堰河水库施工导流与度汛设计实例

【摘要】 堰河水库大坝为混凝土重力坝，本文详细介绍了该重力坝施工导流与度汛设计方案。

【关键词】 重力坝；隧洞导流；缺口度汛

1、工程概况

堰河水库位于湖北省谷城县五山镇，为新建水库工程，主要任务是灌溉和供水。水库总库容563万m3，为Ⅳ等小（1）型工程，大坝布置于堰河主河床，坝型为常态混凝土重力坝，坝顶高程212.40m，最大坝高46.4m，坝顶宽4m，长114m，共分为7个坝段，两岸各有2个非溢流坝段，中间3个坝段为溢流坝段。溢流坝采用WES实用堰，无闸门控制，堰顶高程208.00m。大坝土石方开挖量11.1万m3，混凝土浇筑量6.7万m3。

2、水文气象条件

堰河为汉江的二级支流，总流域面积211km2，堰河水库位于流域的上游，控制流域面积37.38km2，河长14.39km，平均坡降达63.2‰。流域降雨量年内分配不均，主要分布在5～9月，冬季降雨量较少。洪水由暴雨形成，具有集水时间短、汇流快、陡涨陡落的特点，洪水过程以单峰性洪水为主，洪水历时1～2天。枯水期为10～4月，其中11～3月最枯。坝址处各分期5～20年一遇设计流量如下表：

3、地形地质条件

坝址处河谷呈左右岸略对称的“V”型谷，为斜向谷。该处为河流的拐弯处，河流凸向右岸，大致流向为由北至南转为由北西至南东，该处河谷宽约28m，河底高程约174m，非下雨时节沟谷内水面宽2m，水深0.3m，河床两岸山脚均为基岩陡坎。坝址区出露地层主要为中元古界下武当群杨坪组（Ptw1y3）和第四系全新统（Q4）的松散地层。岩层倾向340～355°，倾角14～20°，整体倾向北北西，岩层为单斜构造，坝址区河谷为斜向谷，两岸山体大部分基岩出露，山坡中部为残坡积碎石土层所覆盖。两岸坝肩上强风化带较厚，一般7.5～9.8m；坝基河床部位强风化带相对较薄，一般3～4m。

根据下文选定的导流方案，导流洞位于河道左岸，埋深一般20～60m，洞向NE102°。洞脸口位置山坡倾向约270°，坡度45°，坡度较陡峭，洞线走向与坡面近垂直。洞身所处地层岩性为武当群杨坪组（Ptw1y2）石英片岩，隧洞进出口段属于Ⅲ～Ⅳ类围岩，稳定性较差，会产生塑性变形，中部洞身段属于Ⅲ类围岩，局部稳定性差，毛洞短时间内可稳定。

圍堰处河谷宽约20m，两岸均为陡崖，基岩出露，河床覆盖层最大厚度5.6m，覆盖层物质组成为第四系冲洪积砂卵石层，为中密～密实状，渗透系数为3.5×10-3cm/s，属中等透水性。下伏强风华武当群杨坪组（Ptw1y3）石英片岩，为弱～中等透水性。

4、施工导流设计

4.1导流方式

大坝两岸地势陡峭，坡度大于45°，且河床狭窄，不具备明渠导流及分期导流条件，大坝施工推荐采用全段围堰挡水，左岸隧洞过流的导流方式。

4.2导流标准

混凝土重力坝级别为4级，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《水利水电工程施工组织设计规范》规定，本工程临时建筑物为5级，导流建筑物洪水标准为5～10年一遇。考虑到5年一遇和10年一遇设计流量相差较大，坝址下游居民少且无重要企业，导流标准选择5年一遇。

全年和枯水期5年一遇洪峰流量相差较大，若采用全年导流，导流洞洞径需达到4m×6m，临时工程投资费用较枯水期导流方案大幅增加。根据流域洪水特点、工程特性及施工进度安排，分析比较了11～3月、11～4月、10～4月三个时段。

大坝最大坝高46.4m，其中河床以下部分高8.2m，综合考虑坝基开挖、基础固结灌浆、坝体浇筑进度安排及导流工程投资，导流时段选择为11月～次年4月，相应5年一遇洪峰流量为43.62 m3/s。

4.3导流建筑物布置

坝址位于河流的拐弯处，河流凸向右岸，导流洞布置于河道左岸，呈直线布置，进口在坝体上游约300m处，进水条件较好，出口选择在大坝下游约460m处，出口水流与主河道流向交角约24°，隧洞全长336m。大坝上游围堰布置于大坝上游约120m处，该处河道较窄，两岸基岩出露，便于围堰防渗处理。大坝护坦末端下游约40m处现状有一拦河堰，导流期间下游水位低于现状拦河坝堰顶高程，因此大坝下游可不设围堰。

4.4导流建筑物设计

（1）导流隧洞

导流隧洞采用城门洞型，后期在洞内铺设管道作为放空和供水管，隧洞按4级永久建筑物设计。考虑到洞内管道、镇墩施工及检修需要，洞径不宜小于2.5m×3.5m。经水力计算导流隧洞采用上述断面时可满足枯水期5年一遇洪水导流要求，因此导流洞断面尺寸拟定为2.5m×3.5m，顶拱包含角120°。

导流隧洞由进水渠段、闸井段、洞身段、出口消力池段组成，进口底板高程176.50m，出口高程171.00m，总长368.68m，底坡1.68%。引渠段长7.5m，渠道由0.3m厚C25混凝土衬砌，底部高程176.5m，边坡1：0.3，扩散角6°；闸井段长15m，闸底板高程176.5m，进水口三面收缩为喇叭口，闸墩及顶拱为1/4椭圆曲线，控制段设闸门，导流结束后作为冲砂闸；洞身段全长321.18m，进口20m及出口25m为C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬砌厚度均为0.4m，中部底板采用C25混凝土找平，厚0.2m，中部洞身为0.1m厚C25素喷混凝土衬砌；消力池长20m，扩散角10°，斜坡段坡比1：4，底板高程169.40m。

主体工程施工完成后，导流洞进口闸门下闸挡水，于隧洞进口衬砌段后浇筑混凝土封堵体并埋设钢管，供水库放空、冲砂及供水之用。

（2）上游围堰

围堰型式选择为土石围堰，筑堰材料为粘土、河床砂卵石及开挖石渣，堰体采用粘土心墙防渗，心墙顶宽1m，坡比为1：0.5；围堰处河床砂砾石覆盖层最大厚度5.6m，左右岸均基岩出露，其中左岸岸坡岩体破碎，局部为倒坡，围堰填筑前需将表面破碎岩体和倒坡清除。围堰基础挖截渗槽回填粘土防渗，截渗槽开挖边坡1：1.5，底宽不小于3m；围堰设计顶宽5m，坡比1：2，迎水面、背水面回填开挖石渣，石渣与心墙之间填筑河床砂卵石。根据隧洞泄流能力与坝址处P=20%洪水过程线调洪演算得堰前最高水位为181.71m，对应下泄流量为41.48m3/s。围堰挡水后堰前水深、吹程均较小，风浪爬高可忽略不计，堰顶高程取挡水水位加0.5m安全超高，为182.40m，最大堰高约7.7m。

5、施工度汛

根据施工进度安排，在第1年10月底截流，在进行完围堰闭气、基坑排水后，即着手进行基坑范围内的坝基开挖。两岸坝肩水上部分开挖可在截留前进行。大坝混凝土计划于第1年12月开始浇筑，至第二年4月底，大坝非缺口坝段浇筑至189m高程，缺口坝段上升至缺口高程185m。混凝土浇筑施工时间月5个月，月上升高度4.6m，混凝土浇筑方量3.9万m3，月高峰强度1万m3。第2年5月～10月为汛期，坝体缺口度汛。堰河水库坝型为混凝土重力坝，临时度汛期间坝体拦洪库容小于0.1亿m3，根据《水利水电工程施工组织设计规范》，坝体施工期临时度汛洪水标准选择为10年一遇，设计流量为198m3/s。汛期由大坝临时断面挡水，导流隧洞和大坝缺口联合过流，缺口坝段停止施工，其他坝段继续浇筑上升。缺口坝段宽20m，预留缺口高程185m，经调洪演算，汛期坝前最高水位为187.83m，导流隧洞最大下泄流量为59m3/s，大坝缺口下泄流量136m3/s。为防止高速水流对坝脚的冲刷破坏，汛前完成坝脚回填和下游钢筋混凝土护坦浇筑。汛后完成缺口坝段浇筑。

6、结语

通过对堰河水库坝址处水文、地形、地质条件分析，结合主体工程布置情况和施工工期安排，采用了技术可靠、经济合理的施工导流和度汛方案，为大坝施工安全、施工进度提供了保障。

参考文献：

[1]SL252-2017水利水电工程等级划分及洪水标准[S]。

[2] SL303-2017水利水电工程施工组织设计规范[S]。

[3]SL623-2013水利水电工程施工导流设计规范[S]。

[4] 水利水电工程施工手册（第5卷：施工导截流与度汛工程）[M]，中国电力出版社，2005。

作者简介：周进（1987-），男，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。