邹家河水库施工导流设计

刘文勇

（湖北省水利水电规划勘测设计院，武汉430064）

1 工程概况

邹家河水库位于邹湖北省孝感市孝昌县周巷镇陈庙村邹家河湾，是一座以供水为主的中型水库，设计最大库容1239万m3，工程由面板堆石坝、溢洪道、引水管道及输水线路组成。

面板堆石坝坝顶高程100.70m，防浪墙顶高程101.70m，最大坝高36.39m，坝顶长504.48m。 溢洪道位于左岸，由进水渠段、控制段、泄槽段、消力池段、海漫及尾水渠段组成。 输水隧洞由取水建筑物、隧洞、消力池及下游明渠等组成，布置在大坝右岸。 为节省投资，输水隧洞与导流洞相结合。取水建筑物采用塔式结构，进水口采用分层取水的型式。双层进水口后连接输水管道，管道采用DN1200mm预应力钢筒混凝土管（简称PCCP管），布置在导流洞洞身内。输水线路沿河道右岸岸边布设，管道总长度10.1km。

2 水文与地质

2.1 水文

邹家河是晏家河的一级支流、澴水的二级支流。邹家河干流全长24km，流域面积158km2。流域无实测流量资料，本地区洪水基本为降水形成，设计洪水采用暴雨途径推求，并利用 《湖北省暴雨径流查算图表》进行相关的产汇流分析计算。经暴雨途径推求的分期洪水成果如表1。

表1 暴雨途径推求的洪水成果 单位：m3/s

2.2 地质

坝轴线一带，左岸山顶高程120m，山体较雄厚，山坡坡角15°～35°，右岸山顶高程136.5m，山体宽大雄厚，山体完整，轴线两侧发育小型冲沟，山坡坡角30°～40°。河谷为U型谷，河谷宽300 m，河谷地形较平坦，地面高程65～74m，主河河槽贴近右岸，高程62～68m。

坝址区分布岩性较简单，为元古界红安群七角山组（Ptq），主要岩性为石英片岩、片麻岩，黑云斜长角闪岩等，岩体完整性较好，基本不透水。此外，第四系残坡积层也在本区内广泛分布。

从以上情况看，具备修建中等高度面板堆石坝条件。

3 导流标准与导流方案

3.1 导流标准

邹家河水库总库容大于1000万m3，工程规模为中型水库，工程等别Ⅲ等，主要建筑物拦河大坝为3级建筑物。 根据SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》和DL/T5114—2000《水利水电工程施工导流设计导则》的规定，导流建筑物5级，相应导流建筑物设计洪水标准为洪水重现期10～5年 （土石类）。考虑到坝下有村民聚居地，为安全见，设计选取10年一遇洪水作为导流设计标准。

施工期的挡洪库容小于1000万m3，土石坝洪水重现期按规范50～20年，同样考虑坝址以下有村民聚居地，采用上限P=2%洪水作为坝体施工期临时度汛洪水标准。

3.2 导流时段

邹家河水文年度为4月～次年3月，其中汛期4～9月，枯水期10～3月。 为减小一枯大坝填筑强度，选取10～4月、10～3月、11～3月进行比选。考虑3个时段流量和围堰填筑量差别不大，但10～4月能为大坝填筑争取更多的工期，可降低大坝高峰施工强度，综合考虑，选取10～4月作为初期施工导流时段。

3.3 导流方案

坝址处河床较窄，坝址区两岸岸坡陡峭，河谷为不对称的“U”形谷。 施工导流采用枯水期围堰一次拦断河床，右岸隧洞导流的方式。 枯水期导流由上游土石围堰挡水、隧洞导流；汛期由大坝临时断面挡水、隧洞过流。 导流洞封堵后大坝全断面挡水，溢洪道泄流。

输水管线沿邹家河右岸布设，仅在末端穿过邹家河的支流左家河，该河枯水期呈断流状态，可安排在枯水期施工，不需进行专门的导流设计。

4 导流建筑物

4.1 导流洞

4.1.1 洞径比选

导流洞采用城门洞型，顶拱包含角120°。 导流洞全长408m，进口高程71.0m，出口高程66.5m。 考虑到机械施工的基本要求，洞径断面不宜过小，本设计拟定3.0m×5.0m，4.0m×6.0m，5.0m×7.0m洞径断面进行比选。10～4月的枯水期流量采用10%洪峰的35.4m3/s，汛期流量采用全年2%洪峰554m3/s，水力学计算及综合投资估算如表2。

表2 施工导流方案综合特性

综合考虑导流工程投资、 导流洞水流流态、导流洞出口流速、 大坝临时度汛断面填筑强度及导流洞施工难度，设计选用3.0m×5.0m的导流洞断面型式。

导流洞进口衬砌段长45m，出口衬砌段长24m。衬砌段衬砌厚度1.0m，其余洞段喷锚支护，顶拱及边墙喷射10cm厚混凝土，砂浆抹平，底板浇筑20cm厚混凝土底板。

4.1.2 导流洞进、出口

4.1.2.1 进口

导流洞进口对坡积层加以清除，岩石开挖边坡1∶0.5，对洞脸边坡，采用喷混凝土支护。 出口岩石开挖边坡1∶0.5，每15m设置1马道，道宽2m，在对洞脸支护后直接进洞。

4.1.2.2 出口消力池

导流洞出口通过明渠与天然河道相接，汛期大坝度汛时导流洞下泄流量137.9m3/s，出口最大流速9.68m/s，须在导流洞出口修建扩散式消力池与下游明渠相接。消力池总长30m，池深3m，进口宽度4m，出口宽度20m。 消力池底板及边墙采用钢筋混凝土浇筑，底板厚度2m，边墙墙高6m，顶宽0.6m，迎水侧边坡1∶0.1，背水侧边坡1∶0.3。

4.1.2.3 出口明渠

出口明渠长236.6m，底宽20m，边坡1∶2，经水力学计算，汛期导流洞下泄流量137.90m3/s时，水面曲线形状为：陡坡渠道上的aⅡ型壅水曲线。 断面水深1.6～2.5m，断面平均流速2.18～3.64m/s。

开挖边坡深度不足2.5m处采用黏土回填至设计高程，底板和边坡2m以下采用12cm厚混凝土衬砌。

4.2 围堰

上游围堰布置在面板坝河床趾板上游100m处，设计标准10年一遇10～4月洪水，洪峰流量35.4m3/s，相应水位74.94m。 结合导流隧洞的过流能力，上游围堰顶部高程76.2m，最大堰高8.2m，围堰顶宽设8m，上游边坡1∶2.5，其间设置一2m宽马道（截流戗堤），并设置袋装土护坡。 下游边坡1∶2.5。 围堰采用土石渣填筑，高压旋喷防渗墙防渗，能满足围堰对基础的渗透和稳定性要求。

下游围堰布置在坝后35m处，下游围堰设计标准10年一遇全年洪水，洪峰流量363m3/s，经调洪后实际下泄流量119.2m3/s，相应水位67.29m，围堰顶部高程67.8m，最大堰高3.4m，围堰顶宽设10m，围堰边坡1∶2.5，围堰采用黏土回填，施工时将河床冲洪积层部分挖除，使围堰防渗体坐落在弱风化基岩上，能满足围堰对基础的渗透和稳定性要求。

邹家河水库施工导流布置如图1。

图1 施工导流布置

4.3 施工期度汛

汛期洪水经由导流洞泄洪，坝体临时断面挡水。度汛标准选定为全年50年一遇洪峰流量554 m3/s，经计算，相应坝前水位85.53m。 为保证汛期安全度汛，要求4月底大坝必须填筑到87m以上的度汛高程，并做好临时防护措施。

5 结语

根据面板堆石坝坝址处地形条件，邹家河水库工程采取隧洞方式进行导流，同时输水隧洞与导流洞相结合，能够节省投资，并缩短工期。