白獅水庫(kù)工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)研究

董澤剛

摘 要：白獅水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)階段，詳細(xì)地論證分析了導(dǎo)流時(shí)段、流量、導(dǎo)截流方式以及導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)等施工導(dǎo)流關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提出了合理的施工導(dǎo)流方案。工程采用圍堰一次攔斷河床、左岸導(dǎo)流洞過(guò)流的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，既能滿足工程施工現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)截流和安全度汛的需求，又可以使水庫(kù)大壩連續(xù)快速施工，為安全、可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)且高效的施工奠定基礎(chǔ)，效果良好。

關(guān)鍵詞：白獅水庫(kù);水文地質(zhì);導(dǎo)流時(shí)段;圍堰

中圖分類號(hào)：TV551.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）08-0069-03

Study on the Construction Diversion for Baishi Reservoir Project

DONG Zegang

（Guizhou New Zhongshui Engineering Co.，Ltd.， Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： The key technical problems of construction diversion such as diversion period， flow rate， diversion and closure mode， diversion structure have been discussed in detail in the preliminary study stage， and a reasonable construction diversion scheme has been put forward. The cofferdam blocking all the river way in once and left tunnel flow river diversion scheme have been adopted， and this diversion scheme is feasible， which not only meet the safe flood-passing requirements but also could achieve the safe continuous， rapid， and energy-efficient economy character for the reservoir construction.

Keywords： Baishi reservoir; hydrogeology; diversion period; cofferdam

1 工程概況

白獅水庫(kù)位于貴州省遵義市正安縣流渡鎮(zhèn)的白花村境內(nèi)，所在河流流渡河為芙蓉江一級(jí)右支流，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅?。大壩樞紐區(qū)距正安縣55 km，距貴陽(yáng)市265 km，距大壩下游右岸約2.0 km的新橋村附近有X328縣級(jí)公路通過(guò)，對(duì)外交通條件較好。工程任務(wù)是解決正安縣濱江新區(qū)（現(xiàn)芙蓉江鎮(zhèn)）、流渡鎮(zhèn)區(qū)以及土坪鎮(zhèn)區(qū)周邊農(nóng)村人畜用水及農(nóng)田灌溉用水問(wèn)題，年供水量1.396×107 m3。水庫(kù)規(guī)模為中型，屬Ⅲ等工程。工程擋水、泄水及取水建筑物等主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。樞壩區(qū)主體工程（含導(dǎo)流工程）土石方明挖1.731×105 m3，石方洞挖1.1×104 m3，混凝土1.672×105 m3，鋼筋制安1 709 t，固結(jié)灌漿總進(jìn)尺1.1×104 m，回填灌漿0.3×104 m2，帷幕灌漿總進(jìn)尺1.11×104 m，金屬結(jié)構(gòu)安裝101 t，工程總工期30個(gè)月。

2 工程水文地質(zhì)條件

白獅水庫(kù)庫(kù)區(qū)干支流匯口以上干流河段控制流域面積為17.3 km2，主河道河長(zhǎng)8.03 km，河床平均比降35.6‰;支流河段控制流域面積為21.4 km2，主河道河長(zhǎng)7.28 km，河床平均比降39.9‰。水庫(kù)所屬流域?qū)俚湫偷纳絽^(qū)雨源性河流，徑流主要由降水補(bǔ)給，徑流特性與降水特性基本一致[1-2]。水庫(kù)所在屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，氣候溫和，四季分明，降水較豐沛，一般5月份進(jìn)入汛期，10月份結(jié)束。流渡河徑流洪枯懸殊，年內(nèi)分配不均，汛期5—10月徑流量占全年徑流量的76%左右，枯水期11月至次年4月徑流量占全年徑流量的24%左右。

河谷呈不對(duì)稱V形，河床水面寬為12 m，785 m高程處河谷寬為156.7 m，寬高比為4.6，河床高程為750.5～753.6 m，水深為0.5～1.5 m。左岸地形坡度為25°～45°，屬于逆向坡，無(wú)大的斷裂構(gòu)造破壞，邊坡穩(wěn)定;右岸地形坡度為35°～40°，屬于順向坡，坡角與巖層傾角基本一致，邊坡基本穩(wěn)定，但壩肩開(kāi)挖后，易產(chǎn)生順層滑動(dòng)。大壩右岸至左岸出露地層巖性為志留系龍馬溪群（S1ln）灰色薄層鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖;石牛欄群（S2sh）灰色中厚層至厚層灰?guī)r、瘤狀珊瑚灰?guī)r及泥灰?guī)r，底部夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r;韓家店群（S2-3hn）灰綠色鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥頁(yè)巖。大壩坐落在S2sh和S1ln地層上，右壩肩為S1ln相對(duì)隔水層，左壩肩S2sh灰?guī)r為巖溶透水層。

3 導(dǎo)流時(shí)段及流量

白獅水庫(kù)樞紐工程為Ⅲ等中型水庫(kù)，主要建筑物為3級(jí)，次要水工建筑物為4級(jí)。按照《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 303—2017）規(guī)定，結(jié)合《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017），導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)。導(dǎo)流建筑物級(jí)別定為5級(jí)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用枯期5年一遇（概率P=20%）洪水標(biāo)準(zhǔn)[3]，導(dǎo)流時(shí)段選擇為11月至次年4月，相應(yīng)的導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量Q=35.7 m3/s。施工分期洪水成果如表1所示。

4 導(dǎo)截流方式

4.1 導(dǎo)流方式比選

根據(jù)白獅水庫(kù)壩區(qū)地形地質(zhì)條件，結(jié)合施工進(jìn)度及總布置安排[4]，導(dǎo)流方式如下。

4.1.1 分期導(dǎo)流法。適用于流量大、河床較寬、覆蓋層薄，尤其有河心洲的河床。本工程攔河壩為堆石混凝土重力壩，河床水面寬為12 m，兩岸地形坡度為25°～45°，無(wú)寬緩臺(tái)地或埡口，洪枯流量變幅較大，若采用分期導(dǎo)流法，則不利于發(fā)揮堆石混凝土快速筑壩的特點(diǎn)，故不適宜采用分期導(dǎo)流方式。

4.1.2 明渠導(dǎo)流法。適用于河床流量大、河床一側(cè)有較寬臺(tái)地、埡口或古河道的壩軸線及有通航要求的河道。而本工程河床側(cè)無(wú)較寬臺(tái)地、埡口與古河道，壩軸線附近沒(méi)有布置明渠的條件，也無(wú)通航要求，故不適宜采用明渠導(dǎo)流的方式。

4.1.3 隧洞導(dǎo)流法。適用于河床狹窄和地質(zhì)條件允許的洞軸線。根據(jù)工程河床狹窄、兩岸巖石以砂巖為主，且樞紐無(wú)通航要求的條件，白獅水庫(kù)工程為堆石混凝土重力壩，隧洞位于壩外，可充分發(fā)揮堆石混凝土重力壩快速筑壩的特點(diǎn)，故選擇隧洞導(dǎo)流方式。

結(jié)合壩區(qū)地形地質(zhì)條件，大壩左岸為凸岸，進(jìn)出洞均較容易，因此白獅水庫(kù)采用圍堰一次攔斷河床、左岸導(dǎo)流隧洞過(guò)流的導(dǎo)流方式[5]。

4.2 壩區(qū)導(dǎo)流

白獅水庫(kù)工程壩區(qū)導(dǎo)流程序如表2所示。

4.3 截流及施工度汛

根據(jù)施工進(jìn)度安排及當(dāng)?shù)氐乃臍庀筇攸c(diǎn)，截流時(shí)段選擇在11月上旬，截流標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，截流設(shè)計(jì)流量采用11月平均流量Q=0.758 m3/s。白獅水庫(kù)選擇在上游圍堰子堰截流，采用單戧立堵法截流，圍堰填筑渣料主要利用岸坡壩肩開(kāi)挖，圍堰截流從左岸向右岸推進(jìn)，最后在河床右岸閉氣。

施工度汛方式為導(dǎo)流洞有壓流+壩體缺口聯(lián)合過(guò)流，導(dǎo)流隧洞過(guò)流為有壓流過(guò)流方式。預(yù)留缺口位于溢流壩段，缺口底部高程為758.70 m，低于上游圍堰頂高程761.00 m，缺口寬25 m。經(jīng)調(diào)洪演算，當(dāng)滿足全年10年一遇過(guò)流能力Q=225 m3/s時(shí)，相應(yīng)水位為761.50 m，導(dǎo)流隧洞及大壩預(yù)留缺口過(guò)流流量分別為Q導(dǎo)流洞=59.1 m3/s、Q大壩缺口=165.8 m3/s。度汛水位低于工程截流后第一個(gè)汛期來(lái)臨之前壩體澆筑高程為763 m，滿足安全度汛要求。

5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

5.1 導(dǎo)流隧洞設(shè)計(jì)

導(dǎo)流隧洞布置在河床左岸，導(dǎo)流隧洞長(zhǎng)為346.50 m，進(jìn)口底板高程為756.00 m，出口高程為752.00 m，導(dǎo)流隧洞底坡1.15%，進(jìn)口明渠長(zhǎng)為31.617 m（含閘門井），出口明渠長(zhǎng)35.628 m，進(jìn)口設(shè)鋼閘門。導(dǎo)流隧洞斷面選擇為城門洞形，襯砌后斷面尺寸為3.0 m×3.65 m（寬×高），凈斷面面積為10.20 m2，頂拱中心角為118.16°，頂拱半徑為1.749 m?？萜谟缮嫌螄邠跛?，導(dǎo)流隧洞過(guò)流，上游圍堰上游側(cè)水位為759.90 m。

根據(jù)導(dǎo)流洞地質(zhì)條件，考慮對(duì)導(dǎo)流洞開(kāi)挖后立即進(jìn)行噴錨臨時(shí)支護(hù)，Ⅲ、Ⅳ類圍巖段噴混凝土厚為10 cm，設(shè)C25 mm錨桿，長(zhǎng)度為3 m，間排距為2 m，梅花型布置，永久襯砌厚度為45 cm，對(duì)應(yīng)開(kāi)挖斷面尺寸為4.1 m×4.65 m。不良地質(zhì)洞段設(shè)超前錨桿為C25 mm，長(zhǎng)度為4.5 m，間距為0.5 m×3.2 m（環(huán)×縱），設(shè)I14工字鋼支撐，排距為0.8 m，工字鋼之間采用連接鋼筋連接。

5.2 上游圍堰設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，枯水期5年一遇Q20%=35.7 m3/s通過(guò)導(dǎo)流洞下泄時(shí)，對(duì)應(yīng)上游雍高水位為759.90 m，考慮波浪爬高與安全超高以及壩體缺口汛后施工需要，上游圍堰頂部高程為761.00 m，圍堰采用過(guò)水土石圍堰，圍堰上游面采用塊石護(hù)坡，頂部及下游面采用70 cm厚鋼筋混凝土面板，頂寬為4 m，堰頂長(zhǎng)為53.20 m，最大堰高為7.20 m，迎水面坡度為1∶2，背水面邊坡為1∶4，圍堰采用黏土心墻防滲，基礎(chǔ)采用帷幕灌漿處理，帷幕孔深入弱風(fēng)化下限為1 m。

5.3 下游圍堰設(shè)計(jì)

根據(jù)導(dǎo)流洞出口處水位和流量關(guān)系曲線，枯水期（11月1日至次年4月30日）5年一遇Q20%=35.70 m3/s通過(guò)導(dǎo)流洞下泄時(shí)，對(duì)應(yīng)導(dǎo)流洞出口河床水位為747.71 m，消力池出口處自然地面高程為750.70 m，且大壩距離導(dǎo)流洞出口約280 m，回水不會(huì)影響大壩消力池施工，故白獅水庫(kù)工程不設(shè)下游圍堰。

5.4 導(dǎo)流洞封堵堵頭設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞軸線與大壩帷幕線在導(dǎo)0+146.275 m樁號(hào)相交，此處導(dǎo)流洞底板高程為754.31 m，而由水工設(shè)計(jì)圖得知該處帷幕底界高程為739.85 m，低于導(dǎo)流洞底板高程14.46 m。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 279—2016）第9.8.4條可知，導(dǎo)流隧洞軸線穿過(guò)水建筑物防滲帷幕時(shí)，封堵體應(yīng)設(shè)置在防滲帷幕線上，采用輻射帷幕的搭接方式而不能擊穿隧洞。設(shè)計(jì)堵頭中心位于導(dǎo)流洞軸線與壩體防滲帷幕線相交導(dǎo)0+146.275 m樁號(hào)處，所處圍巖類別為Ⅲ類和Ⅳ類。白獅水庫(kù)校核水位為786.10 m，堵頭底部高程為754.31 m，作用在堵頭上的水頭為31.79 m。經(jīng)計(jì)算，堵頭長(zhǎng)度為2.63 m。為了增長(zhǎng)滲徑，考慮封堵體施工條件、安全富余以及其他異常情況，并參照同類工程經(jīng)驗(yàn)確定堵頭長(zhǎng)度為20 m，封堵段樁號(hào)為導(dǎo)0+136.275～導(dǎo)0+156.275 m。

5.5 基坑排水

基坑排水分為初期排水和經(jīng)常性排水。初期排水為截流后基坑內(nèi)的積水，主要包括基坑積水和圍堰滲水等，利用4臺(tái)7.5 kW，排水流量為100 m3/h的水泵同時(shí)排水。經(jīng)常性排水主要包括滲水、降雨及施工廢水等其他途徑來(lái)水，考慮本工程規(guī)模與基坑大小，采用3臺(tái)7.5 kW，排水流量為100 m3/h的水泵排水。

6 結(jié)語(yǔ)

施工導(dǎo)流是水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，是控制施工進(jìn)度工期的關(guān)鍵路線，貫穿于工程施工全過(guò)程。本文緊密結(jié)合白獅水庫(kù)工程所在流域的氣象、水文以及壩址地質(zhì)等條件，對(duì)導(dǎo)流時(shí)段及流量、導(dǎo)截流方式以及導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)地論證分析。白獅水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)施工導(dǎo)流方案，充分考慮到工程總體布置和永臨工程的有機(jī)結(jié)合，節(jié)約工程投資，能夠滿足實(shí)際施工條件和工程特性要求，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋虹兵，黃國(guó)強(qiáng).大石峽水利樞紐工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)[J].小水電，2021（1）：58-62.

[2]陳萬(wàn)敏.黔中水利樞紐工程水源工程施工導(dǎo)流方案比選[J].珠江水運(yùn)，2013（8）：67-68.

[3]徐華強(qiáng).曲河水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流及度汛方案研究[J].四川水利，2020（2）：39-41.

[4]何迎奇.花甲水庫(kù)工程施工導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2020（2）：19-20.

[5]何文君.月潭水庫(kù)工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)[J].廣西水利水電，2020（2）：69-72.