广志水库导流泄洪洞泄流方案选择

韩 军

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

广志水库位于长治市武乡县洪水镇下黄岩村附近，蟠洪河支流广志河中游，距武乡县城约55 km，是一座以村镇生活用水为主要任务的小（一）型水利枢纽工程。水库控制流域面积40.4 km2，坝址以上主河道长13.04 km，平均纵坡17.51‰，总库容185.0万m3，年供水量71.0万m3。枢纽工程包括挡水大坝、岸边溢洪道、导流泄洪洞、坝下供水管等。

导流泄洪洞布置在水库左岸山体内，洞长254 m，进口底高程1162.50 m。在设计洪水位1177.95 m（P=3.3%）情况下泄量为160.0 m3/s，校核洪水位1180.13 m（P=0.33%）情况下泄量为172.0 m3/s。

2 导流泄洪洞泄流方案

导流泄洪洞主要是为了在汛期宣泄洪水，一般情况下可选择的泄流方案有两种：一种是洞口设置有压短管，流态为有压流，而洞身流态为无压流的泄流方案（以下简称为无压流方案），隧洞断面为城门洞形；另一种是洞口和洞身流态均采用有压流的泄流方案（以下简称为有压流方案），隧洞断面为圆形。

下面分别从水力条件、沿线地形地质条件、施工条件、运行条件、工程量及工程投资等方面对两种泄流方案进行比较。

2.1 水力条件

2.1.1 无压流方案

该泄流方案泄洪洞进口为有压短管压洞，泄洪洞泄流能力采用《水力计算手册》进行计算，经计算，有压短管断面尺寸为4.0 m×4.0 m（宽×高），能满足泄洪要求。

洞身段为无压流，隧洞底坡设计纵坡1∶100，流态为非均匀流，采用流量方程以洞口为控制断面推求水面线，经计算，隧洞断面尺寸净高为5.25 m，直墙高度4.10 m，拱高 1.15 m，顶拱圆心角 120°。

2.1.2 有压流方案

泄洪洞泄流能力和流量系数根据《水力计算手册》相关公式计算。经计算，有压短管断面尺寸为4.0 m×4.0 m（宽×高），能满足泄洪要求。

通过计算可以看出，由于受隧洞的净空要求影响，无压流方案洞身断面相比有压流方案大，进而会增加一定的投资。

2.2 地形地质条件

导流泄洪洞经过地层为石千峰组砂岩与泥岩、砂质泥岩互层，洞身主要位于弱微风化岩层中。岩层产状为 N35°～50°E/SE∠11°～19°，岩层倾向上游偏河谷。前半段泄洪洞走向与岩层倾向近一致；后半段泄洪洞走向与岩层走向近垂直，地下水位位于洞身。

根据钻探资料，洞身围岩弱微风岩层岩石质量指标为5%～57%，平均值为25%，岩体质量差。弱风化泥岩、砂质泥岩饱和单轴抗压强度为8.6～20.9 MPa，一般为较软岩，抗风化能力差，遇水易软化。岩体完整性系数为0.49，岩体完整性差。前半段泄洪洞围岩类别总体为Ⅳ类，后半段泄洪洞围岩类别总体为Ⅴ类，部分节理裂隙密集带及泥岩层段可能为Ⅴ类。

根据上述地质资料，由于泄流洞围岩破碎，稳定性差，且易软化。在这种情况下，采用无压流方案洞内为无压流，可减少洞内水压力，从而减小渗水量，降低对围岩的影响，提高隧洞运行期的整体安全。

2.3 结构布置和运行条件

一般情况下，无压流方案仅在隧洞进口设置进水塔控制水流，工作闸门和检修闸门均布置在塔内；有压流方案在隧洞进口设进水塔布置检修闸门，出口设启闭机室工作闸门及其启闭机室。相对于有压流方案，无压流方案隧洞控制建筑物布置紧凑，运行、管理方便。

导流泄洪洞功能上有在施工期导流、在水库泄洪期泄洪排沙的要求，洞口底高程均低于死水位。有压流方案出口设工作闸门，进口检修闸门在水库较长非泄洪期敞开，泄洪洞与库水连通，洞内水流静止，泥沙易于在洞内淤积，在水压力的作用下泥沙更易于沉积密实结片。故在有压流方案下导流泄洪洞运行期泥沙的清理工作量和难度加大。

2.4 施工条件

无压流方案洞身断面为城门洞形，仅在顶部为拱形，两侧洞壁为直墙，洞身岩石开挖、衬砌方便；底板水平，便于施工机械行走，出渣和材料运输速度快，有利于提高施工进度。有压流方案断面为圆形，洞身岩石开挖不便，衬砌模板支护工作量大，洞底为圆曲面，需特制专门的施工机械运输渣料和材料，运输速度较慢。

2.5 工程量及投资

两种导流泄洪洞方案的工程量及投资见表1。

从表1可以看出，无压流方案除土石方开挖量大于有压流方案外，其他主要工程量均小于或接近有压流方案，因此，综合比较，无压力方案工程投资小，优于有压流方案。

表1 两方案主要工程量比较

3 结论

通过以上几方面的综合比较，两种方案各有优势，技术上都比较成熟，仅在水力条件上有压流方案优于无压流方案，在地形地质条件、结构布置条件、施工条件、运行条件、工程量及投资方面，无压流方案均优于有压流方案，因此导流泄洪洞设计推荐采用无压流方案。