甘河子水库泄洪工程变更设计方案的确定

张 龙

（新疆五家渠市农业水利工程建设管理处，新疆五家渠831300）

甘河子水库泄洪工程变更设计方案的确定

张 龙

（新疆五家渠市农业水利工程建设管理处，新疆五家渠831300）

甘河子水库工程坝址河道较宽，两岸地形较陡，经过初步设计阶段论证大坝采用混凝土面板砂砾石坝，泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由导流洞改建）；施工过程中，因石方爆破开挖所需火工产品的禁批，导致工程处于停工状态；经过考察、了解、试验，比选出可行的挖掘机免爆开挖方法，通过设计方案比选和优化，最终确定技术可行、投资较省、施工可控的泄洪变更设计方案。

混凝土面板砂砾石坝；泄洪变更设计方案；溢洪道；水库工程

1 工程概况

甘河子水库位于新疆阜康市境内第六师土墩子农场上游的甘河子河河谷上，坝址距下游甘河子镇5km。水库为甘河子河上的山区控制性工程，水库承担下游农业灌溉、工业用水的调节任务。甘河子水库改善调节灌溉面积8.25万亩，工程等别为Ⅳ等，工程规模属小（1）型，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，水库总库容为658万m3，设计年总供水量为2980.5万m3。甘河子水库工程主要建筑物包括混凝土面板砂砾石坝、左岸坝身溢洪道、右岸导流泄洪灌溉放空洞等，其中挡水建筑物大坝坝高53.7m，坝顶高程1165.7m，坝顶宽6m，长269m。

初步设计阶段，根据地形地质条件、施工条件、枢纽布置工程投资等方面的综合分析，选定混凝土面板砂砾石坝作为设计坝型；在此基础上，根据河道两岸的地形条件，并经技术经济比较，选用“左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由导流洞改建）”的总布置方案。施工阶段，由于没有火工产品，需要进行设计变更。通过设计方案比选和优化.确定采用“左岸坝身溢洪道+右岸导流泄洪灌溉放空洞”的总布置方案。坝身溢洪道消能方式采用台阶式陡槽结合消力池消能，坝身溢洪道为主要泄洪建筑物，导流泄洪灌溉放空洞承担部分泄洪任务。

2 设计变更缘由

工程于2011年8月开工建设，至2012年12月完成了导流洞进口段60m长洞身开挖及大坝基础混凝土防渗墙施工。2012年，因爆破所需火工产品的禁批，导致石方开挖无法进行，工程一度处于停工状态。业主、设计、监理、施工四方积极采取措施，通过考察、了解、试验，先后采取人工风钻开挖、液态免爆开挖、液压膨胀开挖、铣挖机开挖、挖掘机（改装液压破碎锤）免爆开挖等五种方式进行隧洞开挖，前四种均以失败告终，仅有第五种方案具有可行性。对于坝肩、趾板、上坝道路及库区牧道的明挖石方采用挖掘机免爆开挖，与常规爆破开挖比较，施工进度略快；而对于隧洞的洞挖石方采用挖掘机免爆开挖，则施工进度比较缓慢，而且开挖单价很高。若原设计的两条隧洞全部采用挖掘机免爆开挖，工期将严重滞后，工程投资也将急剧增加。为此，业主和设计单位共同商定进行设计变更，调整甘河子水库工程建筑物布置和泄洪建筑物功能，可以保证工程施工的顺利进行，合理控制工程投资，并能按期完成建设任务。

3 设计变更思路

基于没有火工产品而采用唯一可行的挖掘机免爆开挖石方的施工方法，对原设计方案和拟变更设计方案进行综合比较和优化设计，从技术、经济以及施工等方面确定泄洪变更设计方案。

4 原设计方案

原设计方案的泄洪建筑物采用左岸泄洪放水洞+右岸表孔溢洪洞（由导流洞改建）的布置方案，建筑物平面布置图见图1。

图1 原设计方案建筑物平面布置图

4.1 左岸泄洪放水洞

泄洪放水洞总长468.30m，为有压隧洞，检修闸门在前，工作闸门在后，由引渠段、有压短管段、检修闸井段、洞身段、工作闸室段、出口消能段及放水管组成。经计算，校核洪水时最大泄流量为106.5m3/s，大于校核洪水位情况下要求最大泄洪能力86.7m3/s。

4.2 右岸表孔溢洪洞

表孔溢洪洞由导流洞改建，做成龙抬头形式。与导流洞衔接桩号为0+143.091m，导流洞在改建后对其进行封堵，导流洞桩号0+143.091m以后段则成为表孔溢洪洞的一部分。表孔溢洪洞全长310.20m，由引渠段、控制段、斜洞段、平洞段、出口消能段组成。经计算，校核洪水时最大泄流量为175.0m3/s，大于校核洪水位情况下要求最大泄洪能力167.87m3/s。

4.3 工程造价

基于没有火工产品而采用唯一可行的挖掘机免爆开挖石方的施工方法，由于需要一定尺寸工作面，隧洞开挖尺寸为6m×6m城门洞形，后期衬砌为直径4m的圆形洞，开挖量和衬砌量较设计工程量大；据此估算工程造价，左岸泄洪放水洞为3392.95万元，右岸表孔溢洪洞（含导流洞）为3272.87万元，两者合计为6665.82万元。

5 拟变更设计方案

取消左岸泄洪放水洞，在河道左岸岸坡增加坝身溢洪道，作为主要泄洪建筑物：取消龙抬头式表孔溢洪洞，将原导流洞改为导流灌溉供水洞，承担部分泄洪及水库放空任务。拟变更设计方案的泄洪建筑物采用左岸坝身溢洪道+右岸导流泄洪灌溉放空洞的布置方案，建筑物平面布置图见图2。

图2 变更设计方案建筑物平面布置图

5.1 左岸坝身溢洪道

坝身溢洪道轴线桩号为大坝桩号横左0+70m，优化设计将挑流消能改为台阶式陡槽结合消力池消能方式后，溢洪道由控制段、光滑泄槽段、台阶泄槽段、消能段四部分组成，全长207.80m，设计洪水位情况下泄流量为141.34m3/s，校核洪水位情况下泄流量为307.10m3/s。控制段共3孔，中间孔6.8m，两边孔宽6.9m，中间设1.0m的中墩，溢流堰采用驼峰堰，堰顶高程为1161m，堰上不设闸门，堰顶净宽20.6m；泄槽净宽22.6m，设计纵坡1∶1.7；坡1∶1.7；消力池长30m，宽22.6 m，深1.9m：溢流堰净宽26m：引水闸宽度2.5 m。光滑泄槽段坐落在坝体上，钢筋混凝土底板通过在坝体设置水平地锚拉杆上，钢筋混凝土底板通过在坝体设置水平地锚拉杆与坝体堆石连成一体；台阶泄槽段坐落在基岩上，钢筋混凝土底板通过在基岩钻设砂浆锚杆与基岩连成一体。

5.2 右岸导流泄洪灌溉放空洞

导流泄洪灌溉放空洞由进水渠、岸塔式进水口、洞身段、工作闸门段、消能段及供水支管段组成，全长499m，导流水位1131.50m时泄洪能力71.1m3/s，进口底板1122.00m，出口底板高程1108.65m。引水渠呈八字形，岸塔式进水口设有高低进水口，低进水口底高程1122.00m高进水口底高程1130.00m，孔口尺寸均为3.0m×3.0m（宽×高），闸门为平板钢闸门，启闭方式为卷扬式启闭，启闭平台高程1165.70m；洞身段尺寸前段为2.8m，后段为4.0m，衬砌厚度0.5～0.8m：工作闸门为弧形闸门，孔口尺寸为2.2m×2.2m（宽×高），液压式启闭机启闭：消能段消力池长34m，宽10m，深3.5m：供水支管从工作闸门前分出，过河后投入原渠道，为管径1.40m的钢管。

5.3 工程造价

导流泄洪灌溉放空洞桩号0+060～0+330m段采用挖掘机免爆开挖石方的施工方法，由于需要工作面，开挖尺寸为6m×6m城门洞形，后期衬砌为直径4m的圆形洞；桩号0+000～0+060m段先前开挖完成，开挖尺寸为4.9m×3.8m城门洞形，后期衬砌为直径2.8m的圆形洞；溢洪道开挖断面尺寸已能满足工作面要求，不需要加大开挖断面；据此计算工程造价，左岸坝身溢洪道为1511.49万元，右岸导流泄洪灌溉放空洞为3470.92万元，两者合计为4982.41万元。

6 方案的比较和优化与选择

6.1 方案的综合比较和优化设计

针对原设计方案和拟变更设计方案，从技术、经济以及施工等方面进行综合比较并进行优化设计，见表1。

6.2 结论

（1）从技术成熟条件分析，两种泄洪布置方案技术上均可行。

（2）从工程地质条件分析，两种泄洪布置方案均可行，不存在致命的影响因素。

（3）从水工布置条件分析，原设计方案的隧洞开挖和衬砌工程量较大；变更设计方案导流灌溉供水洞采用岸塔式闸井，设置高低进水口，前期利用低孔闸门，可以有效利用死库容；左岸岸坡设坝身溢洪道，枢纽布置相对简单一些，但是处理措施相对要求较高；由于坝身溢洪道布置在左岸岸坡坝体上，拟采用挑流消能方式，一旦泄洪将会冲毁下游左岸渠道；优化设计后，改为台阶式陡槽结合消力池消能方式，消除对下游左岸渠道的危害。

（4）从施工条件分析。由于采用挖掘机免爆开挖方法，隧洞石方开挖施工进度缓慢，仍按原设计方案施工，施工难度非常大，工期将严重滞后，不能保证按期完成建设任务；若按变更设计方案施工，施工难度较小，通过调整施工总进度计划后，能够保证按期完成建设任务。

表1 泄洪建筑物布置方案比较表

（5）从工程费用分析。原设计方案工程造价为6665.82万元，拟变更设计方案工程造价为4982.41万元，相对来说拟变更设计方案投资较少，可节省投资1683.4l万元。

综合前述分析成果，最终确定泄洪变更设计方案采用左岸坝身溢洪道+右岸导流泄洪灌溉放空洞的布置方案，坝身溢洪道消能方式采用台阶式陡槽结合消力池消能。

7 结语

甘河子水库工程施工过程中，因外界条件变化，经过考察、了解、试验，比选出可行的挖掘机免爆开挖方法。并以此进行设计变更，调整甘河子水库工程建筑物布置和泄洪建筑物功能。从而使得一度停工的工程得以顺利进行，并能确保按期完成建设任务；在保证建筑物功能、质量的前提下节约了工程建设投资。

T V 65

A

1672-2469（2015）06-0100-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.034

张 龙（1979年—），男，工程师。