关于榆林黄河东线引水工程黄石沟大坝导流建筑物的设计探索

韩彧

黄石沟大坝坝址处岸坡较陡，两侧ft体基岩出露，两岸无天然滩地和台地可以利用。 若采用分期导流，基坑较小，施工干扰大，河道无条件布置纵向围堰。坝址处两岸陡峭， 无开挖明渠的条件，亦不适合采用明渠导流。坝址处两岸基岩相对完整，具备成洞条件，根据地形地质条件，结合工程布置和建筑物结构型式，综合技术经济比较，采用围堰一 次拦断河床、隧洞导流方式。

黄石沟大坝;导流建筑物;围堰;隧洞

黄石沟大坝坝址处岸坡较陡，两侧ft体基岩出露，两岸无天然滩地和台地可以利用。 若采用分期导流，基坑较小，施工干扰大，河道无条件布置纵向围堰。坝址处两岸陡峭，无开挖明渠的条件，亦不适合采用明渠导流。坝址处两岸基岩相对完整，具备成洞条件 根据地形地质条件，结合工程布置和建筑物结构型式，综合技术经济比较，采用围堰一 次拦断河床、隧洞导流方式。

中期导流采用坝体挡水度汛，导流洞泄流，导流洞下闸封堵后由溢洪道泄流。

一、黄石沟大坝导流建筑物设计

（一）导流隧洞设计

1）导流隧洞布置

坝址处ft体坡度较陡，两岸基岩出露。导流洞布置结合两岸地形，导流洞布置在大坝左岸的方案。根据坝区地形、地质、施工洪水等条件及水工枢纽布置情况，结合导流程序安排，本工程在左岸布置一条导流洞。

2）导流洞设计

导流洞断面比较了城门洞形和圆形两种形式，综合考虑隧洞受施工进度、施工方便程度等因素，选用城门洞形断面。

结合水工建筑物布置，为了降低投资，考虑导流洞后半段与放空洞结合，结合长度404.34m。由于放空洞净断面为2.8m×4m，故导流洞洞径本阶段比较了2m×3m、2.5m×3m 和2.8m×4m三种断面，通过对导流洞开挖量、衬砌量、围堰填筑量和围堰填筑进度的比较，最后确定衬砌后断面尺寸为2.8m×4m。

由于放空洞出口高程为906.45m，隧洞底坡为1.5%，故导流洞底坡亦定位1.5%，出口底板高程为906.45m，进口底板高程为915.34m，洞身长592.74m。

3）导流洞水力计算

根据施工期导截流的需要，整个导流期间，导流洞均敞开泄流，其流态根据水位的

变化，将出现明流、明满流过渡及压力流三种流态。

导流洞泄流能力分别按明流和有压流两种公式计算。明流和有压流的分界，参照一 般经验公式，计算中假定，当隧洞进口水深大于1.5倍洞高时按有压流公式计算，小于1.2 倍洞高时按明流公式计算。

A）明流的泄流能力计算

明流的泄流能力按下式计算：

式中：Q—导流洞泄流量，m/s;

m—流量系数，m=0.35;

σ—淹沒系数，自由出流时σ=1;

b—隧洞过水断面的宽度，m;H—隧洞进口水深，m。

B）有压流的泄流能力计算

有压流的泄流能力按下式计算：

式中：Q—导流洞泄流量，m/s;

μ—有压流流量系数;

W—隧洞过水面积，m;

z—隧洞进出口水头差，m。

其中

式中：

h——隧洞进口损失m;

h——沿程损失，m;

h——弯段损失，m;

V——断面平均流速，m3/s;

C——谢才系数，m1/2/s;

R——水力半径，m;

L——洞身长度，m。

当隧洞出口水深低于隧洞顶板高程时，下游水深H下=0.85a（a为隧洞高度）;当隧洞

出口水深高于隧洞顶板高程时，H下采用实际水深。

导流洞围岩主要为砂岩，局部夹薄层泥岩、泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，以Ⅲ类和Ⅳ 类为主，局部为Ⅴ类。为减少洞身糙率、提高泄流量和运行的安全性，初步考虑采用喷 锚支护与二次全断面钢筋混凝土衬砌结合的复合衬砌方式。衬砌厚度根据围堰类别及所 承受荷载不同，分别为0.4m、0.45m、0.5m。

（二）围堰设计

1）围堰型式

为便于施工，降低造价，拟采用土石围堰结构型式，围堰堰体和堰基防渗均采用粘土心墙防渗。

2）围堰设计

上游围堰采用土石料填筑，最高挡水位924.0m，考虑波浪爬高和安全超高后，确定 围堰顶高程为925.0m。最大堰高20m，堰顶宽6m，堰顶轴线长160m。上下游坡比均为1：2，围堰基础和堰体均采用粘土心墙防渗。

下游围堰采用砂砾石混合料填筑，最高挡水水位906.0m，堰顶高程907.0m，最大堰高7.0m。堰顶宽6m，堰顶轴线长55m。上游坡、下游坡坡比均为1：2。围堰基础和堰体均采用粘土心墙防渗。

二、取水口泵站导流建筑物设计

本着经济合理、就近取材的原则，并综合考虑导流条件和进度安排，围堰采用抛石 进占、土石料填筑、高压旋喷防渗墙防渗。土石料顶宽8.0m，堰顶高程787.0m，内坡为1：2，外坡1：1.5，围堰总长261m，最大堰高9.0m。

（一）管线穿沟处导流建筑物设计

本着经济合理、就近取材的原则，筑岛填筑采用土石围堰，并结合具体地形地质条件和水工建筑物布置，确定合适的筑岛位置。

（二）出库线路导流建筑物设计

经计算，窟野河倒虹分期围堰最大堰高 6m，秃尾河倒虹分期围堰最大堰高 3.5m， 围堰顶宽 5.0m，迎水面与下游坡比均为 1：2.0，采用砂砾石填筑，迎水面铺设复合土工膜防渗，设 0.5m 厚编织袋装土防冲。其它倒虹经计算，围堰最大堰高 2m，均采用砂砾石填筑，围堰顶宽 3.0m，迎水面与下游坡比均为 1：2.0，采用砂砾石填筑，迎水面铺设复合土工膜防渗，设 0.5m 厚编织袋装土防冲。

本工程跨河（沟）5座倒虹和1座桥倒的施工工期均安排在枯水期进行，由于施工期短，围堰基础不设防渗，因此围堰的基础防渗考虑采用机械抽排解决。

根据地质资料显示，倒虹基礎及部分管线穿越地层大部分为细沙层，地下水位高于管线中心线，基坑开挖采取井点降水的措施保持基坑干地施工。针对砂层地质特性，采 取多管井施工降水方法。施工降水设单级离心水泵抽排，流量 100m3/h，扬程 9m，功率5.5kW。