石佛寺水库枢纽布置探析

艾红志

(辽宁石佛寺供水有限责任公司， 辽宁 沈阳 110180)

石佛寺水库枢纽布置探析

艾红志

(辽宁石佛寺供水有限责任公司， 辽宁 沈阳 110180)

本文对石佛寺水库枢纽布置进行了多方案的选择，其枢纽布置的关键是泄洪闸及泄水洞位置布设，文中根据两个方案的比较, 决定采用方案①，将闸位布置在拦河主坝右端的主河道处，泄洪洞设在泄洪闸左端，又通过对支流改建、交叉建筑物改建工程设计最终确定了石佛寺水库枢纽布置工程。

枢纽； 主坝； 泄洪闸； 布置

1 拦河主坝及副坝布置

拦河主坝根据地形条件布置成折线型，其右端A点布置在石家荒地，经祁家围村堤V2点到大、小丁家泡之间的C′点、原西小河堤的D点，与原辽河大堤相连利用原堤线延至西小河山的F点，其中在原辽河主河道附近嵌有泄洪闸，主坝总长12.432km，其中新筑坝段10.927km，与辽河大堤相结合段1.505km。

副坝在现状堤防基础上加高培厚。分为左副坝和右副坝。其中左副坝起点F点设在西小河口村，终点设在药王庙，由两自然段组成，长度为9307m。右副坝起点EZ1设在石家荒地的帽山，从石家荒地的帽山，经过南山、拉马河、李家窝堡、莲花台、石砬子、胡家窝棚至阿吉堡子和古城子之间的陡坎高地处。根据地形、地质及原有资料情况，右副坝共分七段，从下游至上游依次为：祝家堡段、陈平堡段、拉马河口段、李家窝堡段、莲花台段、石砬子段、胡家窝棚段。坝长汇总见表1。

表1 坝长汇总

2 泄洪闸及泄水洞布置

2.1 泄洪闸的布设位置选择

规范合理地布置泄洪闸是水库防洪安全的重要保证。泄洪闸的布置不仅要考虑到地质结构、经济、工程量、结构安全、建成后的运行管理等方面，还要综合考虑库区淹没影响和生态环保等问题。

根据前期的地质勘测结果，适宜布设泄洪闸的位置有两个，分别是拦河主坝右端的主河道和主河道左侧滩地。分别对这两处闸址进行比较分析，以选择其中最合适的位置布置泄洪闸。

方案①：泄洪闸布置在主河道上。闸与河道基本垂直，闸两端与主坝相连，闸堰顶高程为41.00m，净宽200.00m，共设16孔，每孔净宽12.50m。泄水洞设在泄洪闸左侧，洞底高程与堰顶相同。闸布置在河道上，使河道水流上下游衔接顺畅，闸堰顶高程应设置较低，可使泄量增加，开挖量最少。该方案的主要缺点是：由于水库地形的原因，在宣泄洪水时水流条件较差，特别是沿拦河主坝左段，可能出现顺坝向的水流，影响泄量的同时还会侵蚀部分坝段，给坝体的安全带来隐患，这就必须在局部坝段加强防护，增加了工程量。

方案②：泄洪闸布置在主河道左岸滩地上。在方案①的基础上把泄洪闸平行向左侧移动60.0m至滩地上，此方案泄洪条件较前方案好，满足泄洪要求。但由于泄洪闸局部移至滩地，大大增加了闸上游引渠及下游尾渠的开挖量，很不经济。

根据库区地形、坝线布置、地质条件、工程量以及运用条件等因素综合考虑，决定采用方案①，将闸位布置在拦河主坝右端的主河道处，泄洪洞设在泄洪闸左端。

由于闸前水位变幅不大，坝高较低，泄水流量较大，采用无胸墙的开敞式水闸。泄水洞布置在泄洪闸左侧，能使进出闸水流平顺均匀，闸中心线基本与河道中心水流方向一致。

2.2 泄洪闸的闸门型式选择

泄洪闸的闸门型式选择两种方案进行比较：异型双扉门方案和弧形门方案。两种方案中闸门的总净宽均为200.00m，共设16孔，每孔净宽12.50m。

a.异型双扉门方案。闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。闸底板顺水流方向长23.50m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长21.50m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚3.50m，共7个；边墩采用直墙式。闸墩下游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽6.00m，桥面高程53.20m，交通桥采用T形梁简支结构。闸墩上游侧设置排架，工作桥布置在排架上，顶高程62.20m。

b.弧门方案。闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。闸底板顺水流方向长31.70m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长30.70m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚4.00m，共7个；边墩采用直墙式。闸墩上游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽9.50m，门机轨距6.5m，桥面高程53.20m，交通桥采用T形梁简支结构。

异型双扉门方案和弧门方案在技术上均是可行的，两方案各具特点，具体比较如下。

2.2.1 设计技术比较

两方案设计在技术上均可行，但异型双扉门方案存在着上、下闸门间止水处理等技术难题；弧门方案的工作门没有门槽，水流不产生突变，过流条件比异型双扉门方案好。此外，弧门方案没有高排架，整体造型较矮，抗震性能也比异型双扉门方案好。弧门方案在结构设计中，技术上更为安全可靠，优于异型双扉门方案。

2.2.2 经济比较

对上述两方案进行水工、金属结构、电气等方面的综合经济比较。弧门方案的投资为15852.6万元，异型双扉门方案的投资为14293.88万元，弧门方案比异型双扉门方案多投资1558.72万元。因此，从工程投资的角度上讲，异型双扉门方案更加经济。

2.2.3 施工比较

两方案的施工精度要求均较高，施工条件与难度也基本相同，但异型双扉门方案上、下扉门间的止水难度较大，在施工上稍逊于弧门方案。

2.2.4 管理运用比较

弧门方案闸门开度可任意调节，调节流量比异型双扉门(只能有一、二个开度)方案灵活。由于本工程水闸较宽，同时防洪时要求严格控制泄量，弧门方案更利于防洪时的管理调度；异型双扉门方案上、下扉门之间的止水难度较大，不利于蓄水期的管理运用。因此，从管理运用的角度上看，弧门方案远远优于异型双扉门方案。

2.2.5 综合利用比较

随着社会的发展，要求水工建筑物不仅能满足使用功能，还应综合考虑其他功能。石佛寺水库地处沈阳市近郊，是旅游的黄金地段，水库枢纽的兴建，形成了一个新的旅游景区，因此库区内的建筑要尽量符合美观要求。弧门方案较之异型双扉门方案布置平整、美观，与周边建筑物及景物协调一致，因此，弧门方案更利于水库枢纽的综合发展。

通过以上几个方面的比较，弧门方案除直接投资较大外，在其他方面均优于异型双扉门方案，同时弧门方案所具有的一些综合效益(管理、旅游等)的经济价值是很难计量的，本次设计本着利于水库管理和发展的原则，在资金允许的情况下，应该优先选择弧门方案。

2.3 泄洪闸、泄水洞的总体布置

2.3.1 泄洪闸总体布置

石佛寺水库泄洪闸纵向全长约为1250m，包括上游连接段、闸室段和下游连接段三大部分。其中上游连接段包括引渠、上游护底、上游铺盖、翼墙和护坡；闸室段由底板和闸墩、闸门、工作桥、启闭机室、交通桥等组成；下游连接段包括斜坡段、消力池段、海漫段、防冲槽、尾渠以及两岸的翼墙与护坡。

2.3.2 泄水洞总体布置

为了给二期工程及水库蓄水作准备，根据下游环境用水及农业灌溉需要小流量泄流的要求，在泄洪闸左侧设一泄水洞，设计流量60m3/s，孔口尺寸3m×4m，采用竖井式结构，顶高程53.20m，洞后接混凝土方涵，上面填筑土坝材料至坝顶高程53.15m，出口消能与泄洪闸共用一个消力池。本次设计时，一期工程泄水洞只做检修门槽和工作门，暂不设置检修门及启闭设备，待二期工程兴建时再行增设即可。

2.4 泄洪闸工程布置与结构型式选择

泄洪闸镶嵌在主坝中，与坝轴线平行，右岸边墩与主坝用刺墙连接。刺墙长20.00m，顶宽0.50m，上下边坡均为1∶0.02，顶高程50.50m，底高程39.50m。泄洪闸总宽257.00m，桩号从0+168.00到0+425.00，溢流总净宽为200m，共分16孔，每两孔一联，共八联。闸下采用底流式消能，下游翼墙的扩散角为7°。

2.4.1 上游连接段

引渠底高程41.00m，两侧用干砌石护坡，护坡长度100m，边坡1∶3.5，护砌厚度40cm，干砌石护坡下用20cm碎石和一层无纺布作反滤层，防止护坡下填土的颗粒被淘刷带走。上游护底采用浆砌石结构，长30.00m，宽377.5m，厚0.40m，齿墙深2.00m，浆砌石下铺20cm碎石垫层。上游混凝土铺盖长27.00m，厚0.40m，齿墙深2.00m，铺盖下铺10cm素混凝土垫层。右侧翼墙平面上用直线段和圆弧段与闸室段连接，直线段长25.00m，圆弧段半径25.00m，圆心角70°。左侧翼墙与泄水洞边墩相联，采用1/4椭圆型曲线，长轴半径40m，短轴半径20m，直线段长度40m，坝轴线方向水平投影长80m。

2.4.2 闸室段

闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。经过金属结构方案比较后决定，工作门采用弧门。工作门前只设检修门槽，Ⅰ期工程不蓄水时不做检修门，不设启闭设备。闸底板顺水流方向长31.70m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长30.70m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚4.00m，共7个，缝间设双层橡胶止水带；边墩采用直墙式。闸墩上游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽9.50m，桥面高程53.20m，交通桥采用简支T形梁结构。为满足Ⅰ期工程可能出现的蓄水要求，需要布置检修门门机轨道，轨距6.50m。门机梁高1.3m，梁肋宽350mm；其他梁高1.1m，梁肋宽250mm。闸墩下游侧设置工作桥，桥面宽6.00m，桥面高程57.00m，工作桥亦采用简支T形梁结构，梁高1.0m，梁肋宽250mm，桥上布置启闭机室，启闭机室净宽3.5m，净高4.0m。启闭机室分缝与闸室分缝一致，两孔设一沉陷缝。

2.4.3 下游连接段

斜坡段是连接闸室段和消力池的过渡段。斜坡段长14.00m，坡度1∶5，在斜坡和闸室底板之间布置一0.50m水平段，斜坡段总长14.50m，上游齿墙深1.50m，底板厚1.00m，底板下铺10cm素混凝土和20cm碎石垫层。斜坡段两侧采用悬臂式挡土墙。

消力池采用矩形断面，池深2.80m，池长34.00m，底板顶高程38.20m，底板厚度1.00m，底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.50m，梅花形布置。底板下铺10cm素混凝土、20cm碎石及一层无纺布。消力池末端设池坎，坡度1∶1，坎顶高程41.00m，顶宽1.00m。消力池末端齿墙深2.20m，底宽1.00m。两侧采用悬臂式挡土墙。

护坦段长30.00m，底板顶高程41.00m，混凝土底板厚1.00m，上、下游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m。底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下铺10cm素混凝土、20cm碎石及一层无纺布。两侧采用悬臂式挡土墙。

海漫段长60.00m，底坡1∶30，底板顶高程从41.00m降至39.00m。浆砌石底板厚1.00m，上、下游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m。底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.5m，梅花形布置。底板下铺20cm碎石及一层无纺布。两侧采用悬臂式挡土墙。

防冲槽段长47.96m，其中上游斜坡段长15.00m，底板采用干砌石结构，坡度1∶5，底板高程由39.00m降至36.00m。上游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m；下游齿墙底高程34.00m，齿墙宽1.50m。防冲槽开挖底高程36.00m，长20.00m，抛石填筑到高程38.00m，高程38.00～39.00m填筑铁丝石笼，下游用1∶5反坡与尾渠相连，反坡段高程由39.00m升至41.00m，长10m，采用厚40cm干砌石结构。干砌石下铺20cm碎石垫层及一层无纺布。防冲槽左、右两侧开挖边坡1∶3.5，采用厚40cm浆砌石护坡，浆砌石护坡下铺20cm碎石垫层。

反坡段后接尾渠与原河道相连，尾渠底高程41.00m，尾渠左岸开挖边坡1∶3.5，右岸回填边坡1∶3.5，左、右岸均用厚40cm干砌石护坡，护坡长度200m，干砌石护坡下面设厚20cm碎石和一层无纺布。

2.5 泄水洞工程布置与结构型式选择

泄水洞孔口尺寸为3m×4m，桩号从0+425.00至0+431.00，为单孔泄流。泄水洞闸室底板长16m，宽6m，厚1.5m。工作门槽和检修门槽间设有胸墙，胸墙顶高程53.20m，底高程45.00m，厚40cm，并设上、中、下三道横梁，以加强胸墙整体强度。工作门槽下游设挡土墙，挡土墙顶高程53.20m，底高程45.00m，挡土墙底板厚1m，与闸墩整体浇筑，泄水洞左边墩为扶壁式挡土墙结构，踵板长8m；右边墩为直墙式。泄水洞方涵直线段长27m，后接转弯段，转弯半径为15m，圆心角42.17°，伸入消力池内1m。

3 支流改建工程

由于石佛寺水库工程的兴建，辽河上的拉马河、胜利河、西小河、万泉河等支流受到影响，需加以改建、整治。

3.1 拉马河及胜利河改建工程

拉马河位于辽河右岸，其入辽河口在南地与右副坝相交于桩号R30+000.000处。受水库设计水位回水的控制，原有堤防需加高加厚，同时作为水库的一部分，按副坝标准设计，拉马河堤坝改建段长约2.674km。

为保证右副坝封闭，修建拉马河支流胜利河，将其左岸加高，满足水库设计洪水的回水要求，此区段共长3.4km，按4级堤防标准修建，纳入右副坝中。

3.2 西小河改道及万泉河整治

由于拦河主坝的建成，使左岸原单独入辽河的西小河，不能再单独进入辽河。因而需要将西小河改道并入万泉河，并对万泉河进行整治，使其成为主干，将四条支流即西小河、万泉河、羊肠河、长河统一为同一个入河口，在主坝下游汇入辽河，以减轻大坝防洪压力。其中西小河改道段长5177m，万泉河整治段长约2700m。

4 交叉建筑物改建工程

在水库修建之前，淹没区范围内建有许多民生工程。为了满足人民群众的生活用水、用电及排污要求，原有的多座提水、排水泵站、输电线路、穿堤涵闸等建筑物，由于水库的兴建都将被搬迁或改建。在力求节省投资和满足居民生活要求的前提下，针对不同的建筑物进行了不同处理方案的论证。交叉建筑物具体设计处理方案见表2。

表2 交叉建筑物设计处理方案

5 交通工程及水库管理局布置

5.1 对外交通

石佛寺水库枢纽区段内的203国道，是对外交通的主要通道。其与枢纽在大丁家泡处与主坝相交，由于左右副坝利用原辽河大堤，副坝对外交通共设12个交叉段，与相邻公路相接，引路段共长4.0 km，主、副坝无对外交通要求。

由于西小河改道把203国道切断，需新建交通桥一座，长64m。同时，为管理和便民需要建一座便桥跨西小新桥，桥长40m。为右副坝交通连接，陈平堡至南山穿越拉马河修建交通桥一座，长约50m。

5.2 内部交通

枢纽内部交通，主要利用主、副坝坝顶。主、副坝坝顶设计宽度均为6.0m，路面为泥结石和部分沥青混凝土路面。长度共约42.60km，能够满足内部交通要求。

5.3 水库管理局工程

为方便职工生活和库区管理工作的开展，水库管理局分设二处，管理局机构设置在沈阳市浑南区，坝址附近设有水库前方管理所。共占地35亩，建筑面积8165m2。

6 结 语

石佛寺水库与左侧支流上的清河、柴河、南城子、榛子岭四座水库及区间堤防共同组成辽河干流防洪体系，从而将坝址以下辽河的防洪标准由原来的30年一遇提高到100年一遇。保护两岸431.1万亩耕地和235.4万人及辽河油田、京沈铁路、京沈高速公路等重要工矿企业和基础设施，远景担负“北水南调”工程反调节任务。为此选择适当的枢纽布置方案将解决辽干防洪问题。调节本流域径流，并满足“北水南调”工程的反调节任务要求。

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[5] 朱江,田景元.狮泉河水电站枢纽布置方案研究[J].水力发电，2008(12).

Exploration of Shifosi Reservoir hub layout

AI Hongzhi

(Liaoning Shifosi Water Supply Co., Ltd., Shenyang 110180, China)

In the paper, many plans of Shifosi Reservoir hub layout are selected. The hub layout has the key point of arranging sluice gates and discharge tunnels. In the paper, plan ① will be adopted according to comparison of two plans. The gate is arranged on the main river channel, which is on the right of river blocking main dam. The discharge tunnel is set on the left of the sluice gate. Shifosi Reservoir hug layout project is finally determined through project design of tributary renovation and crossed building renovation.

hub; main dam; sluice gate; arrangement

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.019

TV62

B

2096- 0131(2016)06- 0063- 05