步亭水庫泄洪方案比選

劉建玲

（臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000）

步亭水庫泄洪方案比選

劉建玲

（臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000）

泄洪方案的確定影響著水庫樞紐的防洪安全，在方案比選時(shí)考慮地質(zhì)、地形條件，并通過分析比較施工條件、工程造價(jià)、工程運(yùn)行管理等因素，最終選擇工程布置合理、施工簡單、經(jīng)濟(jì)可行的方案，并進(jìn)一步優(yōu)化泄洪建筑物，以期達(dá)到科學(xué)設(shè)計(jì)、精益求精的目標(biāo)。

泄洪方案；方案比選；分析比較；步亭水庫

1 工程概況

步亭水庫位于洪洞縣萬安鎮(zhèn)南步亭村北馬牧溝內(nèi)，屬黃河流域汾河水系，是一座以灌溉為主的?。ㄒ唬┬退畮?，水庫總庫容378.58萬m3。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。水庫樞紐工程由大壩、泄洪洞、引水工程及管理站等建筑物組成。

2 壩址區(qū)地質(zhì)條件

壩址河谷兩岸為較陡的土質(zhì)岸坡，谷底寬107 m，主河槽寬27.5 m，河底高程486 m，塬面高程左岸511.86～512 m，右岸511.82～511.9 m，河流侵蝕堆積階地地貌單元。主河床分布為第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4pal），兩岸地層巖性為中更新統(tǒng)（Q2），河谷岸坡坡腳為全新統(tǒng)坡積物（Q4dl）。地下水主要為松散巖層孔隙水，主河槽與河漫灘地下水位484.73～490.37 m。左、右壩肩地下水位483.97～484.09 m。兩壩肩地下水位低于河水位，河流補(bǔ)給地下水。

3 泄洪設(shè)施比選

在選定的壩線處，大壩兩岸為較陡的土質(zhì)岸坡，從樞紐布置及地形條件方面考慮，無布置溢洪道的條件，因此泄洪設(shè)施采用泄洪洞方案，且只能布置在主河槽位置附近或在左岸洞挖泄洪洞。結(jié)合洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，擬定壩身式泄洪洞和岸坡洞挖式泄洪洞兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

3.1 壩身式泄洪洞（方案一）

泄洪洞位于大壩樁號(hào)0+083處，全長331.5 m，由引水渠段、進(jìn)水塔段、洞身段、泄槽段、消力池段、海漫段、防沖槽段及尾水渠段組成。其中，引水渠段長7.5 m，為M10水泥砂漿砌石結(jié)構(gòu)，底寬7～3.7 m，底板厚0.6 m，側(cè)墻高2.0～4.5 m。

進(jìn)水塔進(jìn)口底高程483.0 m，閘孔尺寸為2.5 m×2.5 m（寬×高）。經(jīng)調(diào)洪演算，校核洪水位509.45 m時(shí)，最大泄量122.96 m3/s，啟閉平臺(tái)高程515.0 m，塔身高32.0 m。啟閉機(jī)室與壩頂間的工作橋長65 m。

泄洪洞進(jìn)口底高程483.0 m，洞身為馬蹄形斷面，洞徑4 m，洞身長140 m，底坡1∶80。泄洪洞出口接泄槽段，長70 m，泄槽底寬4～16 m，底坡1∶80，墻高4.125～5 m。泄槽末端接消力池，消力池采用挖深式，池底高程480.375 m，池長20 m，墻高5 m，池深1.8 m。消力池后接長24 m海漫段。海漫段后接長14 m防沖槽，后接長40 m尾水渠與現(xiàn)狀河槽順接。

方案一工程直接費(fèi)用865.10萬元，詳見表1。

表1 泄洪洞工程直接費(fèi)用表 單位：元

3.2 岸坡洞挖式泄洪洞（方案二）

在滿足工程總布置要求的條件下，岸坡洞挖式泄洪洞洞線應(yīng)選在線路短、沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單、水文地質(zhì)條件有利及施工方便的位置。進(jìn)口底高程既要滿足泄洪沖砂的要求，又不被淤泥堵死，經(jīng)分析比較最終確定泄洪洞位于大壩左岸，從平面布置上看，洞軸線兩端為直線，中間為圓弧加直線布置。

泄洪洞全長396.5 m，由引水渠段、進(jìn)水塔段、洞身段、泄槽段、消力池段、海漫段、防沖槽段及尾水渠段組成。其中，引水渠段長7.5 m，結(jié)構(gòu)型式及尺寸同壩身式泄洪洞。

進(jìn)水塔進(jìn)口底高程486.0 m，閘孔尺寸為2.5 m×2.5 m（寬×高）；經(jīng)調(diào)洪演算，校核洪水位509.57 m時(shí)最大泄量115.39 m3/s，啟閉平臺(tái)高程515.0 m，塔身高29.0 m，啟閉機(jī)室與壩頂間的工作橋長26.3 m。

泄洪洞進(jìn)口底高程為486.0 m，洞身為馬蹄形斷面，洞徑4 m，洞身長190 m，底坡1∶60。泄洪洞出口接泄槽段，長70 m，泄槽底寬4～16 m，底坡1∶60，墻高3.83～5 m。泄槽末端接消力池，消力池采用挖深式，池底高程481.66 m，池長18 m，墻高5 m，池深1.5 m。消力池后接長34 m海漫段。海漫段后接長14 m防沖槽，后接長47 m尾水渠與現(xiàn)狀河槽順接。

方案二工程直接費(fèi)用1 376.29萬元，詳見表1。

3.3 泄洪洞方案比選

兩個(gè)泄洪洞方案比選詳見表2。

3.3.1 壩身泄洪洞（方案一）特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：一是泄洪洞平面布置順直，水流條件好；二是洞身段及海漫段較短，與岸坡洞挖泄洪洞相比可節(jié)約投資511.19萬元；三是地質(zhì)問題簡單，易處理；四是施工簡單。缺點(diǎn)：一是泄洪洞埋深較大，后期運(yùn)行中可能會(huì)存在基礎(chǔ)不均勻沉陷問題；二是進(jìn)水塔與洞身銜接處、每節(jié)洞身分縫處可能因施工質(zhì)量產(chǎn)生漏水問題；三是泄洪洞洞壁和壩體土之間易產(chǎn)生接觸滲漏。

3.3.2 岸坡洞挖式泄洪洞（方案二）特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是后期運(yùn)行中基礎(chǔ)不均勻沉陷較小。缺點(diǎn)一是洞軸線兩端為直線，中間為圓弧布置，彎道段水流條件相對(duì)較差；二是洞身段及海漫段較長，投資相對(duì)較大，為1 376.29萬元；三是洞壁和洞頂以上為壤土、粉土，由于土的原生結(jié)構(gòu)垂直節(jié)理和次生構(gòu)造節(jié)理裂隙之間的組合關(guān)系，會(huì)造成洞頂裂縫掉塊及側(cè)墻楔形剪切體滑移體、塌落，在施工過程中，應(yīng)注意頂拱的坍塌問題。四是進(jìn)水塔與洞身銜接處、每節(jié)洞身分縫處可能因施工質(zhì)量產(chǎn)生漏水問題。五是泄洪洞洞壁和土體之間易產(chǎn)生接觸滲漏。

3.3.3 比選

壩身式泄洪洞（方案一）工程地質(zhì)條件較好，地質(zhì)問題簡單，易于處理；洞身短，投資相對(duì)較少；施工簡單；水流條件好；洞下部位于地下水位以下，存在基坑排水問題。

表2 泄洪洞方案比選表

岸坡洞挖式泄洪洞（方案二）工程地質(zhì)條件較好，成洞條件較好，地質(zhì)問題相對(duì)較復(fù)雜，施工時(shí)可能出現(xiàn)頂拱坍塌問題；洞身底部分布有地下水，施工工藝復(fù)雜、難度大；洞身段較長，投資相對(duì)較大；水流條件較差。

經(jīng)比較，壩身式泄洪洞優(yōu)于岸坡洞挖式泄洪洞，綜合考慮采用壩身泄洪洞方案（方案一）作為推薦方案。

4 結(jié)語

在確保工程安全和洪水標(biāo)準(zhǔn)的條件下，綜合工程地形、地質(zhì)條件，比較施工條件及難易程度、方案造價(jià)、工程完工后運(yùn)行管理等，選擇最佳設(shè)計(jì)方案,并在下階段設(shè)計(jì)中有針對(duì)性的對(duì)方案一進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

TV697.1+3

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1004-7042（2017）11-0021-02

劉建玲（1972-），女，2005年畢業(yè)于河北工程學(xué)院水利水電工程專業(yè)，高級(jí)工程師。

2017-09-03；

2017-10-15