淺談南水北調(diào)中線陶岔渠首樞紐工程施工導(dǎo)流技術(shù)

楊 亮錢(qián)士廣陳紅維

一、工程概況

陶岔渠首樞紐工程是南水北調(diào)中線一期工程輸水總干渠的引水渠首，順?biāo)鞣较虬ㄉ嫌我?、引水閘及電站建筑樞紐、下游水閘消力池及電站尾水渠和兩岸岸坡防護(hù)工程等部分。工程以引水為主，兼顧灌溉和引水發(fā)電。電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量50MW。

壩頂高程176.6m，軸線長(zhǎng)265m，共分15個(gè)壩段。其中1#～5#壩段為左岸非溢流壩，6#壩段為安裝場(chǎng)壩段，7#～8#壩段為廠房壩段，9#～10#壩段為引水閘室段，11#～15#壩段為右岸非溢流壩。引水閘布置在渠道中部右側(cè)，采用3孔閘，孔口尺寸7m×6.5m（寬×高）。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)38m，閘底板厚3.0m，底板頂高程140m。工程于2010年3月22日正式開(kāi)工。

二、原設(shè)計(jì)導(dǎo)流方案

陶岔渠首樞紐工程施工期間利用陶岔老閘攔擋丹江口水庫(kù)庫(kù)水，每年3~4月及7~9月為保證下游灌溉用水需要，位于灌溉水位152m以下工作面停止施工；當(dāng)新建渠首樞紐全面澆筑至設(shè)計(jì)壩頂高程后，拆除老閘。施工組織設(shè)計(jì)擬定的導(dǎo)流方案為：施工期第一年進(jìn)行基坑開(kāi)挖，第二年3～4月、7～9月及第三年3～4月灌溉期間暫?；炷翝仓?，基坑過(guò)水引水灌溉，之后利用新建引水閘過(guò)水灌溉。施工單位原計(jì)劃2011年2月底完成灌溉水位以下混凝土工程，2011年3月實(shí)現(xiàn)灌溉過(guò)水與施工兩不誤。

三、施工條件變化及影響

南水北調(diào)中線一期工程要求2014年通水，陶岔渠首樞紐工程建設(shè)工期本就緊張。施工初期，受陶岔電灌站復(fù)建交叉施工影響，2010年12月21日主體混凝土澆筑才開(kāi)始，比計(jì)劃推遲了2個(gè)月，春灌前大壩混凝土澆筑到灌溉水位以上的目標(biāo)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而國(guó)務(wù)院南水北調(diào)辦明確要求2011年2月底前必須滿足引水灌溉需要，確保2011年安全度汛。這樣一來(lái)施工面臨兩個(gè)亟待解決的問(wèn)題：一是2011年2月底前要具備引水灌溉條件；二是把耽誤的工期搶回來(lái)，確保工程按期完工。顯然，如仍采取原導(dǎo)流方案進(jìn)行施工，基坑全部過(guò)水，可以滿足春灌的需要，但工期將拖延。改變導(dǎo)流方案，實(shí)現(xiàn)過(guò)水灌溉并保證關(guān)鍵路線上的電站廠房壩段正常施工，是解決灌溉與進(jìn)度矛盾的唯一途徑。

四、導(dǎo)流方案選擇

陶岔老閘于1974年建成，閘頂高程162m，老閘采用5孔泄水閘，樞紐工程施工期間老閘作為上游圍堰仍發(fā)揮擋水作用。針對(duì)陶岔渠首樞紐工程具體情況提出如下兩種過(guò)流方式:方案一采用主廠房過(guò)水，該方案優(yōu)點(diǎn)是不必增設(shè)混凝土縱向圍堰，可直接基坑充水導(dǎo)流，但該方案必將大大影響處于關(guān)鍵線路上的廠房主體結(jié)構(gòu)施工工期，加之過(guò)水后基礎(chǔ)清淤以及相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)除銹，勢(shì)必在質(zhì)量和投資上付出巨大。方案二將老閘（5閘孔）—新引水閘邊墩—廠閘導(dǎo)墻順向連接，三者之間增設(shè)臨時(shí)縱向混凝土圍堰（擋水墻），廠閘導(dǎo)墻尾部修筑土石圍堰將水通過(guò)右側(cè)墻和右岸坡形成的通道引至下游現(xiàn)有引渠，形成明渠導(dǎo)流，達(dá)到導(dǎo)流目的。該方案在導(dǎo)流期間，處于工期關(guān)鍵線路上的電站廠房、安裝場(chǎng)壩段土建、金結(jié)水機(jī)等施工能保證連續(xù)施工。

五、導(dǎo)流方案分析計(jì)算

1.標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)陶岔老閘歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年灌溉期陶岔老閘的下泄灌溉流量不超過(guò)50m3/s。

2.斷面計(jì)算

本導(dǎo)流為明渠導(dǎo)流，已知流量Q=50m3/s，過(guò)流斷面取矩形斷面，最窄處在老閘出口處，底寬b=6m，邊坡系數(shù) m=0.3，渠道底坡 i=0.008，渠道粗糙系數(shù)n取0.033，根據(jù)謝才公式Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2計(jì)算水深 h。

因此，保證導(dǎo)流明渠寬度B不小于6m，明渠水位EL146m，考慮運(yùn)行安全、防止水位漫過(guò)堰頂，圍堰頂部高程確定為EL147m。

3.混凝土縱向圍堰設(shè)計(jì)

根據(jù)過(guò)流斷面確定了縱向圍堰頂部高程為EL147m，底部高程約為EL140m，所以圍堰高度約為7m（已考慮超高），初步設(shè)計(jì)混凝土圍堰頂寬60cm，底寬250cm，迎水面為直立面，背水面坡比為1∶0.27，擋水墻底部為老閘下游底板混凝土，摩擦系數(shù)取0.65。

考慮到擋水墻的穩(wěn)定性，對(duì)擋水墻傾覆穩(wěn)定性Kt（Kt＞1.5安全）和滑動(dòng)穩(wěn)定性Ks（Ks＞1.3安全）兩部分進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）水壓力計(jì)算

取1m墻長(zhǎng)為計(jì)算單元。

水壓力作用點(diǎn)距墻趾距離hf=1/3h。

（2）擋水墻自重和重心距離墻趾的距離

將擋水墻分成一個(gè)三角形G1和一個(gè)矩形G2。

（3）抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

（4）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.土質(zhì)圍堰設(shè)計(jì)

為保證導(dǎo)流明渠貫通，擬在廠閘導(dǎo)墻下游修筑土質(zhì)圍堰順接下游河道。

需修筑的縱向土質(zhì)圍堰底部高程與上游混凝土縱向圍堰基本一致，設(shè)計(jì)圍堰高度仍按7m考慮，堰頂高程為EL147m，堰頂寬3m。迎水面坡比為1∶2.5，背水面坡比為1∶2。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)面狹窄，為保證土石圍堰防滲、防沖刷，迎水面采用填筑1m厚石渣防沖，其后部填筑粘土防滲。

5.縱向圍堰接頭防滲設(shè)計(jì)

縱向圍堰導(dǎo)流，各接頭部位的防滲至關(guān)重要，為保證修筑的縱向混凝土圍堰、土石圍堰與相鄰建筑物平順連接、有效防滲，采取措施如下：

（1）引水閘上游縱向混凝土圍堰與老閘閘墩接頭處，以及縱向圍堰與廠閘導(dǎo)墻之間均預(yù)埋兩道遇水膨脹止水膠條。

（2）縱向混凝土圍堰深20m處設(shè)一道伸縮縫，伸縮縫處設(shè)置兩道D型橡膠止水帶防滲，縫面貼1cm泡沫板。

（3）縱向混凝土圍堰與老閘底板混凝土結(jié)合面，對(duì)老閘底板混凝土表面進(jìn)行人工清理，表面做鑿毛處理，并布置插筋。

（4）廠閘導(dǎo)墻與下游土質(zhì)圍堰接頭，為保證土質(zhì)圍堰與混凝土有效連接，填筑圍堰前，混凝土接觸部位涂刷1∶2混合的泥漿，填筑時(shí)采取“粘土裹頭”處理，即在填筑圍堰時(shí)，在與混凝土接觸段延伸填筑粘土，增加粘土與混凝土接觸面，延長(zhǎng)水流的滲徑，盡可能減少滲水，并保證連接部位順接，同樣應(yīng)用在廠閘導(dǎo)墻下游的縱向土質(zhì)圍堰。

六、綜合評(píng)價(jià)

方案二導(dǎo)流工程結(jié)合了關(guān)鍵線路上永久工程施工，不增加總體工期，剩余縱向臨時(shí)圍堰工程只占用小部分工期，進(jìn)度上不影響總體工期。如采用基坑過(guò)水進(jìn)行導(dǎo)流，首先影響主廠房關(guān)鍵線路節(jié)點(diǎn)工期，過(guò)水后淤積物清理將更加耗時(shí)，共計(jì)直接制約關(guān)鍵線路直線工期約120d，對(duì)整個(gè)樞紐進(jìn)度造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

導(dǎo)流期間共計(jì)新增投資約249.7萬(wàn)元；如果采用基坑過(guò)水形式，則需多支出設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)、排水清理費(fèi)、人員窩工、趕工費(fèi)等約420萬(wàn)元，且工程質(zhì)量受到一定影響。

綜上所述，臨時(shí)導(dǎo)流方案二充分考慮了陶岔老閘和新建樞紐工程布置情況，在保證導(dǎo)流期的安全運(yùn)行情況下，有效保證了總體施工進(jìn)度和投資上的最大節(jié)約，建設(shè)單位最終決定按方案二實(shí)施臨時(shí)導(dǎo)流。

七、運(yùn)行情況

臨時(shí)導(dǎo)流工程于2011年2月19日完成，2月20日啟用。過(guò)水過(guò)程中，左岸大壩基坑沒(méi)有出現(xiàn)滲水，臨時(shí)導(dǎo)流明渠和永久建筑未出現(xiàn)安全穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)左側(cè)處于工期關(guān)鍵線路的電站廠房壩段正常施工，實(shí)現(xiàn)了施工灌溉兩不誤，有效保障了地方人民生產(chǎn)和樞紐工程建設(shè)總體目標(biāo)■