观音岩水库工程施工导流设计研究

廖仕信

观音岩水库工程施工导流设计研究

廖仕信

（贵州新中水工程有限公司 贵州贵阳 550001）

观音岩水库工程初步设计阶段，对施工导流关键技术问题进行了详细的论证分析，提出了合理的施工导流方式、导流建筑物布置和施工方案。工程初期采用围堰一次拦断河床、左岸导流洞过流方式；后期采用坝体直接挡水，左岸导流洞泄洪方式。该方案既能满足工程施工现场安全度汛需求，又可以使水库大坝连续快速施工，为工程安全可靠、高效施工奠定基础，效果良好。

观音岩水库 施工导流 导流标准 围堰

1 工程概况

观音岩水库工程主要建筑物由碾压混凝土双曲拱坝、坝顶溢流表孔、取水口、冲沙放空底孔、发电引水系统及发电厂房、输水管道及附属设施等组成。枢纽工程等别为Ⅲ等，水库规模为中型，挡水大坝按2级设计，泄水、取水口建筑物级别为3级，永久性次要建筑物为4级，导流工程建筑物为5级。枢纽区主体工程土石方明挖29.19万m3，石方洞挖0.345万m3，混凝土及钢筋混凝土31.25万m3，钢筋制安1544.3t，固结灌浆总进尺0.63万m，帷幕灌浆总进尺2.55万m，金属结构安装324t。工程总投资68766万元，总工期32个月。

2 施工导流水文地质条件

观音岩水库推荐方案坝轴线以上集水面积97.2km2，多年平均径流量万m3，多年平均流量2.15m3/s，枯期平均径流量1080万m3，枯期平均流量0.69m3/s，最枯月平均径流量91.5万m3，最枯月平均流量0.35m3/s。径流年内分配不均，5～10月径流量占全年的85.0%左右，其中6～9月占全年的70%左右，11月～次年4月占全年的15%左右。年最小流量多出现在每年的3月和4月。水库所在流域属亚热带夏湿春干温暖气候，冬无严寒夏无酷暑。多年平均年降水量1227.1mm，日降水量P≥0.1mm降水日数216天，P≥25.0mm降水日数12天，P≥50.0mm降水日数2天，年最大一日降水量发生在1968年5月22日，日降水量达178.8mm。主要的灾害性天气有干旱、冰雹、秋季低温绵雨、倒春寒、霜冻等。水库建成后水面蒸发量加大，蒸发量增量约为29.5万m3。

坝址处河流总体向SE凸出，流向为N85°E至N5°E，河谷为基本对称“V”型谷。左岸为顺-斜向坡，右岸为逆-斜向坡，左岸坡总体为一凸出的山脊地形，坡度多大于60°，局部有25°左右小缓坡；右岸高程1382m以下为坡度大于64°的陡崖，1382m以上为35°～54°斜坡地形。大坝地基岩体主要为T1yn1-3中厚层灰岩夹薄层泥质灰岩、泥灰岩。

3 施工导流方式

表1 施工分期洪水成果表

观音岩水库工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，工程施工导流保护对象主要建筑物级别由3级提高为2级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定[1]，导流建筑物级别定为4级，导流标准采用10年一遇（P=10%），选择的导流时段为11月～次年4月，相应的导流设计流量为Q=37.2m3/s。施工分期洪水成果表如表1所示。

3.1初期导流方式

坝轴线处河谷狭窄，河床宽仅10～20m，且两岸无天然滩地、台地可以利用，不具备分期导流或明渠导流的条件；由于大坝左岸为凸岸，且山体雄厚，基岩相对完整，具备成洞条件。因此，初期导流采用围堰一次拦断河床、左岸导流洞过流方式。

3.2后期导流方式

第二个汛期至导流洞下闸封堵前，可采用坝体直接挡水，为确保安全，仅考虑从左岸导流洞泄洪（右坝段1360m高程放空底孔作为安全储备）。根据大坝浇筑进度安排，第二年4月底，大坝可浇筑到1368m高程。经调洪演算，当遭遇10年一遇（P=10%，Q=267m3/s）全年洪水时，水库内库容为78.5万m3，最高水位达到1366.49m，低于1368m高程，所以大坝在第一个汛期满足安全度汛要求。后续施工期间，当发生超标准洪水时，可利用导流洞和放空底孔泄洪、坝顶临时过水，洪水过后需对大坝过水断面作处理，再恢复施工。导流洞下闸封堵后，由坝体挡水，由永久泄水建筑物（坝顶溢洪道和冲沙兼放空底孔）泄流，其泄流量满足设计要求。

4 导流建筑物设计

4.1导流洞设计

（1）洞线布置。左右岸均无影响隧洞布置的制约性地质条件。洞线选择主要从地形条件、导流洞水流条件和枢纽布置等因素比较。坝轴线处河段左岸为凸岸，右岸为凹岸，若导流洞布置在右岸，其进出口地形较缓，均存在较大土石方明挖，不利于降低工程投资；另外，导流洞需经两次转弯，水流方向变化大，水流条件较差，且左岸进基坑公路与导流洞出口相交，需解决临时交通问题，这将会对主体工程施工产生一定干扰。若导流洞布置在左岸，可利用其凸出山脊的有利地形，洞线仅需一次转弯即可，且转弯角度较小，易形成较好的水流条件；另外，导流洞进口为一陡壁，岩石完整，可直接挂口。不足之处在于导流洞出口段穿过一浅层崩塌体，但导流洞出口洞脸开挖边线距该浅层崩塌体边线有一定安全距离，施工对该崩塌体影响不大。据地质调查，该崩塌体厚度小于10m，下伏围岩较厚，满足隧洞成洞条件。

因此，将导流洞布置在左岸，其进口布置闸门井（启闭平台采用临时钢排架启闭闸门），采用钢闸门下闸封堵，施工结束后先按水工设计要求将导流隧洞前段回填，并在导流洞内大坝帷幕线上作混凝土堵头封堵。

（2）结构型式。为满足隧洞枯期过流、汛期参与度汛、隧洞开挖衬砌机械施工最小断面等要求，导流洞设计在施工枯期按无压流、汛期按有压流计算过流能力。

导流洞设计为城门洞型，拱顶中心角120°，导流洞开挖后先作10cm厚的C20喷混凝土衬砌，再采用全洞段30cm厚C20钢筋混凝土衬砌，过水断面底宽为2.8m，直墙高2.4m；开挖断面3.60m（宽）×3.90m（高）；导流洞最大开挖断面面积12.93m2。导流洞较破碎的Ⅳ、Ⅴ类围岩段应采用临时钢支撑加强支护。导流洞进口底板高程定为1341.5m，出口底板高程1334.5m；进口明挖段长13.0m，隧洞洞身段长207.0m，隧洞纵坡3.38%，出口明挖段长6.0m。

4.2围堰设计

由于土石围堰具有地基适应性强，能充分利用当地材料，施工技术成熟及技术经济指标优良等特点，故上、下游围堰均采用土石围堰[2]。

大坝上游围堰采用粘土心墙土石围堰，使用年限为第一个枯水期，挡水时段为11月～次年4月，设计标准P=20%，相应流量Q=37.2m3/ s，堰前最高挡水水位1343.9m，堰顶高程1344.7m，最大堰高4.5m，堰顶宽3m，堰顶长28.5m。上游迎水面坡比为1：2.0，下游背水面坡比为1：1.75。堰基河床覆盖层厚度约2～4m，堰体采用粘土心墙防渗，基础采用帷幕防渗。由于大坝施工完毕后上游已不具备交通条件，而上游围堰堰顶高程1344.7m，远低于死水位1382.5m，完工后不考虑拆除。

大坝下游围堰采用粘土心墙土石围堰，使用期限为第一个枯期到工程完工，汛期过后可迅速恢复。围堰设计标准为枯期（11月～次年4月）P=20%，Q=27.3m3/s，迎水面水位1336.4m，堰顶高程1337.2m，最大堰高3.5m，堰顶宽3.0m，堰顶长19.0m。上游背水面坡比为1:1.75，下游迎水面坡比为1:2.0。堰基河床覆盖层厚度为3～5m，堰体采用粘土心墙的防渗，基础采用帷幕防渗。

5 导流建筑物施工

5.1导流洞施工

（1）土石方开挖。导流洞进、出口覆盖层采用1m3挖掘机开挖，石方采用人工自上而下手风钻钻孔爆破，开挖渣料采用1m3挖掘机装8t自卸汽车出渣。进出口边坡应及时进行喷锚支护。导流洞洞身段围岩以Ⅲ类为主，进出口有少量Ⅳ类围堰，总体稳定性较好。导流洞洞挖从进出口两个工作面进行，采用小型汽车排架配合人工持手风钻钻孔、人工装药一次爆破成型，开挖渣料采用扒渣机辅以人工装小型自卸汽车或拖拉机运输出渣。弃渣综合运距约1.8km。导流洞土石方开挖有用料分选并运到坝下游右岸厂房附近的台地堆放，作为坝区部分砂石料和块石料的毛料，无用料直接运到大坝上游指定弃渣场堆放。

（2）喷锚支护及混凝土衬砌。为加强导流洞洞身的稳定性，确保施工安全，导流洞全洞段需进行喷锚一次支护。喷混凝土采用BW200/400型混凝土喷射机施工，原材料由小型自卸汽车或拖拉机运到工作面，每次喷3～5cm，总厚10cm。锚杆采用TY24型手风钻沿径向造孔，局部加固的随机锚杆孔向应与滑动面的倾向相反，并与滑动面的交角大于45°；锚杆为Φ25水泥砂浆锚杆，材料为Ⅱ级钢筋，长3m，间排拒3m，梅花型布置；锚杆采用“先注浆后安锚杆”的程序施工。

导流洞内混凝土衬砌施工时，钢筋在加工场制作，自卸汽车运到洞内后，人工搬运进洞并绑扎成型。模板采用20cm×150cm钢模板拼装，局部异型模板采用木模加工成型后现场拼装。模板支撑采用简易钢拱架进行。砂石骨料利用洞碴现场加工，混凝土由布置在右岸临时公路旁的0.35m3拌和机拌制，HBT20-37ZⅢ型输送泵泵送入仓，人工持50型振捣棒或附着式振捣器振捣密实。

5.2围堰施工

围堰主体部分土石料填筑利用导流洞及坝肩开挖料，粘土在大坝下游右岸土料场开挖，填筑料采用1m3挖掘机挖装8t自卸汽车运输至工作面，推土机或小型挖掘机铺平，12t振动碾分层碾压，心墙与堰体同步交错上升。堰体形成后，迎水面下部的护脚块石采用挖掘机抛填，水上部分采用人工辅助干砌。大坝下游围堰和厂房围堰拆除采用1m3反铲挖掘机装8t自卸汽车运输出渣，作为后期进场公路休整或厂区场地平整用料。

6 结束语

施工导流是水利水电工程施工设计的重要内容，是控制施工进度工期的关键路线，贯穿于工程施工全过程。紧密结合水库流域气象、水文以及坝址地质，对观音岩水库工程的施工导流方式、导流标准、导流建筑物设计方案、导流建筑物施工方案等进行了详细的优化设计分析。观音岩水库工程施工导流设计方案，充分考虑到工程总体设计和永临工程的有机结合，节约工程投资，能够满足实际施工条件和工程特性要求，具有较强的现场施工指导意义。

1 SL303-2004,水电工程施工组织设计规范[S],中国电力出版社,2008.

2 郑守仁,王世华.导流截流及围堰工程[M],中国水利水电出版社,2005.

TV551

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1672-2469(2014)06-0058-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.019

廖仕信（1981年—），男，工程师。