八一水库施工导流建筑物设计

彭洪元，陈 诚

(1.贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550002;2.西北农林科技大学水利水电科学研究院，陕西 杨凌 712100)

八一水库位于贵州省遵义市桐梓县楚米镇境内溱溪河上游八一沟上。水库最大坝高48m，校核洪水位1074.71m，设计洪水位1073.97m，正常蓄水位1072.00m，死水位1052.00m，总库容178万m3，兴利库容125.8万m3，死库容21.2万m3。混凝土面板堆石坝的坝轴线呈直线布置，最大坝高48m，坝顶高程1075.00m，坝顶总长165.00m。由于八一水库坝址处河床狭窄，流域山高坡陡，河道比降大，洪水陡涨陡落，洪枯流量变幅较大，不适宜采用分期导流或明渠导流方式。为确保大坝安全施工建设，结合工程水文地质等条件，优选与工程实际相匹配的施工导流和度汛方案是施工组织设计研究关键[1]。

1 水文地质

1.1 地形地质条件

坝址区河段总体较顺直，河流流向N33°W。坝址沿线无跌坎或深潭发育，岩层产状N40°～45°E/SE∠20°～25°，总体倾下游略偏右岸。坝址区两岸坡均以陡坡地形为主，地表水径流条件较好，河谷为基本对称的“V”型横向谷，两岸自然边坡总体稳定。坝址河床主要为0～4.5m厚的砂卵(砾)石层，两岸缓坡地带多为0～8.5m厚砂质粘土夹碎石层。

1.2 水文气象条件

水库坝址以上流域集水面积5.60km2，主河道长4.07km，主河道平均坡降75.4‰。水库所属河流域位于大娄山山脉西缘，河流呈东西向，属中亚热带季风性湿润气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，气候垂直变化明显，气候温和湿润，雨量较丰沛，降水分布不均。降雨多发生在5—10月，平均降水量805.4mm，占全年降水79.4%。多年平均气温17.7°C，多年平均降水量1014.4mm，多年平均风速1.8m/s，最大瞬时风速27m/s，多年平均最大瞬时风速12m/s，多年平均无霜期325天，多年平均相对湿度78%。

2 施工导流规划

2.1 导流标准及导流流量

八一水库为Ⅳ等小(1)型水库。根据SL 303—2017《水利水电工程施工组织设计规范》相关指标要求，当采用土石围堰时，导流标准采用枯期5年一遇(P=20%)枯期洪水标准[2]。八一水库拦洪库容小于0.1亿m3，安全度汛按20年一遇洪水标准设计[3]。结合水库工程特性，坝址区设计洪水采用“贵州省暴雨洪水计算实用手册”分析计算，设计洪水成果见表1。

根据11月—次年3月，11月—次年4月，12

表1 水库坝址区设计洪水成果 单位：m3/s

月—次年3月，12月—次年4月共四个时段的分期设计洪水成果分析，选择(11月—次年4月)作为枯期导流时段，其5年一遇(P=20%)洪水流量Q20%=13.5m3/s；汛期采用20年一遇(P=5%)洪水流量Q5%=82.5m3/s。

2.2 导流方式与导流程序

八一水库坝址处河床狭窄，河床高程在1034.0～1036.0m，河谷为基本对称“V”型横向谷。挡水大坝为混凝土面板堆石坝，其枢纽布置平面如图1所示。

八一水库混凝土面板堆石坝其主体工程填筑量大，且大坝所属流域洪枯流量变幅较大，不适宜采用分期导流或明渠导流方式。综合考虑坝址区地形地貌、水工建筑物布置和施工进度计划等因素，施工导流设计优选围堰挡水、隧洞(后期改造成取水兼放空隧洞)过流方式[4]。根据设计洪水成果及施工导流布置方案，坝区施工导流程序见表2。

根据施工进度计划，第三年2月初下闸蓄水和导流隧洞封堵，水库蓄水达正常蓄水位后进入试运行，利用大坝左岸溢洪道进行泄水泄洪。

图1 混凝土面板堆石坝枢纽布置

施工分期主要施工内容导流/度汛方式备注筹建年11月—第一年4月工程筹建、施工准备———工程筹建及施工准备期不受洪水影响第一年5月—10月导流工程、临时工程、两坝肩、溢洪道基础土石方开挖原河道直接过流导流(兼取水放空)隧洞进出口预留坎施工第一年11月—第二年4月坝基土石方开挖、趾板混凝土浇筑、大坝填筑、溢洪道施工上游围堰挡截洪水、右岸导流隧洞过流枯期导流时段,隧洞过流第二年5月—第三年1月底剩余坝体填筑、灌浆工程、坝体沉降后进行上游面板施工及其他细部施工坝体上游面C5挤压边墙挡水、导流隧洞过流遭遇20年一遇洪水(P=5%)时,洪水全部从导流隧洞下泄,坝前最高水位为1050.25m第三年2月及以后下闸蓄水、导流隧洞封堵,取水兼放空管支墩、钢管安装及坝区其他项目施工坝体挡水,溢洪道泄洪永久泄洪通道形成,下闸蓄水

3 导流建筑物结构设计

3.1 右岸导流隧洞设计

八一水库导流隧洞布置在河床右岸，长236.47m，进(出)口底板高程为1041.00m(1034.00m)，底坡3.13%，进(出)口明渠长21.86m(177.16m)，进口设混凝土叠梁门。为满足隧洞枯期过流、汛期度汛等要求，导流隧洞在枯期按无压流、汛期按有压流计算过流能力[5]。导流隧洞断面选择城门洞型，结合水工取水兼放空管布置(隧洞内后期埋φ800mm钢管)，衬砌后断面为2.2m(宽)×2.4m(高)，净断面面积4.89m2，顶拱中心角114.44o，顶拱半径1.31m。汛期由坝体挡水，导流隧洞泄流。

3.2 围堰设计

(1)上游围堰

枯期5年(P=20%)一遇洪水流量Q20%=13.5m3/s，对应上游水位为1043.7m。考虑波浪爬高及安全超高后，设计取顶部高程1044.5m。按不过水土石结构进行围堰设计，顶宽3m，顶长66.10m，堰高7.5m，迎(背)水面坡比1∶2.0(1∶1.5)，粘土心墙防渗，帷幕灌浆基础处理，帷幕孔深入基岩1m。上游围堰最大设计断面如图2所示。

图2 上游围堰最大设计断面图

(2)下游围堰

枯期(11月—次年4月)5年一遇Q20%=13.5m3/s，对应导流隧洞出口河床水位为1027.2m，设计取顶部高程1028.00m。按不过水土石结构进行围堰设计，顶宽3m，顶长9.49m，堰高3.5m，迎(背)水面坡比1∶1.75(1∶1.5)，粘土心墙防渗，结构与图2类似。

3.3 施工度汛

八一水库为小(1)型水库，汛期到来之前大坝主体工程填筑至1052.0m高程，即大坝填筑施工需经历一个汛期，度汛标准为全年20年一遇洪水Q5%=82.5m3/s。调洪计算成果表明：遭遇度汛洪水(Q5%=82.5m3/s)时，坝前拦蓄最大库容16.7万m3，导流隧洞最大下泄流量43.1m3/s，上游水位将达到1050.25m，低于河床截流后第一个汛期来临之前坝体填筑高程1052.00m，满足安全度汛要求。

4 结论

八一水库坝址处河床狭窄，流域山高坡陡，河道比降大，洪水陡涨陡落。在施工建设中，施工导截流方案及导流建筑物结构的合理性直接关系到施工导流及度汛安全、施工进度及工程投资等。规划设计阶段，通过施工导流方案科学的比选和论证，优选与工程实际相匹配的施工组织方案。

(1)挡水大坝为混凝土面板堆石坝，填筑工程量大，且洪枯流量变幅较大，水工建筑物布置紧张，不具备分期导流或明渠导流条件。设计优选围堰挡水、隧洞过流的导流方式。实践表明该导流方案与坝址区地形地貌、枢纽布置和施工进度计划等具有较好匹配性。

(2)选择11月—次年4月作为导流时段，其5年一遇(P=20%)导流流量为Q20%=13.5m3/s。度汛标准为全年20年一遇洪水Q5%=82.5m3/s，上游水位1050.25m低于河床截流后第一个汛期来临之前坝体填筑高程1052.00m，满足大坝主体工程填筑进度工期及安全施工度汛需求。

(3)根据地质条件及施工进度计划，对导流隧洞、围堰等导流建筑物结构体型进行合理调整，为工程顺利施工建设提供了重要技术保障。