南水北調(diào)東線(xiàn)泗洪站樞紐工程施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)

林 農(nóng)，王 麗

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223005)

泗洪站樞紐工程是南水北調(diào)東線(xiàn)一期工程的第四梯級(jí)泵站，設(shè)計(jì)流量120m3/s，其主要任務(wù)是將第三梯級(jí)抽入洪澤湖江水通過(guò)運(yùn)西線(xiàn)徐洪河繼續(xù)北送至第五梯級(jí)濉寧站，再由房亭河入駱馬湖，同時(shí)結(jié)合地方排澇和通航。樞紐位于江蘇省泗洪縣朱湖鄉(xiāng)東南的徐洪河上，距三岔河大橋下游約4km，距洪澤湖顧勒河口上游約16km處。泗洪站樞紐工程包括泵站、排澇調(diào)節(jié)閘、徐洪河節(jié)制閘、利民河排澇閘、泗洪船閘及引河等調(diào)水、排澇、擋洪、航運(yùn)交通建筑物。工程建筑物類(lèi)型多、工程量大、建設(shè)周期長(zhǎng)、施工環(huán)境復(fù)雜，需要分年度分期實(shí)施，工程需要跨汛期施工，切實(shí)可行的施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)顯得尤為重要。通過(guò)對(duì)泗洪站樞紐工程施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，有效地指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，對(duì)類(lèi)似工程的施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 樞紐總體布置及施工特點(diǎn)

1.1 樞紐總體布置

泗洪站樞紐工程包括泵站、泗洪船閘、徐洪河節(jié)制閘、排澇調(diào)節(jié)閘、利民河排澇閘等建筑物。泵站設(shè)計(jì)流量為120m3/s，安裝5臺(tái)葉輪直徑3.05m的后置燈泡貫流泵；其配套建筑物排澇調(diào)節(jié)閘設(shè)計(jì)流量120m3/s，為開(kāi)敞式平底板結(jié)構(gòu)，共5孔，每孔凈寬9.00m；徐洪河節(jié)制閘設(shè)計(jì)流量1120m3/s，采用開(kāi)敞式平底板結(jié)構(gòu)，共10孔，每孔凈寬10m；利民河排澇閘設(shè)計(jì)排澇流量為72m3/s，為開(kāi)敞式平底板結(jié)構(gòu)，共3孔，每孔凈寬6.00m；泗洪船閘為Ⅴ級(jí)船閘，建設(shè)規(guī)模為16m×180m×3.5m。

樞紐各建筑物布置采用節(jié)制閘、船閘及泵站引河平行布置的方式，排澇調(diào)節(jié)閘、節(jié)制閘和船閘下閘首布置在同一軸線(xiàn)上。泵站引河中心線(xiàn)與節(jié)制閘中心線(xiàn)距離235m；泵站與排澇調(diào)節(jié)閘兩者橫軸線(xiàn)相距350m，排澇調(diào)節(jié)閘兼作清污機(jī)橋；利民河排澇引河通過(guò)利民河排澇閘接入泵站下游引河。將管理所布置在泵站與調(diào)節(jié)閘之間的中隔堤上，內(nèi)部交通可通過(guò)站上交通橋或排澇調(diào)節(jié)閘上交通橋進(jìn)入站區(qū)。

1.2 工程施工特點(diǎn)

樞紐工程單體建筑物多、工程數(shù)量大，泵站、船閘工程施工工序多、施工流程復(fù)雜、施工技術(shù)要求高，各建筑物之間相互銜接工期優(yōu)化難度大。泵站和船閘主體工程建設(shè)工期需要一年半時(shí)間，而節(jié)制閘考慮度汛要求，水下部分施工需在冬春季完成，需要開(kāi)挖導(dǎo)流河進(jìn)行非汛期導(dǎo)流。各個(gè)建筑物的施工需分期實(shí)施，既要考慮汛期施工，又要考慮非汛期施工，相應(yīng)施工導(dǎo)截流也要分期進(jìn)行。需要合理確定導(dǎo)流河和施工圍堰的標(biāo)準(zhǔn)和斷面，既要安全可靠，又要節(jié)省投資。

2 施工導(dǎo)截流方案設(shè)計(jì)

2.1 施工導(dǎo)流方案比選

由于泗洪站樞紐工程建筑物較多，又是南水北調(diào)東線(xiàn)調(diào)水線(xiàn)路上控制性工程，施工次序涉及各建筑物功能銜接和現(xiàn)狀條件利用及配置等問(wèn)題，因此科學(xué)合理選擇施工導(dǎo)截流方案至關(guān)重要。根據(jù)資源需求量均衡、照顧重點(diǎn)，避免資源需求量不合理峰值的原則，對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃和導(dǎo)截流方案進(jìn)行比選。

方案一(船閘先期施工)。工程總體施工順序?yàn)椋罕谜疽?兼導(dǎo)流河)工程、船閘工程(一期工程)→節(jié)制閘工程(二期工程)→泵站工程、利民河排澇閘工程、排澇調(diào)節(jié)閘工程及附屬工程(三期工程)。施工導(dǎo)截流也分為三期：一期工程船閘和泵站引河施工期間利用徐洪河導(dǎo)流，沿徐洪河左岸的灘地順?biāo)飨蛱钪l施工圍堰；二期工程徐洪河節(jié)制閘施工期間利用泵站引河作為導(dǎo)流河，在節(jié)制閘上下游徐洪河上填筑橫向施工圍堰；三期工程泵站、排澇閘等施工期間利用徐洪河節(jié)制閘導(dǎo)流以及船閘通航，在泵站上下游引河上填筑施工圍堰。

該方案特點(diǎn)是船閘先期施工，利用冬春季施工節(jié)制閘，船閘與節(jié)制閘水下工程同時(shí)完工再施工泵站，利用節(jié)制閘導(dǎo)流，船閘通航(總工期為船閘與泵站工期之和)。方案優(yōu)點(diǎn)：徐洪河可以不斷航，減少交通損失；泵站引河兼作導(dǎo)流河，不需要重新開(kāi)挖導(dǎo)流河，減少工程造價(jià)；資源需求量比較均衡，避免不合理峰值；新筑堤防基本為旱地施工，施工質(zhì)量得到保證。方案缺點(diǎn)：施工工期較長(zhǎng)，施工場(chǎng)地需要轉(zhuǎn)換，臨時(shí)設(shè)施費(fèi)用較多。

方案二(泵站、船閘同時(shí)施工，節(jié)制閘施工利用臨時(shí)導(dǎo)流河導(dǎo)流方案)。工程總體施工順序?yàn)椋罕谜疽印⒈谜?、船閘、調(diào)節(jié)閘同時(shí)施工(一期工程)→節(jié)制閘及附屬設(shè)施等施工(二期工程)。施工導(dǎo)截流也分為兩期：一期為泵站引河、泵站、調(diào)度閘、船閘同時(shí)施工，利用徐洪河導(dǎo)流、通航，沿徐洪河左岸灘地填筑順?biāo)飨虼l圍堰需要滿(mǎn)足度汛要求；二期為泵站和船閘等主體工程基本完成，具備拆除圍堰放水條件后，在非汛期施工節(jié)制閘，利用泵站下游引河導(dǎo)流。需要在泵站與節(jié)制閘隔堤間開(kāi)挖臨時(shí)導(dǎo)流河，節(jié)制閘施工完畢封堵臨時(shí)導(dǎo)流河。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是工期相對(duì)較短，節(jié)制閘主體施工完成的同時(shí)船閘、泵站等施工也基本結(jié)束，主體工程施工總工期為泵站或船閘工期和節(jié)制閘水上工程工期之和。方案缺點(diǎn)：資源需求量相對(duì)集中，需求峰值較大，不均衡；在節(jié)制閘施工期間，徐洪河斷航時(shí)間較長(zhǎng)，水運(yùn)交通損失大；在徐洪河上游隔堤上新開(kāi)臨時(shí)導(dǎo)流河，封堵時(shí)新筑堤防質(zhì)量不易得到保證，易形成安全隱患；泵站以及節(jié)制閘基坑距離臨時(shí)導(dǎo)流河較近，施工期安全穩(wěn)定性較差，需采取防滲防沖措施。

方案三(泵站、船閘先期施工，節(jié)制閘施工利用船閘導(dǎo)流)。施工順序同方案二，一期工程施工導(dǎo)截流也同方案二，二期工程節(jié)制閘施工時(shí)，利用已建好的船閘導(dǎo)流，建筑物總工期為船閘與節(jié)制閘工期之和。方案優(yōu)點(diǎn)：工期相對(duì)較短；泵站可先投入運(yùn)行。缺點(diǎn)：資源需求量集中，不均衡；在節(jié)制閘施工期，徐洪河斷航(船閘導(dǎo)流時(shí)不通航)時(shí)間較長(zhǎng)，水運(yùn)損失較大；船閘導(dǎo)流時(shí)下游防沖消能措施需要加強(qiáng)，增加投資；船閘導(dǎo)流時(shí)上下游導(dǎo)流墻承受近七米水位差，導(dǎo)流墻斷面加大，大幅增加投資；由于船閘與節(jié)制閘為部分結(jié)合，距離較近，在船閘和節(jié)制閘施工時(shí)，應(yīng)考慮基坑防滲穩(wěn)定，結(jié)合部位需特殊處理。

從工程實(shí)施的難易程度、現(xiàn)場(chǎng)條件、工程投資以及工期等方面綜合比較，泗洪站樞紐工程施工導(dǎo)截流采用方案一(船閘先施工方案)。

2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 施工時(shí)段劃分

該工程施工導(dǎo)流分三期實(shí)施。第一期為船閘開(kāi)始施工期，利用徐洪河導(dǎo)流和航運(yùn)，為全年導(dǎo)流，沿徐洪河左岸灘地填筑船閘施工圍堰；第二期為節(jié)制閘施工期，利用已開(kāi)挖的泵站引河導(dǎo)流并進(jìn)行航運(yùn)，為非汛期導(dǎo)流，在徐洪河上分別填筑節(jié)制閘上下游施工圍堰；第三期為泵站、調(diào)節(jié)閘施工期間，利用徐洪河節(jié)制閘導(dǎo)流，船閘通航，為全年導(dǎo)流，在泵站引河上下游分別填筑施工圍堰。

2.2.2 施工導(dǎo)流流量及導(dǎo)流建筑物標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)站址上游水文站多年實(shí)測(cè)資料進(jìn)行頻率分析確定施工導(dǎo)流流量和施工期水位。船閘和泵站施工期導(dǎo)流流量按全年10年一遇資料分析確定，施工期水位為15.20m，導(dǎo)流流量為863m3/s；節(jié)制閘施工期按非汛期(當(dāng)年10月—第二年5月份)10年一遇水文資料確定，施工期水位為13.94m，導(dǎo)流流量為275m3/s。

根據(jù)SL 303—2017《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》導(dǎo)流建筑物劃分有關(guān)規(guī)定，確定工程施工圍堰等級(jí)均為4級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇設(shè)計(jì)。

2.3 施工圍堰設(shè)計(jì)

2.3.1 設(shè)計(jì)原則

施工圍堰的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)安全可靠，滿(mǎn)足穩(wěn)定、防滲、抗沖要求；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，就地取材方便施工；能夠滿(mǎn)足施工進(jìn)度要求和投資較省。該樞紐工程土方挖填量大，設(shè)置了臨時(shí)取土區(qū)和堆土區(qū)，土質(zhì)和數(shù)量能夠滿(mǎn)足圍堰填筑要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，施工圍堰采用土料填筑。

2.3.2 施工圍堰設(shè)計(jì)

(1)一期圍堰設(shè)計(jì)

船閘施工圍堰為一期圍堰，沿徐洪河左岸的灘地順?biāo)飨蛱钪?。灘面高?4.0m左右，船閘圍堰為全年導(dǎo)流，施工期水位為15.20m，圍堰頂高程按施工期水位加1.30m超高確定，取圍堰頂高程16.5m；圍堰頂寬考慮結(jié)合施工場(chǎng)地內(nèi)的臨時(shí)交通取6.0m，坡比1∶3。導(dǎo)流流量863m3/s，利用徐洪河導(dǎo)流，徐洪河現(xiàn)狀斷面滿(mǎn)足施工期導(dǎo)流要求。船閘施工期間，徐洪河正常通航，不斷航。

(2)二期圍堰設(shè)計(jì)

節(jié)制閘施工圍堰為二期圍堰，節(jié)制閘利用非汛期施工，應(yīng)在一個(gè)冬春季完成水下工程。節(jié)制閘施工期間，利用已開(kāi)挖的泵站引河導(dǎo)流，圍堰分別建在節(jié)制閘的上下游。泵站引河設(shè)計(jì)底寬為40～50m，底高程8.5～7.5m，坡比1∶3.0，按現(xiàn)有引河設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可排泄流量312m3/s，滿(mǎn)足施工期導(dǎo)流流量275m3/s要求。節(jié)制閘主體工程安排在非汛期施工，非汛期(10月—次年5月)10年一遇設(shè)計(jì)水位為13.94m，施工期正常運(yùn)行水位為12.0m。圍堰頂高取最高水位加1.50m超高，即圍堰頂高程為15.44m?？紤]節(jié)制閘上游圍堰結(jié)合施工進(jìn)場(chǎng)道路，圍堰頂上臨時(shí)交通路面等因素，擬將圍堰頂高程增加至17.0m，頂寬取10m；下游圍堰頂高程取16.5m，頂寬取8.0m；圍堰為水上填筑，水上坡比為1∶3，水下坡比為1∶5。

(3)三期圍堰設(shè)計(jì)

泵站、調(diào)節(jié)閘施工期間，在泵站引河上、下游填筑圍堰為三期圍堰，為全年導(dǎo)流。圍堰頂高程結(jié)合施工場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)交通，圍堰頂高程為17.0m，頂寬6.0m，水上坡比為1∶3，水下坡比為1∶5。

(4)圍堰防護(hù)

圍堰迎水面水位變化區(qū)采用編織袋裝土進(jìn)行坡面防護(hù)，以減少防風(fēng)浪沖刷和船行波的影響，確保圍堰的安全運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

一份有針對(duì)性的施工組織設(shè)計(jì)文件對(duì)工程施工具有很好的指導(dǎo)作用，能有效控制工程投資。而施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)樞紐總體布置、整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、合理組織工程施工、保證工程質(zhì)量、縮短建設(shè)周期、降低工程造價(jià)都有十分重要的作用。在進(jìn)行施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮樞紐工程特點(diǎn)、各建筑物的布置、地形地貌、工程地質(zhì)、水文條件以及工期安排、投資控制等要求。泗洪站樞紐工程已經(jīng)建成投入運(yùn)行，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中完全按照施工導(dǎo)截流設(shè)計(jì)進(jìn)行分期施工，分期導(dǎo)截流，工程建設(shè)順利，起到很好的指導(dǎo)作用。