馱英水庫工程施工導流設計

王志飛

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

馱英水庫為廣西左江治旱馱英水庫及灌區(qū)工程的龍頭供水水庫。樞紐工程由攔河土石壩、右岸溢洪道、右岸河道電站發(fā)電引水隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸灌溉發(fā)電引水系統(tǒng)、渠首電站廠房、壩后河道電站廠房及升魚機系統(tǒng)等建筑物組成。

攔河壩為瀝青心墻堆石壩，攔河壩壩頂高程為233.2 m，壩頂防浪墻頂高程234.4 m，最大壩高為72.2 m，壩頂總長為225 m，壩頂寬8 m，上游堆石區(qū)在207.8 m 高程以上坡比為1∶2.25，207.8 m 高程以下坡比為1∶2.5，在207.8 m 高程（堰壩結(jié)合部分）設寬32.5 m的平臺；下游壩坡坡比為1∶1.9。

溢洪道布置在大壩右岸岸坡上，溢洪道總長440.46 m，其中進水渠長158.36 m，底板高程為213 m；溢洪道控制段長29.5 m，堰頂高程為213 m，共設3 孔寬頂堰溢洪，每孔溢流堰設1 扇弧形鋼閘門控制；控制段后接泄槽陡坡段和挑流消能鼻坎段，溢洪道采用挑流消能。

泄洪隧洞采用與施工導流隧洞相結(jié)合布置的型式，布置在壩址右岸山體內(nèi)，泄洪隧洞全長541.5 m。其中隧洞進口段長37.5 m，采用岸塔式短壓力進水口型式，設1扇下閘蓄水擋水閘門控制，導流期間進水口底檻高程176 m，導流結(jié)束后利用下閘蓄水擋水閘門擋水對進水塔進行改造，將底板高程從176 m澆筑至181 m，以滿足泄洪要求，并在塔內(nèi)設1 扇弧形鋼閘門和1扇平板檢修門。隧洞橫斷面采用城門洞型，斷面尺寸為8 m×10.5 m（寬×高），洞段長457 m，設計縱坡1%，泄洪隧洞出口采用挑流消能，長47 m。

2 水文、地質(zhì)條件

2.1 水文

馱英水庫所在公安河流域降雨空間分布不均，向西北方向漸減，區(qū)域各河流徑流主要由降雨形成，徑流特性與降雨基本一致，每年5～10月為豐水期，11 月～翌年4 月為枯水期，豐水期徑流量占全年80%以上，枯水期徑流量僅占20%，最枯月平均流量常出現(xiàn)在每年的12 月～翌年3 月，其中尤以2月份最枯。

壩址各施工時段設計洪水成果見表1。

時段全年9月15日～次年6月15日11月1日～次年6月15日11月1日～次年3月11月1日～次年2月流量/（m3/s）P=1%5120 P=2%4390 P=5%3410 1417 1083 38 P=10%2670 958 710 295 20%1950 667 525 178 172.4

2.2 地形、地質(zhì)條件

壩址河谷為“V”型谷，水面寬20.5～52 m，河道平直，河床高程163.4～166.4 m 左右。河床沖積漂卵礫石層厚0～1.7 m，兩側(cè)河漫灘不發(fā)育，壩址兩岸山體不對稱。其中右岸較單?。ㄆ淇亢右粋?cè)將來為庫區(qū)），右岸山頭高程293.6 m，岸坡較陡，自然坡度30°～45°；左岸較雄厚，左岸山頭高程303.6 m，自然坡度為30°～45°不等。

壩址覆蓋層主要有第四系沖積層和殘坡積層。沿岸邊、沖溝以及局部岸坡見基巖出露，兩岸山坡殘坡積層均較薄，為0～3.2 m，右岸相對較厚。壩基巖層的巖性組合特征是粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖呈夾層或互層狀，巖體為層狀巖體，發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要有層面、裂隙面、軟弱夾層。

3 導流標準與導流時段

3.1 導流標準

馱英水庫屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，攔河壩為2 級建筑物。根據(jù)《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》（SL623-2013）規(guī)定，大壩導流建筑物為4級。根據(jù)規(guī)定，當圍堰為土石結(jié)構(gòu)、級別為4 級時，圍堰設計洪水標準為10～20年，根據(jù)本工程具體條件，上、下游橫向圍堰均采用土石圍堰，導流建筑物的設計洪水標準選用10年一遇。

3.2 導流時段

根據(jù)本工程的特點，結(jié)合施工進度安排，對大壩導流時段比較了枯水期導流和全年導流兩個方案。

（1）方案一：枯水期導流方案。第一個枯水期主要是完成大壩清基、基礎灌漿以及壩后廠房基礎開挖、基礎澆筑以及汛前保護工作，工期約為5 個月。經(jīng)比較后選擇了枯水期11 月1 日～次年3 月31 日為導流時段，該時段10 年一遇的洪水流量為295 m3/s，通過導流隧洞導流時上游壅高水位為182.50 m，相應圍堰高程為184 m。汛前拆除大壩圍堰，二枯時重新填筑大壩圍堰。根據(jù)施工進度安排，第二個枯水期大壩無法上升至壩頂，汛期須采用壩體臨時斷面擋水，利用溢洪道、泄洪洞和導流隧洞聯(lián)合泄洪。為滿足施工度汛要求，大壩須在汛前施工至216 m 高程以上，施工工期約為9 個月。經(jīng)比較后導流時段選擇9月15日～次年6月15日，相應10 年一遇的洪峰流量為958 m3/s，經(jīng)調(diào)洪計算上游壅高水位為191.85 m，相應圍堰高程為193.5 m。二汛過后利用壩體擋水，導流隧洞導流，繼續(xù)壩體填筑和廠房施工，三汛前完成。

（2）方案二：全年導流方案。采用全年10年一遇的洪水標準，相應洪水流量為2670 m3/s，經(jīng)調(diào)洪計算上游壅高水位為205.83 m，擋水圍堰高程為207.5 m。為節(jié)省圍堰投資，采用土石結(jié)構(gòu)、堰壩結(jié)合的型式。

經(jīng)比較，方案二導流費用比方案一節(jié)省約160萬元，方案二總工期比方案一減少約8個月，發(fā)電提前了9個月，發(fā)電效益增加約760萬元，推薦采用全年導流方案。

4 導流方式與導流程序

4.1 導流方式

壩址處河谷為“V”型，兩岸山勢陡峭，河流狹窄，屬峽谷型水庫，根據(jù)本工程的地形地勢特點，采用一次攔斷河床、隧洞導流的導流方式。

4.2 導流程序

一枯時先施工導流隧洞，一個枯水期內(nèi)完成，在導流隧洞施工期間，同時進行右岸溢洪道開挖、河道電站發(fā)電引水隧洞進口及洞身施工，汛前完成導流隧洞的施工；二枯10 月下旬截流，填筑大壩上下游全年土石圍堰，全年施工大壩、壩后電站廠房及河道電站發(fā)電引水隧洞出口段、溢洪道和升魚機；至第四年1 月初時下閘蓄水，在蓄水期間，施工泄洪洞進口溢流堰和工作閘門、出口消能工，汛前完成壩區(qū)主體工程施工。

5 導流建筑物設計

5.1 導流隧洞

5.1.1 導流隧洞布置

大壩上游為轉(zhuǎn)彎河段，左岸為凹岸，右岸為凸岸。右岸洞軸線可布置成直線與下游河道銜接，洞線長約500 m。左岸洞線進口需避開與灌溉發(fā)電引水隧洞的干擾且比右岸洞線長出1 倍多，右岸洞線布置條件優(yōu)勢明顯，導流隧洞洞線選擇沿右岸與泄洪洞結(jié)合布置，洞軸線與壩軸線呈39.21°交角。為使運行期泄水水流具有較好流態(tài)，泄洪洞與導流隧洞的結(jié)合考慮有不共用進水口與共用進水口結(jié)合兩種方案。

（1）方案一。不共用進水口方案。泄洪隧洞與導流洞分別采用不同的進水口，按高低布置。將泄洪洞在平面上布置成直線，泄洪洞進口布置在壩址上游右岸，進口高程194 m，平面長77.432 m，呈“龍?zhí)ь^”型式布置；導流隧洞進口段在泄洪洞上游偏轉(zhuǎn)24.5°布置，長122.8 m。導流隧洞洞身及出口段與泄洪洞結(jié)合，洞身段長367.2 m，城門洞型，寬為8 m，洞高10.5 m。在下閘后將導流隧洞前半段封堵，出口加設挑坎作為泄洪洞消能設施。

（2）方案二。共用進水口方案。泄洪隧洞與導流洞共用進水口，只設一條洞，前期為導流隧洞，后期改建成泄洪洞。導流隧洞進口高程176 m，與泄洪洞共用進口放水塔，洞長457 m，城門洞型，寬為8 m，洞高10.5 m。下閘后在進口段加設5 m高溢流堰，同時安裝工作弧門，出口加設挑坎作為泄洪洞消能設施。各方案優(yōu)缺點、工程量及投資比較見表2。

方案優(yōu)點缺點主要工程量及投資方案一（不共用進水口方案）1.兩個進口可以同時施工，施工干擾小，泄洪洞進口較高，不受洪水影響，施工相對安排寬松；2.隧洞進口底，減少截流難度。1.泄洪洞反弧末端與導流隧洞連接的地方施工非常復雜，安全風險大，而且反弧段為斜井，施工相對復雜，施工緩慢；2.后期需對導流隧洞封堵，增加封堵閘門和封堵工程量。土石方開挖20萬m3，混凝土7.1萬m3，鋼筋0.29萬t，閘門512t，圍堰填筑27.9萬m3，投資12 207萬元。方案二（共用進水口方案）1.隧洞較短，減少隧洞開挖工程量；2.平洞開挖，施工方便；3.進口底高程高于施工水位，減少了進口導流圍堰；3泄洪水流條件好。1.進口抬高，增加截流時水流落差，增加截流工程量；2.布置相對擁擠，放水塔高度增加了18 m。土石方開挖18.7萬m3，混凝土6.2萬m3，鋼筋0.24萬t，閘門586t，圍堰填筑25.3萬m3，投資11 259萬元。

在布置方面，兩個方案均能滿足工程布置要求，都采用永臨結(jié)合的方式，節(jié)省了工程投資，且出口均需要后期在導流洞基礎上加設挑坎消能。在施工方面，方案一“龍?zhí)ь^”段為反弧段，施工復雜，末端與導流隧洞連接部位施工難度更大，安全風險大，方案二隧洞均為平洞開挖，施工出渣較簡單。在投資方面，方案二比方案一節(jié)省948 萬元。盡管方案二抬高的隧洞進口，增加了截流落差，但截流流量較小，截流時流速不大，采取一定的防護措施可滿足截流要求。綜合考慮，方案二比方案一更優(yōu)，推薦采用共用進水口方案，即導流洞與泄洪洞共用一個進水口，只設一條洞，前期為導流隧洞，后期改建成泄洪洞。

5.1.2 導流隧洞洞身

根據(jù)導流隧洞的地質(zhì)條件、受力條件及使用條件等，對導流隧洞圓型和城門洞型兩種斷面型式進行了比較。

本工程處在山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，洪峰歷時較短，根據(jù)現(xiàn)有水文資料統(tǒng)計，在導流期間，只發(fā)生過4次超標準洪水，平均每次歷時5 h?？紤]導流隧洞過流時為有壓流次數(shù)較少，且歷時時間短，有壓流對洞室圍巖穩(wěn)定影響較小。同時城門洞型底部平整、施工方便，有利于截流。在同樣過流能力條件下，城門洞型投資相比圓洞更省。推薦導流隧洞為城門洞型。

導流隧洞洞身總長457 m，縱坡為1%，隧洞寬為8 m，洞高10.5 m，其中兩側(cè)直墻段高8 m，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.8～1 m。在拱頂及兩側(cè)邊墻打排水孔，以減小外水壓力。隧洞進口布置進水塔，底板高程為176 m，設一扇平板工作閘門，閘門孔口尺寸為8 m×10.5 m。導流隧洞出口高程為171.43 m，出口接消力池，消力池總長83 m，寬8～13.5 m，深1.43 m，池底高程170 m。

5.2 大壩上、下游圍堰

大壩圍堰擋水標準采用全年10年一遇，相應洪峰流量為2670 m3/s 時，調(diào)洪后堰前水位為205.83 m，最大下泄流量為1260 m3/s，相應下游水位為175.2 m。大壩上游圍堰采用堰壩結(jié)合的型式，上游圍堰頂高程為207 m，最大堰高43.5 m，堰頂寬7 m，堰體防滲采用斜墻和土工膜防滲，斜墻采用風化土填筑，頂寬2 m，底部寬度一般大于12 m，斜墻迎水側(cè)邊坡采用1∶2.5，坡面結(jié)合永久壩面要求采用干砌石防護，干砌石厚0.5 m，其下設置一層0.5 m厚的砂礫石反濾料；斜墻背水側(cè)通過1∶2.3 的邊坡與堰體渣料區(qū)相接，之間設置一層0.5 m 厚的砂礫石過渡料銜接。為節(jié)省導流費用，圍堰渣料區(qū)利用開挖渣料填筑，下游堰體與壩體堆石結(jié)合，臨時坡比為1∶1.5?；A采用開挖截水槽回填粘土防滲。

大壩下游圍堰頂高程為176.5 m，最大堰高11.5 m，堰頂寬7 m，迎水面坡1∶2.5，背水坡1∶2。下游圍堰采用開挖出來的土石混合料填筑，迎水面采用塊石護坡，護坡厚0.5 m。基礎采用開挖截水槽回填粘土防滲。

大壩施工導流布置圖見圖1，大壩上游圍堰典型剖面圖見圖2。

圖1 大壩施工導流布置圖

圖2 大壩上游圍堰典型剖面圖

6 施工度汛

大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，大壩及廠房采用全年圍堰擋水施工，擋水標準為全年10 年一遇，相應洪峰流量為2670 m3/s，上游圍堰采用堰壩結(jié)合型式，堰頂高程為207 m。根據(jù)施工進度安排，大壩圍堰填筑后的第一個汛期利用全年圍堰擋水施工，根據(jù)施工進度安排，一汛前壩體填筑至173.5 m，壩體填筑高程低于大壩上游圍堰，汛期度汛標準采用全年10年一遇，汛期利用導流洞泄洪。在二汛來臨前（5月底前）施工完成大壩全部工程、泄水建筑物，此時壩體攔洪總庫容約2.3 億m3，大壩級別為2 級，根據(jù)《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》SL623-2013 相關規(guī)定，壩體度汛洪水標準采用全年100 年一遇，相應洪峰流量為5115 m3/s，經(jīng)調(diào)洪計算，度汛上游水位為228.27 m，最大下泄流量為4202 m3/s，度汛期間，利用溢洪道與泄洪洞聯(lián)合泄洪。

7 結(jié)語

本工程充分利用大壩地形條件和主體建筑物布置，經(jīng)過導流時段和隧洞布置方案比較，選擇了全年導流時段，導流洞與泄洪洞結(jié)合共用進水口方案，并通過大壩上游圍堰和大壩主體相結(jié)合，縮短了施工工期，節(jié)省了導流工程投資，降低了施工難度，提高了施工安全。馱英水庫工程于2017 年12月開工建設，根據(jù)設計的施工導流方案，目前大壩已填筑完成，取得了預期的效果，對同類水庫工程的施工導流方案提供一定的借鑒意義。