沙千水库施工导流规划与导流建筑物设计

金宏洲

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002)

沙千水库位于贵州省赤水市长沙镇境内沙千河上，水库总库容为642×104m3，正常蓄水位为452.00 m，死水位为425.50 m。水库枢纽主要由挡水大坝、泄洪表孔、取水建筑物和放空兼冲沙建筑物等组成。水库规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等。大坝为堆石混凝土拱坝，主要建筑物大坝、坝顶溢流表孔、取水兼放空建筑物级别为4级，导流建筑物为5级建筑物。由于沙千水库坝址处河谷狭窄、两岸山高坡陡，所属沙千河属典型山区雨源性河流，坝址以上流域面积较大，洪水来势凶猛、峰高量大且汇流集中，加上河床部位坝体浇筑仓面较小，汛前浇筑量大且不具备分期导流布置场地条件[1-2]。因此，结合坝址两岸的地形、地质条件，研究优选与工程实际相匹配的施工导流方案及各项技术措施，是确保水库枢纽顺利施工建设的技术关键[3]。

1 工程水文地质条件

1.1 地形地质条件

坝址处河谷为对称性较好的“V”型斜向谷，河床平缓顺直。两岸以陡峻坡地为主，局部为陡坡或陡崖，综合坡度48～52°，近坝冲沟不发育，山体整体结构稳定。两岸山体高出河床200 m以上，坝区出露岩层主要为砂岩夹粉砂质泥岩、泥岩等，岩层产状为N35°～55°W/SW∠4°～6°，岩层总体倾上游偏左岸。坝址河床覆盖有0.3～1.0 m冲洪积砂卵砾石及碎块石，两岸缓坡多为残坡积粘土夹碎石及崩塌积块石覆盖。

1.2 水文气象条件

水库坝址处以上流域面积为55.6 km2，主河道长为13.3 km，多年平均径流量为3 740×104m3。水库所处沙千河流域属中亚热带季风湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，四季分明，降水较丰沛。降雨多发生在5—10月，尤以5—7月最为集中。多年平均气温为18.0℃，多年平均降水量为1 228.7 mm，多年平均日照时数为1 145.2 h，平均相对湿度为83%，平均无霜期为354 d，多年平均风速为1.5 m/s。

2 施工导流规划

沙千水库为小(1)型水库，挡水建筑物为堆石混凝土拱坝，最大坝高为66.0 m，坝顶长为190.4 m。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303—2017)相关指标确定，沙千水库导流建筑物为5级建筑物，施工导流标准采用5年一遇(P=20%)的洪水标准[4]。沙千水库第二和第三施工年度汛期之前可浇筑到412.00 m和458.00 m高程，相应拦洪库容为9.06×104m3和642×104m3，两个汛期拦洪库容均小于1 000×104m3；临时度汛洪水标准取10年一遇(P=10%)洪水，相应入库洪峰流量Q10%=254.0 m3/s。水库施工分期设计洪水成果如表1所示。

表1 沙千水库大坝施工分期设计洪水成果

根据表1中4个时段的分期设计洪水分析成果，结合大坝汛前浇筑量较大、施工场地狭小等特点，应尽量延长枯季施工时间。11月—次年4月洪水流量与12月—次年4月相差较小，相比枯季施工期较长，与大坝汛前浇筑目标所需时间较长匹配。因此，沙千水库施工导流时段优选在11月—次年4月，相应5年一遇导流流量为Q=29.4 m3/s。

3 施工导流方案比较

坝址处为基本对称的“V”型河谷结构，枯水期河水面宽6～25 m，河水深0.2～1.5 m。由于坝址处河床非常狭窄，坝体浇筑仓面较小，根据坝体结构特点及堆石混凝土施工工艺要求，采用明渠导流不利于坝基开挖，施工干扰较大，影响坝体堆筑速度[5]。隧洞导流虽投资较高，但其作为峡谷地区首选的导流方式，其施工安全和施工干扰等方面均较明渠导流优。结合沙千水库坝址处河谷狭窄、地形条件不利于布置导流明渠等特点，设计优选全段围堰挡水+导流隧洞过水的导流方式[6]。导流隧洞有两种方案：①改建左岸已有电站引水隧洞作为导流洞，②右岸新建导流隧洞。导流隧洞比选方案如图1所示。

方案一：改建坝址左岸电站已有引水隧洞作为导流洞。引水隧洞总长为593 m，断面约为b×h=1.5 m×3.0 m，隧洞进口高程为412.00 m，出口高程为408.00 m。经复核计算，已成引水隧洞，其断面尺寸无法满足施工导流及度汛需求，需将隧洞进行全段拓

图1 导流隧洞比选方案示意

宽改造或设置支洞并对隧洞进行局部拓宽。但由于已成引水隧洞高程较高，在坝址上游设置支洞连接已成引水隧洞时，上游围堰需高达15 m，上游围堰工程量巨大。因此，方案一采用全段拓宽改造引水隧洞较为经济合理，设置上游围堰并对隧洞出口明渠进行拓宽处理。

方案二：在河床右岸新建导流隧洞，总长为295 m，并设置上下游围堰。

经分析，两种方案均能满足施工导流及度汛要求，但改造扩挖已成隧洞工程投资为837.2万元，较新建隧洞方案753.7万元高83.5万元，且隧洞较长(长为593 m)，拓宽改造难度大、施工工期相对较长。另外，沙千水库枢纽上坝公路布置在左岸，左岸改造已成隧洞施工过程中，会严重影响进场公路及库区出行的交通需求。新建导流隧洞施工复杂度略低、综合造价经济效益较高，且相对工期较短，对工程成本和进度控制有利。因此，经技术、经济等方面综合比选后，优选全段围堰挡水+右岸新建导流隧洞的导流方式。

4 导流方式及程序

沙千水库堆石混凝土拱坝其汛前主体工程浇筑量大，且水库坝址处河谷狭窄、所属沙千河流域洪水来势凶猛，不适宜采用明渠导流或分期导流方式。根据拟定的导流方案，结合施工进度安排。大坝施工导流方式如表2所示。

表2 水库枢纽施工分期导流方式(汛期Q10%=254 m3/s，枯期Q20%=29.4 m3/s)

5 施工导流建筑物设计

5.1 导流隧洞

图2 导流隧洞平面布置示意

隧洞洞身段顶拱，根据开挖地质情况挂网喷C20混凝土(厚为10 cm)，设置随机锚杆，并在隧洞进、出口20 m范围以及地质较差洞段设置I14型钢支撑，间距为0.75 m。导流隧洞进口段、出口段、封堵段以及不良地质段(Ⅳ、Ⅴ类围岩)采用0.4m厚C25钢筋混凝土衬砌，并在顶拱范围内回填灌浆。其余围岩较为稳定洞段采用挂网喷混凝土方式支护。进出口引渠底板及侧墙采用C20混凝土衬砌，厚为30 cm；土质边坡段侧墙浇筑C20混凝土挡墙，墙底厚为1.0 m。

5.2 围堰设计

根据选用的导流方案和大坝施工进度安排，拟采用拦蓄枯季导流时段5年一遇洪水的上、下游不过水围堰。经分析比较，上、下游围堰均采用土工布防渗土石围堰。

1) 上游围堰

上游围堰堰脚距大坝上游开挖边界约26 m，堰前水位取导流隧洞宣泄Q=29.8 m3/s(P=20%，11—4月)时的上游水位为406.58 m。堰顶高程取408.00 m，最大堰高为6.5 m。堰顶宽取6.0 m，堰顶长为60.0 m，上下游坡比均为1:1.5。围堰基础清挖至强风化层后，堰体迎水面采用砂垫层整平后铺设土工布防渗，并采用0.6 m宽的均质土装编织袋护坡，围堰填筑完毕，进行充填灌浆。

2) 下游围堰

下游围堰堰脚距大坝下游开挖边界约36 m，堰前水位取导流隧洞宣泄Q=29.8 m3/s(P=20%，11—4月)时的下游水位为396.80 m，堰顶高程取398.00 m，最大堰高为3.0 m。堰顶宽取4.5 m，堰顶长为25.0 m，上下游坡比均为1:1.5。堰体迎水面铺设土工布防渗，采用均质土装编织袋护坡。堰体利用坝基开挖土石渣填筑，因水库坝址河段枯水期常年流量很小，堰基渗水量也较小，下游围堰基础不考虑防渗灌浆处理。

5.3 施工度汛

沙千水库为小(1)型水库，最大坝高为66.0 m。由于大坝为堆石混凝土拱坝，施工度汛洪水标准取10年一遇(P=10%)洪水，相应入库洪峰流量Q10%=254.0 m3/s。坝址河床较窄，堆石料运输入仓强度较小，经对浇筑强度估算，大坝在第1个枯季4个月内全坝段可浇筑至410.00 m高程(高于坝址段河床约10 m)，浇筑混凝土量约为3.75万m3。若只由右岸导流隧洞泄洪度汛，则导流隧洞断面较大，投资较高，因此，须在坝面预留缺口参与度汛分流。根据施工进度计划，沙千水库第2施工年度汛期之前全坝段浇筑至408.00 m高程(高于坝址段河床约8 m)，两侧坝段浇筑至412.00 m高程，在溢流坝段预留宽30 m缺口，深为4.0 m，以满足安全度汛要求。

6 结语

充分研究大坝枢纽布置、堆石混凝土拱坝施工工艺特点，对施工导流和度汛方案进行了详细对比分析和论证，得到如下结论：

1) 从技术、经济等方面，对改建已成隧洞和新建导流隧洞方案进行对比论证，表明：新建导流隧洞+上下游围堰一次性拦断河床的导流方案，能有效解决坝址区河床狭窄、施工场地布置紧张问题，施工安全性高、干扰小，满足导流及度汛要求，且有利于工程成本、工期等控制。

2) 选择11月—次年4月的导流时段，洪水流量Q=29.8 m3/s，尽量延长枯季施工时间，相对导流流量差异不大，有效兼顾了大坝浇筑时间及度汛安全。

3) 汛期采用大坝断面缺口+导流隧洞联合泄洪方案，通过分流泄洪既不影响大坝整体浇筑，同时也缩小了导流隧洞尺寸，工程投资经济效益得到较大提高。