潜明水库一期工程施工导流创新和优化

郑国兵，吕志升，吴 蕾，余建平，彭银生

（1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002；2.缙云县水利局，浙江 缙云 321400）

1 工程概况

好溪水利枢纽潜明水库工程一期坝址位于缙云县雁岭乡潜明村下游约1.4 km处。潜明水库主要工程任务是以防洪、供水为主，结合灌溉和发电，兼顾改善河道水环境等综合利用。潜明水库总库容7 193万m3，电站装机6.0 MW；潜明水库一期总库容3 413万m3，电站装机3.0 MW。工程规模为中型，工程等级为Ⅲ等。工程主要建筑物拦河坝、泄水建筑物、发电引水进水口等建筑物级别为3级，发电引水建筑物（除进水口）、发电厂及升压站等为4级建筑物，临时性建筑物为5级。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

本流域降水量时空分布不均，不仅年际变化较大，而且年内差异显著。主雨峰一般发生于5 — 6月和8 — 9月间。其中，前者以梅雨为主，后者以台风雨为主，是形成流域大洪水的主要因素。潜明坝址排在首位的实测最大一日雨量为239.5 mm（发生在1974年8月19日），最大三日雨量为303.5 mm（发生在1990年8月31日— 9月2日）。

潜明水库坝址分期不同设计频率洪峰流量见表1。

表1 坝址分期不同设计频率洪峰流量表 m3/s

同时根据缙云当地的气象特点，考虑一期围堰需在梅汛期开始施工的实际需要，对工程所在地的梅汛期可施工天数及伏旱期天数、汛期分月洪水和堰前水位等进行统计和分析。

梅雨期和台汛期之间一般有伏旱期，伏旱期天气晴热、降雨也相对较小，可以考虑作为施工时段。伏旱期短则6 d，长达63 d，2001 — 2016年的相关统计数据见表2。根据表2统计数据，梅汛期可施工天数约55 d，伏旱期天数约28 d。一期围堰工程施工期分月洪水和堰前水位成果见表3。

表2 2001 — 2016年 梅汛期施工天数及伏旱期天数统计表 d

表3 一期围堰工程施工期分月洪水和堰前水位成果表

2.2 地质条件

坝址段河流流向210°，河谷底宽180 ～ 200 m，呈“U”形。施工阶段经勘探，围堰建筑区主要地层岩性自上而下分布如下：①灰 ～ 灰黄黏质粉土（al - plQ4），夹少量粉细砂、淤泥和腐植质，其物理力学性质差。主要分布于河流两岸浅表部，厚度2.00 ～ 3.00 m，在河中低凹水坑底部也有分布；②砂卵砾石层（al - plQ4），含少量（占5% ～ 10%）泥质，厚度2.00 ～ 6.00 m不等。地表经多次人工采砂筛选、堆积，级配杂乱，深部级配相对较好。砂砾石中卵石粒径一般小于15 cm，少数粒径在20 ～ 30 cm，占5% ～10%，岩性以青灰、灰褐、紫红色熔结凝灰岩、晶屑玻屑凝灰岩为主。砂砾石结构一般松散，一般属强透水性，渗透系数 K = 1.04×10-1～ 1.28×10-2cm/s，局部地带渗透系数K = 3.29×10-3～ 4.95×10-3cm/s，为中等透水性。砂卵砾石分布于河床及河漫滩地；③粉质黏土夹碎石层（dlQ4），一般厚度1.00 ～ 3.00 m，局部厚度大于5.00 m，主要分布于左岸山坡。

3 施工导流方案

3.1 导流标准与导流时段

本工程等别为Ⅲ等，拦河坝为3级建筑物。根据SL 303 —2017《水利水电工程施工组织设计规范》规定，相应的导流建筑物为5级，其设计洪水标准：混凝土类围堰为3 ～ 5 a一遇，土石类围堰为5 ～ 10 a一遇。坝体施工期临时度汛洪水标准：坝前拦洪库容小于0.1亿m3，为10 ～ 20 a一遇；坝前拦洪库容在 0.1 亿 ～ 1.0 亿 m3，为 20 ～ 50 a 一遇。

根据本工程枢纽建筑物布置、工程量、水文条件等，结合目前工程的实际推进情况和施工进度安排，经分析研究，本工程一期横向和纵向围堰均采用土石结构，其挡水设计洪水标准选用5 a一遇（Q = 910 m3/s）；二期横向围堰采用土石结构，纵向围堰采用混凝土结构，其挡水设计洪水标准选用非汛期5 a一遇（Q = 208 m3/s）。坝体施工期临时度汛洪水标准：坝前拦洪库容小于0.1亿m3，采用10 a一遇；坝前拦洪库容在0.1亿 ～ 1.0亿m3，采用20 a一遇。

3.2 导流方案

根据本工程地形、地质条件和枢纽建筑物布置等情况，本工程采用“分期围堰导流”的方式[1]。

考虑位于坝址右岸的库区公路（42省道）临时改建工程尚未完成，在工程施工前期右岸库区公路仍需继续使用；且根据本工程目前的实际推进情况，本工程库区内的移民拆迁工作在左岸一期工程施工期仍在进行中，所以一期先施工围左岸坝段（左岸发电厂房、非溢流坝段和左侧2个溢流坝段，并形成坝体导流底孔），施工期天然来水由一期围堰挡水、束窄河床过流；二期施工右岸坝段，非汛期天然来水由二期围堰挡水，一期溢流坝段内的导流底孔泄流。汛期天然来水由坝体挡水，导流底孔、预留缺口和泄洪闸联合泄流。

本工程一、二期施工导流平面布置见图1 ～ 2。

图1 一期施工导流平面布置图

图2 二期施工导流平面布置图

4 施工导流创新和优化

本工程实际施工过程中，施工导流建筑物根据围堰的实际施工时间、工程施工进度安排和施工安全等因素，主要针对一期围堰汛期施工、混凝土齿槽和黏土斜墙联合防渗及过水结构、二期纵向混凝土围堰坝体段留置等3个方面进行创新和优化。

4.1 一期围堰汛期施工的创新和优化

根据加快本工程推进的要求，在省内创新性提出围堰汛期施工的理念。经反复论证和分析，考虑到本工程有梅汛期洪水较小、出梅后有段伏旱期的气候特点，这为围堰汛期施工创造有利的水文条件；同时围堰结构设计方案中需根据汛期洪水相对较大等特点，并考虑围堰在汛期需能安全快速施工，堰体、堰脚及护面材料需具有防冲耐冲等要求，对围堰结构方案进行有针对性的优化。主要的优化设计方案如下：①将围堰混凝土防渗墙打设位置由原戗堤顶调整至堰顶，有效提高混凝土防渗墙汛期施工的安全性；②因地制宜、就地取材对围堰护脚方案进行优化，创新性提出采用包袋充填砂卵石工艺替代传统的大块石抛填；③迎水面护坡由原来的砌石和抛石优化为钢筋混凝土材料，便于快速施工和增加抗冲性。

同时，为给一期围堰工程施工期安全度汛提供数据支撑，细算围堰施工期分月洪水，据此提出围堰相应的分月填筑高程，以此作为围堰汛期施工的进度控制要求（见表3）。

初设阶段及施工图阶段一期上游围堰断面见图3 ～ 4。

图3 初设阶段一期上游围堰断面图

图4 施工图阶段一期上游围堰断面图

优化后的一期围堰经历汛期施工（2016年6月上旬—9月中旬）的严峻考验，最终顺利完成，让工程提前半年多开工建设。保证后续大坝基础混凝土在低温季节浇筑及工程质量。

4.2 混凝土齿槽和黏土斜墙联合防渗及过水结构的创新和优化

本工程施工阶段，考虑实际开工时间比计划晚3个月，造成一期基坑内主体工程施工进度滞后，给二期基坑施工和度汛、乃至整个工程的顺利完工均带来较大的不利影响和压力。为缩短二期上游围堰的施工时间，给二期基坑主体工程施工创造尽可能多的时间，从而有效降低二期基坑混凝土浇筑强度，减少工程的安全和管理风险。同时经细致分析研究，二期围堰相对一期围堰挡水历时相对较短，因此原二期围堰防渗方案（混凝土防渗墙）客观上具备一定的创新优化条件。综合以上考虑和分析研究，最终决定创新和优化二期上下游围堰的防渗结构方案：堰基从施工便利角度考虑采用混凝土齿槽方案进行防渗，堰身采用黏土斜墙方案进行防渗，这种联合防渗结构在浙江省同类型水利水电工程也属首次。

另由于二期基坑实际开始施工时间较晚，在一个非汛期内难以施工至度汛高程以上。所以，需要对二期上游围堰（原挡水设计标准为非汛期5 a一遇）按照满足梅汛期施工的要求，参照过水围堰的结构进行优化设计，从而延长二期基坑的有效施工时间，有效降低和减轻汛期二期基坑进水后对上游围堰冲毁、基坑清理等相应的工期和经济损失，保障整个工程的进度和度汛安全[3]。初设阶段及施工图阶段二期上游围堰断面见图5 ～ 6。

图5 初设阶段二期上游围堰断面图

图6 施工图阶段二期上游围堰断面图

优化后的二期上下游围堰仅1.5个月左右（2017年12月至2018年2月）完成施工，比原混凝土防渗墙围堰结构缩短约1/2施工期。优化后的二期上游围堰防渗效果良好（围堰挡水期渗水量为2 ～ 5 m3/h），且经历2019年“利奇马”台风的考验，保障二期基坑内主体工程的顺利施工。图7为二期围堰（基坑）鸟瞰图。

图7 二期围堰（基坑）鸟瞰图

4.3 二期纵向混凝土围堰坝体段留置的创新和优化

本工程为重力坝，且为坝后式电站，为避免围堰保留对泄流、坝区整体景观等产生不利影响，围堰使用完成后通常会考虑拆除。本工程初设阶段，二期纵向混凝土围堰坝体段使用完后按全部拆除方案进行考虑。

工程施工过程中，根据本工程的实际施工情况，为避免二期纵向混凝土围堰下游段拆除对工程已建永久建筑物的安全和质量带来隐患和影响，切实提升工程的安全保障水平和工程质量，保障工程的施工进度和工期，降低工程投资，创新提出将二期纵向混凝土围堰坝体段采用留置（不拆除）方案，这在浙江省同类型水利水电工程中尚属首次。据此方案和思路，坝下游左库堰坝拆除恢复后的堰顶高程也进行相应的调整，二期纵向混凝土围堰坝体段在下游堰坝恢复后将淹没在水中（围堰顶距下游堰坝水面2.00 m左右），不会对整个枢纽的景观效果产生影响。并考虑围堰结构考虑与消力池底板综合受力、围堰边坡坡度需有利于泄流等要求，对其布置和结构进行相应的设计优化，优化后的二期纵向混凝土围堰坝体段布置兼顾泄洪、景观等多方面需求和功能，边坡也更具流线型[2]。初设阶段及施工图阶段二期纵向混凝土坝体段围堰断面见图8 ～ 9。

图8 初设阶段二期纵向混凝土坝体段围堰断面图

图9 施工图阶段二期纵向混凝土坝体段围堰断面图

同时采用数模研究方法，对二期纵向混凝土围堰坝体段留置方案，从流速分布和流态、下游水位及闸下效能率等方面进行分析，总体上认为围堰留置对泄洪基本没影响。综合以上考虑和分析研究的成果，最终确定二期纵向混凝土围堰坝体段采用留置（不拆除）方案。

5 结 语

施工导流时段和导流方案的合理性对保障工程施工进度和施工安全、利于施工总布置和施工管理、有效控制工程投资等方面均具有重要的作用和意义，须足够重视，并进行多专业、多维度的综合分析研究[4-6]。

本工程实际施工过程中，施工导流建筑物基于保障施工安全和质量、有效推进工程施工进度和保证工期、利于工程施工和管理以及控制节约工程投资等方多面的考虑，进行相应的创新和优化，达到预期的作用和效果，为浙江省同类型施工导流设计和施工提供借鉴和参考。