淺談取水及放空與施工導(dǎo)流建筑物采取“一洞多用”優(yōu)化設(shè)計方案在河頭水庫的應(yīng)用

蔡 平，高正強

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000）

1 工程概況

河頭水庫工程位于貴州省鳳岡縣進化鎮(zhèn)境內(nèi)，地處六池河一級支流沙壩河上游，壩址以上流域面積35.7 km2，工程主要任務(wù)是灌溉、農(nóng)村人畜飲水，設(shè)計灌溉面積4.07 萬畝，并解決農(nóng)村人口1.173 萬人及0.47 萬頭牲畜飲水。水庫正常蓄水位731 m，總庫容1115 萬m3，屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等。年供水量為1490 萬m3。水庫樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸岸邊開敞式溢洪道及右岸取水兼放空隧洞等組成。

2 水庫取水和放空及施工導(dǎo)流方案擬選

壩址為極不對稱的“U”型河谷，左岸上游側(cè)有沖溝切割，下游地形總體較完整和連續(xù)；右岸因河流轉(zhuǎn)彎，上、下游均有沖溝切割，形成一不規(guī)則的“掌形”山體，地形完整性較差。壩趾區(qū)出露地層為奧陶系湄潭組(O1m1～3)，河床及左岸中下部、右岸上部為泥頁巖，右岸中下部和左岸上部為灰?guī)r，河床及右岸均有斷層發(fā)育。結(jié)合壩址處地形地質(zhì)條件及天然建筑材料等情況，由于壩基巖體質(zhì)量較差（多為軟巖），且不均一，故擋水建筑物選擇最適宜軟巖基礎(chǔ)及變形的混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)；另可利用右岸“掌形”山體地形布置岸邊溢洪道及水庫取放水等樞紐建筑物。

2.1 施工導(dǎo)流方案擬選

根據(jù)選定大壩為混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)，由于壩體填筑工程量較大，大壩施工若采用明渠或涵管等導(dǎo)流，其施工干擾較大，且不利于汛期度汛，故施工導(dǎo)流選擇采用一次攔斷河床的不過水“土石圍堰+岸邊隧洞”過流的導(dǎo)流方式。再結(jié)合壩址處左右岸地形地質(zhì)條件，確定將導(dǎo)流隧洞選擇布置在地形地質(zhì)條件相對較好的右岸。

2.2 水庫取放水建筑物比選

結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，由于施工導(dǎo)流隧洞洞斷面也不大，為了節(jié)省投資，水庫取放建筑物可利用已成導(dǎo)流隧洞改建，將進口采用“龍?zhí)ь^”形式抬高進口高程滿足水庫泥沙淤積及取放水要求。經(jīng)綜合布置及結(jié)構(gòu)比選后，水庫取放水建筑物擬選“單獨建取水隧洞”和“利用導(dǎo)流隧洞改建為一洞多用”二種取水方案進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比選。

2.2.1 單獨建取水隧洞方案

布置在右岸，與導(dǎo)流隧洞平等布置，由“引水渠+取水閘井+有壓隧洞+壓力管道及消力池”組成，總長232 m，其中引水渠為明渠，長13.3 m；取水口為岸塔式取水閘井，長7.6 m，并設(shè)一道欄污柵和檢修閘門；有壓隧洞為直徑1.8 m 圓形斷面，長191.1 m；在隧洞末端接20 m 長DN1200 的壓力鋼管和工作閘閥及閘閥室；閥后再設(shè)長15 m×2.5 m（長×寬）的消力池后接灌溉渠道。

2.2.2 利用導(dǎo)流隧洞改建為“一洞多用”方案

導(dǎo)流隧洞進口段采用" 龍?zhí)ь^" 形式抬高取水口高程，中段利用導(dǎo)流隧洞，隧洞出口設(shè)放空工作弧門進行水庫放空和接壓力管道輸水至灌溉渠道。取水系統(tǒng)總長427.2 m，其中取水口閘井及“龍?zhí)ь^”段長12.7 m，取水進口底板高程693 m，進水口設(shè)一道攔污柵和檢修閘門；利用導(dǎo)流隧洞段長239.3 m，斷面為城門洞型（3 m×3.37 m）；隧洞出口接60.2 m 長DN1200 壓力管道和工作閘閥及閘閥室，閥后再設(shè)15 m×2.5 m（長×寬）的消力池后接灌溉渠道。

2.2.3 取放水建筑物方案技術(shù)經(jīng)濟綜合比選取放水建筑物方案結(jié)構(gòu)及技術(shù)經(jīng)濟綜合比較見表1。

經(jīng)表1 二種取水方案投資綜合比較后：“單獨建隧洞引水方案①”的綜合總投資要多114.84 萬元，但在布置上與其它建筑物分散布置，施工條件上約占優(yōu)；而“利用導(dǎo)流隧洞改建為"一洞多用"方案②”綜合總投資和施工進度方面要優(yōu)。故選擇經(jīng)濟較優(yōu)的“利用導(dǎo)流隧洞改建為“一洞多用”取水方案②。

表1 取放水建筑物技術(shù)經(jīng)濟綜合比較表

3 水庫取水和放空及施工導(dǎo)流方案布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 施工導(dǎo)流及封堵

導(dǎo)流隧洞布置在大壩右岸，由引水渠、隧洞和出水渠段組成，總長370 m，其中進口引渠長88.65 m，為梯形斷面，底寬3.5 m～9.7 m，墻高3 m，采用C20 混凝土和M7.5 漿砌石襯砌；洞身長246.35 m，斷面為城門洞型，斷面尺寸3 m×3.37 m，底坡為15‰，洞身全斷面采用0.4 m 厚C25 鋼筋混凝土襯砌；出口明渠長35 m，為3 m×3 m 矩形斷面，采用C20 混凝土和M7.5 漿砌石襯砌。

導(dǎo)流隧洞進口封堵，先臨時封堵進口兩道0.35 m×0.3 m 迭梁和現(xiàn)澆筑C20 速凝閉氣混凝土，最后進行龍?zhí)ь^底板以下C20 埋石混凝土澆筑。

3.2 水庫取水和放空及生態(tài)放水

取水兼放空隧洞是利用已成施工導(dǎo)流隧洞改建，將進口采用“龍?zhí)ь^”形式抬高進口高程后，中段利用導(dǎo)流隧洞，隧洞出口設(shè)弧形工作閘門進行水庫放空和出口接壓力管道解決灌溉引水和生態(tài)放水要求。

放空建筑物由進口閘井及龍?zhí)ь^、有壓隧洞、出口工作閘門和閘室及明渠組成，總長286.37 m，其中進口閘井及龍?zhí)ь^段長12.7 m，取水口底板高程693 m，進口設(shè)1 道2.5 m×2 m 攔污柵和1 扇1.5 m×1.5 m 平板事故檢修閘門；利用導(dǎo)流隧洞段長237.67m，底坡為15‰，斷面為城門洞型，斷面尺寸3 m×3.37 m；隧洞出口工作閘室段長10.2 m，底板高程676.54 m，設(shè)1.5 m×1.5 m 弧形工作閘門和設(shè)液壓啟閉機及閘室；工作閘室出口采用明渠引至下游河道，明渠段長25.8 m，為3 m×3 m 矩形斷面。

取水建筑物由進口閘井及龍?zhí)ь^、有壓隧洞、出口壓力管道和工作閘門及閘室、消力池組成，取水口及有壓隧洞段與放空建筑物共用，在隧洞出口處接60.2 m 長DN1200 壓力鋼管和多功能活塞調(diào)流閥及閘閥室，同時在工作閘閥前設(shè)34.5 m長DN300 支管及多功能活塞調(diào)流閥下放生態(tài)流量至下游河道；壓力鋼管出口接消力池，消力池長15 m、池寬2.5 m、池深4.2 m，底板高程690.3 m。

4 結(jié)語

經(jīng)河頭水庫取放水建筑物采取利用施工導(dǎo)流隧洞改建為“一洞多用”的永臨結(jié)合[1]方案的成功應(yīng)用后，既滿足大壩施工期間的導(dǎo)流和度汛，同時也滿足水庫運行期間的取水和放空檢修及下放生態(tài)流量等要求，并節(jié)省工程投資和工期。為類似中小型水庫工程，在運行水頭低，并受地形地質(zhì)的限制，且壩址處施工洪水不大的情況下，可選擇采取永臨結(jié)合的“一洞多用”優(yōu)化方案［2］值得借鑒和推廣。