东庄水库导流围堰建设方案探析

白 银，葛 蒙

（陕西省泾惠渠灌溉中心，陕西 咸阳 713800）

东庄水库为陕西省第一大水库[1]，目前正在建设。导流方案为一次断流隧洞导流方式。为了确保导流工程安全顺利建设，需对围堰方案进行探讨。

1 概况

东庄水利枢纽主要由混凝土双曲拱坝、坝后水垫塘、左岸发电引水系统、供水取水洞及防渗工程等组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，最大坝高230 m，坝顶高程804 m，坝顶长度372.48 m[2]。坝体体型为抛物线双曲拱坝，顶拱拱冠梁厚度为11.5 m，底拱拱冠梁厚度为52 m。工程主体工程量为土方开挖约89万m3，石方开挖约547万m3，石方洞挖约64万m3。

2 水文、泥沙条件

泾河是渭河的最大支流，干流总长455.1 km，河道平均比降2.47‰，流域面积45 421 km2[3]。多年平均年降水量499.1 mm，洪水最早出现在4月，洪峰流量较小，10 月受霖雨影响，亦有洪水发生，但量级较大的洪水一般出现在7—9 月上旬。泾河多年平均径流量19.04 亿m3，汛期7—9 月水量占全年的51%[4]。张家山水文站监测数据显示，泾河多年平均输沙量2.48亿t，年均含沙量为144 kg∕m3。根据东庄水利枢纽工程建设设计报告，施工期不同频率设计洪水详见表1。

表1 分期不同频率设计洪水m3∕s

3 导流时间顺序

东庄水利枢纽工程规模为大（1）型，围堰保护对象为1 级建筑物混凝土双曲拱坝，工程下游为峡谷河道，无城镇和工矿企业，若围堰失事会淹没基坑，对总工期及第一台机组发电将造成较大经济损失[5]。初期导流围堰使用年限为2.5 a，围堰高54.4 m，大于50 m，但堰前库容2 100万m3，小于1亿m3。东庄水库是陕西省在建的最大综合性水利工程。按照施工进度，第三年10 月初截流，第四年和第五年汛期开始进行挡水导流洞泄流；第六年导流洞和导流底孔联合泄流；第七年导流洞和1#导流底孔联合泄流度汛；第八年大坝临时挡水度汛，非常排沙底孔和泄洪中孔联合泄流。

4 围堰方案比较

坝址处河床狭窄，为“V”形河谷，无天然台地和垭口可以利用，不具备分期导流或明渠导流的条件。两岸地形陡峻，山体雄厚，基岩出露，具有良好的隧洞导流条件。根据工程地形，结合导流时间，特提出2种围堰方案进行比较。

4.1 过水围堰方案

初期导流标准为枯水期（10 月—翌年6 月）10 a一遇设计洪水流量，即957 m3∕s。导流洞1 条，长891.2 m，宽×高为12 m×14 m，顶拱角度120°，进口高程593.0 m，底坡3‰。导流底孔进口高程606.0 m，洞身断面孔口尺寸5.5 m×10 m，出口处顶部进行压坡，断面尺寸为5.5 m×9 m。缺口进口高程630.0 m，宽60 m。上游围堰堰顶高程608.5 m，迎水面直立，背水面1∶0.75，最大堰高28.6 m 。下游围堰堰顶高程600.3 m，迎水面1∶2，背水面1∶1.8，最大堰高15.3 m。4.2 拦洪围堰方案初期导流标准为全年10 a一遇设计洪水流量，即5 300 m3∕s。导流洞1 条，长912.5 m，宽×高为17 m×19 m，顶拱角度120°，进口高程593.0 m，底坡3.5‰。导流底孔进口高程606.0 m，洞身断面孔口尺寸5.5 m×10 m，出口处顶部进行压坡，断面尺寸为5.5 m×9 m。无缺口。上游围堰堰顶高程639.2 m，迎水面直立，背水面1∶0.8，最大堰高103.5 m。下游围堰堰顶高程612.6 m，最大堰高27.6 m，迎水面1∶2，背水面1∶1.8，最大堰高40.5 m。

过水围堰导流方案下，第四年和第五年汛期前坝体填筑高程达不到度汛前要求高程，大坝基坑汛期需要停工度汛。泾河多年平均含沙量144 kg∕m3，汛期多年平均含沙量212 kg∕m3，实测最大含沙量高达1 428 kg∕m3，坝面过水后处理困难，汛后清淤工程量大，基坑淹没后处理时间长、费用高。与拦洪围堰导流方案比较，工程总工期损失10个月，供水及发电效益损失12个月，而且施工导流程序复杂。根据资料统计，国内已建大型双曲混凝土拱坝均在全年围堰的保护下施工，通过工期、经济等方面综合比较，发现拦洪围堰导流方案优于过水围堰导流方案，因此推荐拦洪围堰导流方案。2种围堰方案优缺点比较，详见表2。

表2 不同导流时段方案综合比较

5 围堰结构型式比较和施工

围堰型式有碾压混凝土和土石围堰。东庄水库坝址区河道狭窄、岩石出露，在坝下650 m 处河道向左60°拐弯。对于土石围堰方案而言，经导流洞左、右岸布置比较，导流洞布置在右岸为宜。与碾压混凝土围堰方案相比，仅是导流洞进口靠上游一些。参考国内已建工程经验，按照围堰填筑高度不大于70 m 考虑，土石围堰在一个枯水期填筑高度能够达到70 m 左右。不同围堰结构型式综合比较，详见表3。经过施工导流标准多目标决策模型对土石围堰与混凝土围堰分析，发现碾压混凝土围堰方案较优。经技术、安全、经济等方面综合比较，推荐上游围堰为碾压混凝土围堰、下游围堰为土石围堰。

表3 不同围堰结构型式综合比较

5.1 上游围堰

上游围堰河床为“V”形河谷，左岸近直立，右岸略缓，两岸基岩裸露，为巨厚层灰岩。总体而言，围堰部位岩体溶蚀风化及卸荷作用不强烈，岩体较新鲜完整，强度较高，透水率较低，除F55 断层外无其他控制性软弱结构面，岩体抗滑和抵抗变形能力较强，作为坝基需对F55断层进行处理，以满足防止渗漏和变形要求。考虑围堰处河谷狭窄和河床基础岩石裸露，上游围堰选择碾压混凝土围堰型式，基础坐落在弱风化下限岩石上。围堰前水位为638.02 m，考虑安全超高与风浪爬高后，围堰堰顶高程为639.20 m，顶宽5 m。围堰迎水面边坡直立，背水面边坡为1∶0.8，最大堰高54.4 m，轴线长约103.5 m。

5.2 下游围堰

下游围堰河床为“V”形河谷，两岸基岩裸露。总体而言，围堰部位岩体溶蚀风化及卸荷作用不强烈，岩体较新鲜完整，强度较高，透水率较低，岩体抗滑和抵抗变形能力较强，但发育有数条裂隙，应注意裂隙切割形成块体的稳定问题。围堰采用土石围堰，围堰堰前水位为611.38 m，考虑围堰安全超高后，围堰堰顶高程为612.60 m，顶宽5 m。围堰迎水面边坡直立，背水面边坡为1∶0.7，最大堰高27.6 m，轴线长40.5 m。

5.3 围堰施工

河床基础岩石裸露，上游围堰为碾压混凝土围堰，基础坐落在弱风化岩石上，下游围堰为土石围堰。

5.3.1 上游围堰

上游围堰主要工程量包括基础开挖5.61万m3，碾压混凝土浇筑8.7 万m3，固结灌浆211 m，接触灌浆0.2万m2。为了保证碾压混凝土围堰能够干地施工，需要在上游修建土石子堰。子堰挡水标准流量为278 m3∕s（11 月—翌年5 月），此时洪水由导流洞下泄。上游子堰堰前水位为597.6 m，堰顶高程598.1 m，迎水面坡比1∶2，背水面坡比1∶1.8，最大堰高9 m。

根据施工进度安排，截流前进行右岸595 m 高程以上和左岸高程650 m 以上开挖；第三年10 月初进行截流，截流后10—11 月进行子堰施工，第四年1月底完成岸坡开挖，第四年3月中旬完成围堰基础处理，第四年3 月中旬—第四年6 月进行碾压混凝土围堰施工。

右岸岸坡采用浅孔梯段爆破，台阶高度为5.0 m，上部开挖以手风钻钻孔为主，下部以潜孔钻机钻孔为主。左岸岸坡采用浅孔梯段爆破，台阶高度为5.0 m，采用手风钻钻孔。开挖石渣采用人工胶轮车倒渣至下部河底。下部采用2 m3反铲挖掘机进行水下清渣，15 t 自卸汽车运输至渣场。围堰基坑开挖深度10 m，开挖高程为595～585 m，平面开挖尺寸为25 m×47 m，开挖量为17 520 m3。初步考虑采用分层浅孔梯段爆破开挖，分层高度为5.0 m。根据开挖平面尺寸，将开挖面分成4个分区进行开采，单区平面尺寸约25 m×12 m。采用手风钻钻孔，实行毫秒微差爆破和边坡预裂爆破。开挖石渣采用2 m3挖掘机装渣，15 t 自卸汽车运输至渣场。

围堰基础主要进行固结灌浆，灌浆孔总长度为211 m。灌浆孔布置为2 排，每排9 个灌浆孔，间距3 m，孔深10 m。固结灌浆分两序进行，钻孔采用地质钻机钻孔，灌浆采用BW150 型灌浆泵灌浆，浆液在现场有400 L泥浆搅拌机拌制。

5.3.2 下游围堰

下游围堰主要工程量有土石混合料填筑6.76万m3，土工膜铺设0.3 万m2，围堰拆除6.76 万m3。利用1#路接支线下至河床底部，土石混合料填筑采用2.0 m3液压正铲挖掘机挖装、15 t 自卸汽车运输、后退法卸料、88 kW 推土机平料，同时以14 t 振动碾碾压6～8遍。

6 结语

东庄水库导流围堰保护对象为混凝土双曲拱坝，初期导流围堰使用年限为2.5 a，经过围堰方案和土石、混凝土等不同结构型式围堰的技术经济综合比较，最终选定上游围堰为碾压混凝土拦洪围堰、下游围堰为土石拦洪围堰，为工程实施提供了科学依据。