阿克肖水库施工导流设计及其方案比选

克里木，陈 园，吐尔洪·马合木提

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；3.新疆维吾尔自治区水利厅建设管理与质量安全中心，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

阿克肖水库工程位于新疆维吾尔自治区皮山县境内，是具备灌溉、防洪等综合效益的Ⅲ等中型工程，总库容4395万m3，坝址位于昆仑山北麓的阿克肖河，海拔2400 m，由挡水坝、导流兼泄洪冲沙洞、溢洪道等组成[1]。大坝为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，最大坝高57.5 m，坝长687 m。坝址处河谷宽阔，总宽约600 m，现代河床呈窄深峡谷式，两岸基岩裸露，岸坡近直立,现代河床两岸阶地较宽且地形平缓[2]。窄深峡谷式现代河床地形是新疆南部地区代表性的河道出山口段地质特点。

阿克肖水库工程于2016年7月开工，2017年11月实现河道截流。2018年5月底坝体填筑至高程2427.0 m，已超过坝体临时断面度汛高程2418.5 m，在2018年11月20日通过了下闸蓄水阶段验收。

2 施工导截流设计

2.1 导流及度汛标准的选择

根据设计规范[3-4]，本工程为Ⅲ等中型工程，导流建筑物为5级，相应导流标准为P=10%～20%，导流标准采用P=10%的洪水频率。阿克肖河洪水过程为5—8月为汛期，9月—次年4月为枯水期[5]。经调洪演算，相应P=10%洪水标准下，全年洪水上游围堰顶高程仅比枯期围堰顶高程高3.5 m，同时结合施工进度综合分析，工程计划于2017年9月中旬截流，在一个枯水期内上下游围堰具备挡水条件，并且坝体在2018年汛前可填筑至度汛高程2418.5 m(此期间主要完成主河槽基础处理、高挡墙浇筑及其上下游坝体填筑)，并具备坝体临时断面挡水条件。通过技术、经济比较，复核确定施工导流标准为P=10%频率下的枯期洪水标准，相应洪峰流量为40.9 m3/s。由于坝体度汛期的坝前拦洪库容小于0.1亿m3，坝体施工期临时度汛洪水标准为P=2%～5%。综合分析施工进度，并考虑度汛期对施工的影响及大坝安全施工等各种因素，度汛标准取P=2%，相应洪峰流量为276.9 m3/s，坝前水位2416.82 m。根据施工进度安排，截流后第二年汛期来临之前，坝体填筑上升至度汛高程2418.50 m，满足坝体临时断面挡水渡汛要求。

2.2 导流方式和导流时段的选择2.2.1 导流方式的确定

坝址区地形地貌为呈不对称宽“U”型河谷，底宽约550 m。现代河床位于河谷偏右侧(如图1，河谷呈窄“U”型，长约600 m左右，顶宽12～17 m，底宽8～15 m，深度20～25 m，两岸自然坡度80°～90°。现代河床右岸发育Ⅲ级阶地，基座高程约2400 m(地面高程2405～2420 m)，阶面宽30～100 m；现代河床左岸主要发育Ⅳ级阶地(为古河槽)，阶地面宽约450 m，基座高程约2405 m(地面高程2410～2467 m)。现代河床两岸阶地后缘为基岩山体，山顶高程2600～2970 m，岸坡坡度35°～40°。坝址纵剖面详见图1。

图1 坝址纵剖面图

根据坝址处河谷地形地貌条件、大坝在现代河床及其两岸阶地最低施工高程、施工条件及受洪水影响等，经综合分析得出大坝在现代河床两岸Ⅲ、Ⅳ级阶地段施工在截流之前不受洪水影响，截流后的两岸阶地段坝体填筑高程将高于导流期设计洪水位，故本工程施工导流范围选择在现代主河床内(现代河床两岸阶地无需进行施工导流)，拟采用河床一次断流，上下游围堰挡水，右岸导流兼泄洪洞泄流的施工导流方式。

2.2.2 导流时段确定

(1)初期导流时段为2017年9月下旬截流后至2018年4月底，由上下游围堰挡水，导流洞泄流。导流标准采用枯期时段(9月—次年4月)10 a一遇洪水标准，相应洪峰流量40.9 m3/s。上游围堰堰前最高洪水位2400.18 m，围堰顶高程2401.50 m。

(2)后期导流时段为2018年汛期(5—8月)，由未建完坝体挡水度汛，导流洞泄流。导流标准采用全年50 a一遇洪水标准，相应洪峰流量为276.9 m3/s。坝前最高洪水位2416.82 m，大坝挡水高程2418.50 m。

工程施工期导流特性详见表1。

表1 施工期导流、度汛特性表

2.3 导流建筑物布置的选定

本工程导流建筑物由上下游围堰和导流兼泄洪冲沙洞组成，其中上游围堰布置因地制宜，合理选定上游围堰布置方案有助于降低导流系统规模、优化枢纽布置。

根据大坝轴线不同部位工程地质特点，如图2所示，防渗心墙和坝体基础采用不同的方法处理，其中现代河床段采用高挡墙方案处理，挡墙轴线与心墙轴线重合。挡墙顶部高程2399.00 m，宽 2.00 m，底部高程 2372.00 m，宽 7.80 m，基础置于强风化层下部，高27.00 m。沥青混凝土心墙采用放大基础坐于挡墙顶部。挡墙建基面以下采用固结灌浆来加强基岩的稳定性，采用帷幕灌浆来进行垂直防渗处理。对于大坝现代河床段特殊的工程布置、地形地貌及现场施工条件而言，上游围堰、截流堤与大坝之间的布置关系直接取决于高挡墙施工及其两侧坝体填筑能否在一个枯水期内顺利按期完成。对截流堤、围堰及大坝布置进行以下两种比选分析：

(1)布置方案一：上游围堰与大坝相结合布置，截流堤单独布置。

上游围堰与大坝上游坡相结合，布置于狭窄主河槽内，截流堤布置在主河槽进河口附近。围堰采用土石结构，堰体及基础采用旋喷灌浆进行防渗。河道截流后，利用截流堤下基坑进行围堰施工，大坝基础处理及高挡墙施工还需通过翻越上游围堰下基坑。

(2)布置方案二：上游围堰与截流堤结合，与大坝分离布置

上游围堰与截流堤结合布置于坝址区进河口相对平坦位置处，与大坝分离。围堰结构形式同方案一。河道截流后，利用围堰下基坑进行大坝基础施工。

根据上述两种布置方案描述，经过技术和经济比较：布置方案一因上游围堰为大坝的组成部分，其临建工程量及费用相对较低，经济上优势比较突出。但由于左右两岸无交通运输条件，上游围堰及大坝下基坑道路只能布置在截流堤后深河槽内，又因为工程布置上截流堤、上游围堰及大坝轴线位置相互比较靠近，使下基坑道路布置难度增加，主要是空间狭窄、道路纵坡过大，施工运输车辆不能够顺利进出基坑，施工运输极为不便，施工难度很大。布置方案二围堰位于坝址区进河口段，地形相对较为平坦，施工场地相对富裕，由于围堰与大坝轴线位置相互比较远，施工道路布置条件相对好一些，纵坡基本满足设计要求。从施工场地条件及施工程序上布置方案二较布置方案一更为优越。最终布置型式采用方案二，即围堰布置于坝址区主河槽附近较窄位置，与大坝分离，考虑地形条件以及河床覆盖层较浅，截流堤与上游围堰相结合。施工导流平面布置详见图2。

图2 施工导流平面布置图

2.4 截流设计

2.4.1 截流时段及流量

本工程选择汛后枯水时段进行截流，相应河道来水量较小，截流时段定为第二年9月，截流标准初步定为5 a一遇9月旬平均流量，相应截流流量为8.1 m3/s。

2.4.2 截流堤布置

根据工程布置，导流洞底板高程为2395.0 m，经水力学计算，截流相应水位为2396.8 m，截流堤相应高程为2398.0 m，又因上游围堰顶高程平均为2401.5 m，相差3.5 m，且围堰布置于主河槽较窄位置，考虑地形条件以及河床覆盖层较浅，截流堤采用与上游围堰相结合布置的方式。

2.4.3 截流方式选择

本工程截流戗堤与上游围堰结合，主河槽上开口宽度为20 m，河床底部宽度仅为5 m。由于截流流量较小，因此考虑不安排预进占，不设置龙口，直接采用的立堵方式进行截流。截流堤进占与合龙一次完成。左岸地形相对右岸较平坦，便于堆放截流材料，也便于布置施工道路，所以截流材料布置于左岸。

3 导流主要特点和实践

本工程于2017年11月20日顺利截流，在截流过程中克服因主河槽施工场地狭窄而施工布置困难等难题，打破沥青混凝土心墙砂砾石坝全年围堰与大坝相结合布置的常规布置思路，在导流设计方面创新设计理念。施工实践证明，这种布置方式解决了在狭窄深槽式河床中由于施工场地过于狭窄而造成的大坝基础防渗体施工与围堰填筑相互干扰问题突出、施工进度缓慢、施工布置困难等问题，并达到了降低投入加快工期的目的。截流完成至今，未发生超标准洪水，工程已安全度汛。

4 结 语

本工程根据枢纽布置方案和现场特殊的窄深“U”型现代河床地形条件，合理选用导流方式和导流标准、采用上游枯水期围堰与截流堤结合，与大坝分离的布置方案。其设计与施工具有经济、工程量小和安全的特点，降低了施工导流难度和工程投入，加快了施工工期。为类似地形条件的工程施工导流方案的选择提供了宝贵的实践经验。