头道白杨沟水库施工期导流工程设计

周 佺，王新疆

(1. 新疆建设兵团第十三师水务管理有限公司，新疆 哈密839000;2. 新疆建设兵团第十三师水利局，新疆 哈密839000)

1 工程概况

水库坝址距哈密市280 km，距巴里坤县城130 km，交通比较便利。本工程枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙坝、导流、放水隧洞+涵洞、岸边侧槽溢洪道组成。拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，坝体总长410.5 m，主坝段长220.0 m，副坝段长190.5 m。导流、放水隧洞+涵洞位于坝体左岸山体内，溢洪道位于坝体右岸，为开敞式侧槽溢洪道，全长303 m，库区所在地为“U”型河谷内，施工布置及临时设施布置条件较好。头道白杨沟流域是发源于莫钦乌拉山山脉北坡的一条山溪性小河流。出山口以上流域面积105 km2，出山口海拔高程1 860 m，河道平均坡降81.4‰，流域平均海拔高程2 818 m，河长21.0 km。正常情况下河道内来水在出山口后不远就全部下渗或蒸发。坝址处多年平均径流量为793.3 万m3。头道白杨沟流域洪水类型可以分为:融雪型洪水和暴雨型洪水。根据区域水文资料，坝址处不同频率的设计洪水成果见表1。

表1 坝址处全年不同频率设计洪峰流量成果表

2 地质条件

水库枢纽工程位于莫钦乌拉山北坡低中山地带，区内地貌大部分为侵蚀构造的中、低山，山顶及山坡基岩裸露，沟谷为第四系松散沉积物。河谷类型为“U”型谷，由于地壳抬升，沿河发育2 级河流阶地。坝基区域覆盖层较厚，由卵、砾石组成，属中度密实，地基抗变形和承载力可满足建筑物设计要求。

导流隧洞进口段地表堆积少量坡积碎石土，有压隧洞段前部分基岩裸露，后30.0 m上部有1.0 ～7.0m厚坡积碎石土，无压涵洞段大部地段地表坡积碎石土厚1.0 ～9.0 m，闸井段地表坡积碎石土厚约9.0 m，出口消能段地基为卵砾石层，卵砾石层为密实状态。导流隧洞及涵洞段基岩为凝灰岩，受区域构造影响，基岩裂隙较为发育，岩体完整性较差，为次块状结构—块状结构。

3 导流、度汛标准

此工程规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物坝体Ⅲ级，导流、放水隧洞+涵洞和溢洪道为Ⅳ级，次要建筑物为Ⅴ级，临时建筑物为Ⅴ级。

导流建筑物级别为Ⅴ级，洪水重现期为5 ～10 a。根据施工安排，施工导流标准取5 a一遇，相应洪水流量为9.3 m3/s，大坝施工期临时度汛洪水标准为20 a一遇，相应洪峰流量为37.9 m3/s。

4 导流方式

根据坝址地形、地质条件及枢纽建筑物布置型式，本工程初期采用原河槽导流，后期采用全围堰断流，导流涵洞导流的方式。遇到20 a一遇洪水时，由围堰挡水、导流隧洞+涵洞导流。工程施工期导流度汛特性见表2。

表2 工程施工期导流度汛特性表

根据枢纽工程布置特点、结构型式及施工条件，确定工程建设总工期为25个月，分为工程筹建期、工程准备期、主体工程施工期和工程完建期4个施工阶段:①工程筹建期:第一年9—10月，筹建对外交通、施工用电、通讯、征地、移民以及招标、评标、签约等工作;②工程准备期:第一年10月—次年10月，完成场地平整，场内交通，临时建房、施工工厂、施工导流等工程;③主体工程施工期:次年8月—第三年9月，完成主体工程施工;④工程完建期:第三年9月—第三年11月，工程完工。

坝体施工导流时段可划分为两2 时段:

第一阶段:第1年10月工程开工至次年8月截流，将经历1个汛期。该阶段利用原河床导流，主要进行导流围堰、导流隧洞+涵洞、坝体左右岸坡心墙基础开挖、浇筑、灌浆等工作。

第二阶段:次年8月至第3年11月，将经历1个汛期。该阶段采用上游围堰挡水，导流隧洞+涵洞导流，主要进行沥青混凝土心墙铺筑、坝体填筑、上、下游护坡及防浪墙浇筑等工程。

5 导流建筑物

5.1 导流隧洞+涵洞

根据枢纽布置，结合地形、地质、水文、施工条件，按照石方开挖尽量少的原则，通过左岸导流隧洞+涵洞方案、左岸导流隧洞方案、右岸导流隧洞方案3 种初选方案的比较，选择了施工速度快、开挖后基础易处理的左岸隧洞+涵洞方案。水库建成后，导流隧洞+涵洞改为永久放水建筑物使用。

导流隧洞进口位于坝轴线上游约120 m，涵洞出口在坝轴线下游约100 m处，洞身由有压隧洞段和无压涵洞段组成，全长228.5 m，设计底坡1∶50。其中隧洞段长58 m，采用圆型断面，衬砌后直径为2.4 m;涵洞段长158.5 m，采用城门洞型断面，衬砌后净宽2 m，直墙高2 m，洞底至拱顶净高为2.9 m;隧洞和涵洞之间由竖井段连接，竖井段长12 m，竖井高61.40 m，井内设平板检修和工作弧形闸门各一扇，平板闸门孔口尺寸为2 m ×2 m，工作弧形闸门孔口尺寸为2 m ×1.5 m。隧洞进口处布置检修塔井段，塔井宽3.4 m，长5 m，塔井顶部平台处设工业进水口，安装工业供水管由洞顶通往下游。

5.2 上游围堰

上游围堰按照20 a一遇坝体临时度汛防洪标准来设计。采用如下公式计算，可以得到上游围堰堰顶高程为1 888.75 m。

式中:R 为波浪爬高，m;E 为风浪雍高，m;h 为静水位，m;△Z 为超高，m。

上游围堰设计堰长130 m，最大堰高13.75 m，顶宽4 m，前坡1∶2.25，后坡1∶2，迎水面结构分别为0.25 m厚混凝土护坡，板间缝采用弹性聚胺酯填塞。根据次年7月中旬夏汛前坝体不能够填筑到20 a一遇洪水高程的施工进度，同时考虑到上游围堰与坝体结合，前期可加大堰体填筑［1］。

5.3 施工期排水

施工期基坑排水采用明沟排水系统，沿基坑周围布置排水干沟、支沟，随基坑进展逐渐加深干沟和支沟，利用集水井汇水，采用离心泵抽排水至下游河道。

6 截 流

根据河流水文特性及施工条件分析，截流时段选次年8月非汛期，截流流量选用5 a一遇8月最大洪水流量为0.22 m3/s。由于截流设计流量很小，施工难度不大，采用立堵方式截流，在上游围堰闭气后方可处理河床段心墙基础。

7 结 语

施工期导流设计是水利工程设计的一项重要工作。结合枢纽建筑物布置、工程地质、水文、气象及施工条件，选择合适的导流、度汛标准、导流方式以及导流建筑物设计方案，不仅可以确保施工期安全，还会起到缩短工期、降低造价的良好效益。

［1］廖仕信. 观音岩水库工程施工导流设计［J］. 水利科技与经济，2014(06):23 －25.