坝长182.0 m，坝顶宽8.0 m，最大坝高51.0 m，上游坝坡为1∶1.4、下游坝坡为1∶1.8，紧贴下游坡脚设弃渣区，弃渣区高23.0 m，坡度为1∶1.6。导流泄洪洞布置在大坝右岸，全长201.21 m，洞身采用有压圆形隧洞，洞径6.0 m。

2 水文地质条件

2.1 水文及气象条件

工程区属暖温带大陆性半干旱气候，多年平均气温8.9℃，多年平均风速1.8 m/s，多年平均降雨量为655.7 mm，年降雨量主要集中在7-9月份，占年降雨量的70%左右，多年平均蒸发量1 535.6 mm，一般无霜期为153 d，最大冻土深度为75 cm。

2.2 地质条件

红豆峡水库位于太行山东南部山脊分水岭东侧，总体地形西高东低，峡谷多为高陡悬崖，为溶蚀侵蚀中山区。区域出露地层包括元古界震旦系长城系砂岩、页岩，古生界寒武系灰岩、砂岩及泥页岩，奥陶系和新生界第四系松散堆积层。库区两岸主要为基岩岸坡，山体雄厚，库盆地层岩性主要为徐庄组泥页岩，为相对隔水层，库区不存在渗漏问题。坝址洪底河河谷呈反“S”型，河谷底宽80～100 m，主河槽靠左岸，河道纵坡降较大。坝基覆盖层为全新统洪冲积混合土卵（漂）石、卵石混合土层，结构松散，为强透水层，厚度7～12 m。基岩为寒武系中统徐庄组页岩、砂质页岩夹泥灰岩、灰岩。两岸坡上部直立，中部相对较缓，底部岸坡较陡，且右岸相对左岸较陡，局部倒悬。

3 施工导流设计

3.1 导流标准和施工临时度汛标准

红豆峡水库总库容122.2万m3，属小（1）型Ⅳ等工程，枢纽大坝为混凝土面板堆石坝，主要建筑物级别为4级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）的规定，按所保护的对象、失事后果、导流建筑物使用年限和围堰工程规模等因素，经综合分析，确定本工程导流建筑物级别为5级，相应导流建筑物设计洪水标准为10～5年洪水重现期，本工程选用洪水重现期5年标准。因无枯水期水文资料，且汛期洪水流量不大，围堰高3.8 m，填筑工程量不大，为方便坝体填筑，故本工程按汛期五年一遇洪水标准进行设计，相应流量38.4 m3/s。

施工期当坝体填筑高程超过围堰堰顶高程时，坝体临时拦洪度汛，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）的规定，当坝体填筑高程超过围堰高程时，拦洪库容小于0.1亿m3时，坝体施工期临时度汛洪水设计标准可采用50～20年重现期洪水。根据水文调算结果，坝体填筑超过围堰高程时拦蓄库容为21.5万m3，经综合考虑各种因素，采用20年洪水重现期标准。

3.2 导流方式

坝址处河谷宽80～100 m，坝型为混凝土面板堆石坝。按照枢纽总体布置，大坝右岸设泄洪洞，用来泄洪，并兼做水库放空洞。施工期间可利用泄洪洞进行泄洪。

根据本工程堆石坝的施工特点，结合坝址处地形、地貌、枢纽布置特点及工程进度要求，施工期间的导流采用全断面围堰挡水，导流泄洪洞泄流的导流方式；当大坝坝体填筑高程超过围堰堰顶高程时，采用坝体临时拦洪度汛，导流泄洪洞泄流的导流方式。

第一年，利用原河床导流，进行导流泄洪洞的施工，要求第一年汛后导流泄洪洞贯通。为了减少坝体临时度汛的填筑强度，同时进行大坝左、右岸的基坑开挖及坝体的填筑工作。第一年汛后修筑全断面上游围堰，利用已完工的导流泄洪洞泄流，进行河床段基坑开挖、基础处理及坝体填筑工作，第二年汛前大坝填筑到坝体临时拦洪度汛高程，确保坝体安全度汛。

3.3 导流建筑物设计

3.3.1 导流泄洪洞设计

导流泄洪洞布置于大坝右岸，洞轴线为直线布置，进口位于坝址上游的河流凹岸处，出口位于大坝下游河流凹岸处，总长201.21 m，其中进口段长9.7 m，平底；洞身段长170 m，洞身为圆形，洞径6.0 m，纵4.7%；出口段长21.5 m，平底。

3.3.2 围堰设计

根据地形条件，并考虑在坝址上游预留施工交通及筑坝材料堆放空间，上游围堰布置在导流泄洪洞引水渠的下游侧，距坝轴线约150 m。由于河道坡降较陡，且坝址下游160 m处（导流洞出口）即为陡坎，因此，不需修筑下游围堰。

1）横断面设计

经调洪计算，全年5年一遇洪水设计流量38.4m3/s，相应水位2.70 m。围堰顶高程按下式确定，即:

式中，H—堰顶高程，m；h—堰前静水位；R—波浪爬高，计算后得0.6 m；A—安全加高，m。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）规定，5级土石围堰的安全超高为0.5 m。

根据上式计算，上游围堰堰顶高程为3.80 m。

围堰采用土石围堰形式，围堰填筑利用坝肩开挖料。围堰顶宽为4 m，最大堰高3.8 m，堰长101.1 m，围堰迎水面边坡 1∶2.5，背水面边坡 1∶2.0。

2）防渗设计

根据类似工程经验，围堰堰体采用复合土工膜（两布一膜）防渗，土工膜上下各设0.2 m厚砂垫层，垫层上面依次设0.2 m厚的碎石垫层及0.3 m厚的干砌石护坡。按规范要求，土工膜与堰肩及防渗墙接头处设置伸缩节。

根据地质资料可知，围堰基础覆盖层主要为全新统晚期洪冲积漂石、混合土卵（漂）石、卵石混合土、级配不良砂等，厚度7～12 m，其渗透系数为18.5～41.3 m/d，平均值为28.5 m/d，为强透水层，存在基坑涌水问题，基坑涌水量为9 790 m3/d。需对围堰基础做防渗处理，考虑堰基采用高喷防渗墙防渗，高喷防渗墙采用单排灌浆孔布置，孔距1 m，防渗墙顶与坡面复合土工膜在堰脚处进行连接，伸入基岩2 m，堰基覆盖层厚约12 m，故灌浆深度按平均14.0 m考虑。

3.4 施工度汛

临时度汛标准采用20年一遇洪水标准，根据施工进度安排，考虑坝体施工方案，汛前坝体填筑至度汛高程，坝体填筑工程量约21.5万m3，月均填筑强度5.4万m3，日均填筑强度2 150 m3，根据类似工程的填筑经验，通过施工进度及填筑强度分析，第二年汛前大坝可以填筑至拦洪高程以上。

4 导流建筑物施工

4.1 导流泄洪洞施工

导流泄洪洞开挖由进、出口两个工作面同时施工。进、出口明挖采用潜孔钻和风钻钻孔爆破，自上而下分层开挖，设计边坡轮廓面开挖，采用预裂爆破或光面爆破。进洞前，应做好开挖及影响范围内的危石清理和坡顶的排水。洞身段采用全断面开挖，气腿式风钻造孔，周边光面爆破的施工方法，所爆石渣用1 m3装载机铲装，15 t自卸汽车运输至临时堆料场，用于坝体填筑。在局部不稳定围岩地段，及时进行喷锚支护措施，随后进行钢筋混凝土衬砌。

洞身混凝土衬砌采用钢模台车，混凝土搅拌车运输至浇筑部位，转混凝土泵送入仓，人工振捣浇筑。

4.2 围堰施工

围堰为土石围堰，堰体的填筑土料，利用开挖料，由自卸汽车运输至工作面，推土机推平，振动碾碾压。土工膜的铺设随堰体高度的上升进行，施工中需做好搭接，留好富裕，避免破坏。

高压喷射混凝土防渗墙施工采用三管法，其施工程序主要有:造孔、下喷射管、喷射灌浆提升、最后成墙。

围堰须在水库蓄水前拆除，从围堰背水坡开始分层拆除，采用推土机推运，1 m3挖掘机装10 t自卸汽车运输至临时堆料场。

5 结语

施工导流是水利水电工程施工组织设计的重要内容，是控制大坝施工进度工期的关键线路，贯穿于大坝施工全过程。红豆峡水库施工导流设计方案，根据水文地质和工程需要，充分结合了本工程的自然条件，对工程施工导流标准、导流方式、导流建筑物设计等进行了论证分析，认为采用全断面围堰挡水，导流泄洪洞泄流的导流方案可以达到经济合理和安全的目标，同时对工程顺利实施起到了关键作用，也对类似工程的施工导流设计具有借鉴意义。