龙井湾水库施工期拦洪度汛及导流建筑物设计

严尚嵘

(贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引言

龙井湾水库位于贵州省安顺市镇宁县沙子乡洒井村龙井湾寨，所处河流为乐纪河，距镇宁县51 km，距贵阳市175 km。水库校核洪水位（P=0.0.5%）为914.18 m，正常蓄水位为912.00 m，死水位为888.00 m，总库容为131.0万m3。龙井湾水库所处乐纪河属珠江流域北盘江左岸的二级支流，为典型的山区雨源型河流。受流域暴雨、地形和植被等因素影响，洪水呈现洪峰洪量集中、峰值高、历时短、陡涨陡落等特点［1］。为确保施工期挡水及导流建筑物具有较好的拦泄洪水与安全度汛功能［2-3］，根据工程地质条件和施工导截流标准，结合设计洪水分析成果，对导流方式及导流建筑物结构体型进行详细地设计论证，优选与流域暴雨水文环境条件和施工进度计划相匹配的施工分期导流方案，确保工程整体施工安全和关键路线工期。

1 工程地质条件

坝址河流流向N60°E，河床高程866.00～874.00 m，宽13.00～24.00 m，枯季水深小于0.50～1.00 m；河谷为对称V 形纵向谷，正常蓄水位912.00 m 时河谷宽112.35 m，宽高比为2.89。河床基岩裸露，局部低洼处为冲洪积层覆盖层，主要为残坡积、砂、卵、砾石等，厚0～1.00 m。左岸河床至895.00 m 高程坡度约34°，895.00 m 高程至915.00 m高程坡度约48°，915 m 高程以上坡度较缓，坡度多小于30°，大部分为第四系残坡积层覆盖，厚0.50～2.00 m。右岸河床至875.00 m 高程坡度约27°，875.00 m 高程至913.00 m 高程坡度约38°，913.00 m高程以上坡度约30°，右岸绝大部分基岩裸露，局部低洼处为第四系黏土覆盖。

坝区主要出露石炭系大塘组上司段（C1d2）、大塘组旧司段（C1d1）、摆佐组（C1b）以及第四系覆盖层（Q）。大塘组上司段（C1d2）为灰黑色黏土岩夹少量灰黑色薄层硅质岩及灰岩，主要分布在坝址左岸坡下部。大塘组旧司段（C1d1）为深灰色薄—中厚层灰岩，夹燧石灰岩、硅质岩，顶部为炭质页岩夹硅质岩，主要分布在坝址河谷及下游一带。摆佐组（C1b）为深灰色薄至中厚层灰岩，夹燧石灰岩，分布在坝址两岸坡中上部。覆盖层（Q）主要成分为黄色黏土、砂卵砾石、粉砂质黏土夹少量碎石，厚度0～5.00 m。坝址区地质构造简单，无断层发育，岩层为薄—中厚层状结构，岩体节理裂隙不发育，偶见有节理裂隙切穿一至三层薄层灰岩，无切穿多岩层的节理裂隙，也无切割较深、较大的贯穿性裂隙发育，节理裂隙面方解石填充，岩性为中硬岩，岩层中见有局部揉皱现象。

坝址处河流流向N60°E，坝区岩层受区域倒转向斜影响，整体倾左岸上游。河床岩层倾向左岸偏上游，产状为N55°E/NW∠35°～45°，左坝肩岩层产状为N74°E/NW∠47°，右坝肩岩层产状N76°E/NW∠40°。坝址区地质构造简单，无断层发育，岩层为薄～中厚层状结构，岩体节理裂隙不发育，偶见有节理裂隙切穿一至三层薄层灰岩，无切穿多岩层的节理裂隙，也无切割较深、较大的贯穿性裂隙发育，节理裂隙面方解石填充，岩性为中硬岩，岩层中见有局部揉皱等不利现象。

2 施工导流规划

2.1 导流标准及时段

龙井湾水库所属乐纪河流域为典型山区雨源型河流，需要对枯水期分期导流方案进行详细设计论证。水库总库容为131.0万m3，为Ⅳ等小（1）型工程，大坝枢纽由挡水重力坝、溢洪道和左岸取水兼放空建筑物等共同组成，主要建筑物为4 级，次要建筑物为5 级。乐纪河一般每年5 月进入汛期，至10月结束，枯水期一般出现在每年的11月至次年4月。根据乐纪河流域的洪水特性，结合大坝填筑施工进度计划安全，确定10月初—3月底、10月初—4月底、11 月初—3 月底、11 月初—4 月底共4 个施工分期，计算得出不同施工分期的设计洪峰及洪量成果，如表1所示。

表1 施工分期设计洪峰及洪量成果

龙井湾水库导流建筑物级别为5级，按枯期5 a一遇（P=20%）洪水标准设计。结合施工水库总进度安排，选择10月1日至次年4月30日作为导流时段，相应洪峰流量为Q20%=10.3 m³/s。

2.2 导流方式

龙井湾水库拦河坝为高填充自密实混凝土砌石重力坝，场区河谷狭窄，不适宜采用分期导流［4］。两岸山高坡陡，不宜采用明渠导流方式［5］。综合分析，龙井湾水库施工导流采用围堰一次拦断河床、隧洞过流的导流方式。由于右岸地形地质条件较差，不适宜布置导流隧洞，将导流隧洞设置在大坝左岸，如图1所示。

图1 施工导流平面布置

2.3 导流程序

根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303—2017）和高填充自密实混凝土砌石重力坝填筑施工特点，整个施工期划分为工程筹建期（6 个月）、工程准备期（9 个月）、主体工程施工期（17 个月）及完建期（4个月），4个建设期，总工期36个月。坝区施工分期导流程序，如表2所示。

表2 坝区施工分期导流程序

防洪演算成果表明，汛期由大坝临时挡水、导流隧洞过流时，大坝上游迎水面最高水位将达到888.60 m，而此时大坝混凝土浇筑高程已达到890.00 m，不影响大坝正常浇筑施工。因此，设计划分的主要工程项目内容和施工分期导流度汛方式合理、可行，可以确保大坝安全施工和临时度汛安全。

3 导流建筑物设计

3.1 导流隧洞

导流隧洞布置在河床左岸，城门洞形，衬砌后断面为2.0 m×2.6 m（宽×高），净断面面积4.85 m2。隧洞洞长196.60 m，进口底板高程883.00 m，出口高程868.00 m，底坡7.63%，进口明渠长11.46 m，出口明渠长25.00 m，进口设封堵叠梁门闸门井。汛期由坝体挡水、导流洞泄流，经调洪计算，遭遇度汛洪水（Q10%=52.8 m3/s）时，上游水位将达到888.60 m，拦蓄最大库容9万m3，导流洞最大下泄流量47.3 m3/s。第一个汛期来临之前大坝可浇筑至890.00 m 高程，满足安全度汛要求。

为了确保导流隧洞施工围岩稳定，对于Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖后立即采用临时支护挂网（Φ6.5@200 mm×200 mm）喷10 cm 厚的C20 混凝土进行支护。系统锚杆C25 mm，长2.5 m，间排距2.0 m×2.0 m（环×纵），梅花形布置，对应开挖断面尺寸为3.0 m×3.5 m；Ⅴ类围岩临时支护采用间距为0.8 m的I14 工字钢钢拱架支护并挂网（Φ6.5@200 mm×200 mm）喷20 cm 厚的C20 混凝土，顶拱系统锚杆C25 mm，长2.5 m，间排距2.0 m×0.8 m（环×纵），边墙两侧每侧设2 根C25 mm 锁脚锚杆，长2.5 m，排距0.8 m（纵）布置，不良地质洞段除采用Ⅴ类围岩临时支护外顶拱区域还应设置C25 mm，长4.5 m，间排距0.5 m×3.2 m（环×纵）超前锚杆，对应开挖断面尺寸为3.2 m×3.6 m；隧洞全洞段衬砌采用C25 钢筋混凝土，衬砌厚度40 cm。

导流隧洞施工时，导流洞进、出口预留部分不开挖作挡坎挡水，以满足第一年3 月—9 月施工期正常泄流需求。隧洞土方采用1.0 m3挖掘机开挖，石方采用钻孔爆破开挖。开挖渣料采用扒渣机装拖拉机洞内运输至洞口装8 t 自卸汽车运输出渣到弃渣场，综合运距洞内60 m、洞外2.8 km。导流隧洞全程需进行喷锚临时支护，不良地质洞段还需采用I14工字钢制作钢支撑拱架加强支护。

3.2 挡水围堰

龙井湾水库上游围堰位于大坝上游河道转弯处往上50 m 左右，下游围堰位于坝址下游约100 m处。上、下游围堰下伏基岩为石炭系下统大塘组上司段（C1d2）为灰—深灰色中厚层灰岩，强风化层厚3～7 m，岩层产状上（下）游围堰分别为N19°E/NW∠45°和状N60°W/NE∠55°，河床分布冲洪积松砂砾石层，厚0.5～1.5 m。综合考虑围堰为临时挡水围堰及围堰处地质条件［6］，设计优选充分利用导流洞和坝肩开挖渣料的黏土心墙土石堰型，上、下游围堰堰身采用黏土心墙防渗，基础采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔深入基岩强风化中下部。上游围堰典型断面设计，如图2所示。

图2 上游围堰典型断面设计

上游围堰顶部高程为886.00 m，采用不过水土石围堰，顶宽4.00 m，堰顶长度24.60 m，最大堰高8.76 m，迎水面坡度1∶2，背水面边坡1∶1.75；下游围堰顶部高程为865.00 m，采用不过水土石围堰，顶宽4 m，堰顶长度8.21 m，最大堰高2.36 m，迎水面坡度1∶1.75，背水面边坡1∶1.5。

3.3 导流洞封堵堵头

龙井湾水库导流隧洞堵头的位置设置于大坝防渗帷幕线与导流隧洞轴线相交区域，初定堵头迎水面桩号为D0+077.25 m，底板高程877.09 m。校核水位为914.18 m，作用在堵头上的水头为37.09 m，计算导流隧洞堵头计算长度为4.17 m。考虑安全、施工条件和其他异常情况，确定堵头长度为15 m，封堵段桩号为D0+077.500～D0+092.500 m。

4 结语

施工建设过程中，合理导截流方案是保障项目施工安全度汛的关键。龙井湾水库坝址处河床狭窄，流域属典型山区雨源型河流，洪水洪峰洪量集中、峰值高、历时短且陡涨陡落。在规划设计阶段，结合工程地质及施工分期洪水成果，经详细论证分析，设计优选与流域暴雨水文环境条件和施工进度计划相匹配的施工分期导流方案。