驮英水库工程施工导流设计

王志飞

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

驮英水库为广西左江治旱驮英水库及灌区工程的龙头供水水库。枢纽工程由拦河土石坝、右岸溢洪道、右岸河道电站发电引水隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸灌溉发电引水系统、渠首电站厂房、坝后河道电站厂房及升鱼机系统等建筑物组成。

拦河坝为沥青心墙堆石坝，拦河坝坝顶高程为233.2 m，坝顶防浪墙顶高程234.4 m，最大坝高为72.2 m，坝顶总长为225 m，坝顶宽8 m，上游堆石区在207.8 m 高程以上坡比为1∶2.25，207.8 m 高程以下坡比为1∶2.5，在207.8 m 高程（堰坝结合部分）设宽32.5 m的平台；下游坝坡坡比为1∶1.9。

溢洪道布置在大坝右岸岸坡上，溢洪道总长440.46 m，其中进水渠长158.36 m，底板高程为213 m；溢洪道控制段长29.5 m，堰顶高程为213 m，共设3 孔宽顶堰溢洪，每孔溢流堰设1 扇弧形钢闸门控制；控制段后接泄槽陡坡段和挑流消能鼻坎段，溢洪道采用挑流消能。

泄洪隧洞采用与施工导流隧洞相结合布置的型式，布置在坝址右岸山体内，泄洪隧洞全长541.5 m。其中隧洞进口段长37.5 m，采用岸塔式短压力进水口型式，设1扇下闸蓄水挡水闸门控制，导流期间进水口底槛高程176 m，导流结束后利用下闸蓄水挡水闸门挡水对进水塔进行改造，将底板高程从176 m浇筑至181 m，以满足泄洪要求，并在塔内设1 扇弧形钢闸门和1扇平板检修门。隧洞横断面采用城门洞型，断面尺寸为8 m×10.5 m（宽×高），洞段长457 m，设计纵坡1%，泄洪隧洞出口采用挑流消能，长47 m。

2 水文、地质条件

2.1 水文

驮英水库所在公安河流域降雨空间分布不均，向西北方向渐减，区域各河流径流主要由降雨形成，径流特性与降雨基本一致，每年5～10月为丰水期，11 月～翌年4 月为枯水期，丰水期径流量占全年80%以上，枯水期径流量仅占20%，最枯月平均流量常出现在每年的12 月～翌年3 月，其中尤以2月份最枯。

坝址各施工时段设计洪水成果见表1。

时段全年9月15日～次年6月15日11月1日～次年6月15日11月1日～次年3月11月1日～次年2月流量/（m3/s）P=1%5120 P=2%4390 P=5%3410 1417 1083 38 P=10%2670 958 710 295 20%1950 667 525 178 172.4

2.2 地形、地质条件

坝址河谷为“V”型谷，水面宽20.5～52 m，河道平直，河床高程163.4～166.4 m 左右。河床冲积漂卵砾石层厚0～1.7 m，两侧河漫滩不发育，坝址两岸山体不对称。其中右岸较单薄（其靠河一侧将来为库区），右岸山头高程293.6 m，岸坡较陡，自然坡度30°～45°；左岸较雄厚，左岸山头高程303.6 m，自然坡度为30°～45°不等。

坝址覆盖层主要有第四系冲积层和残坡积层。沿岸边、冲沟以及局部岸坡见基岩出露，两岸山坡残坡积层均较薄，为0～3.2 m，右岸相对较厚。坝基岩层的岩性组合特征是粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩呈夹层或互层状，岩体为层状岩体，发育的结构面主要有层面、裂隙面、软弱夹层。

3 导流标准与导流时段

3.1 导流标准

驮英水库属大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，拦河坝为2 级建筑物。根据《水利水电工程施工导流设计规范》（SL623-2013）规定，大坝导流建筑物为4级。根据规定，当围堰为土石结构、级别为4 级时，围堰设计洪水标准为10～20年，根据本工程具体条件，上、下游横向围堰均采用土石围堰，导流建筑物的设计洪水标准选用10年一遇。

3.2 导流时段

根据本工程的特点，结合施工进度安排，对大坝导流时段比较了枯水期导流和全年导流两个方案。

（1）方案一：枯水期导流方案。第一个枯水期主要是完成大坝清基、基础灌浆以及坝后厂房基础开挖、基础浇筑以及汛前保护工作，工期约为5 个月。经比较后选择了枯水期11 月1 日～次年3 月31 日为导流时段，该时段10 年一遇的洪水流量为295 m3/s，通过导流隧洞导流时上游壅高水位为182.50 m，相应围堰高程为184 m。汛前拆除大坝围堰，二枯时重新填筑大坝围堰。根据施工进度安排，第二个枯水期大坝无法上升至坝顶，汛期须采用坝体临时断面挡水，利用溢洪道、泄洪洞和导流隧洞联合泄洪。为满足施工度汛要求，大坝须在汛前施工至216 m 高程以上，施工工期约为9 个月。经比较后导流时段选择9月15日～次年6月15日，相应10 年一遇的洪峰流量为958 m3/s，经调洪计算上游壅高水位为191.85 m，相应围堰高程为193.5 m。二汛过后利用坝体挡水，导流隧洞导流，继续坝体填筑和厂房施工，三汛前完成。

（2）方案二：全年导流方案。采用全年10年一遇的洪水标准，相应洪水流量为2670 m3/s，经调洪计算上游壅高水位为205.83 m，挡水围堰高程为207.5 m。为节省围堰投资，采用土石结构、堰坝结合的型式。

经比较，方案二导流费用比方案一节省约160万元，方案二总工期比方案一减少约8个月，发电提前了9个月，发电效益增加约760万元，推荐采用全年导流方案。

4 导流方式与导流程序

4.1 导流方式

坝址处河谷为“V”型，两岸山势陡峭，河流狭窄，属峡谷型水库，根据本工程的地形地势特点，采用一次拦断河床、隧洞导流的导流方式。

4.2 导流程序

一枯时先施工导流隧洞，一个枯水期内完成，在导流隧洞施工期间，同时进行右岸溢洪道开挖、河道电站发电引水隧洞进口及洞身施工，汛前完成导流隧洞的施工；二枯10 月下旬截流，填筑大坝上下游全年土石围堰，全年施工大坝、坝后电站厂房及河道电站发电引水隧洞出口段、溢洪道和升鱼机；至第四年1 月初时下闸蓄水，在蓄水期间，施工泄洪洞进口溢流堰和工作闸门、出口消能工，汛前完成坝区主体工程施工。

5 导流建筑物设计

5.1 导流隧洞

5.1.1 导流隧洞布置

大坝上游为转弯河段，左岸为凹岸，右岸为凸岸。右岸洞轴线可布置成直线与下游河道衔接，洞线长约500 m。左岸洞线进口需避开与灌溉发电引水隧洞的干扰且比右岸洞线长出1 倍多，右岸洞线布置条件优势明显，导流隧洞洞线选择沿右岸与泄洪洞结合布置，洞轴线与坝轴线呈39.21°交角。为使运行期泄水水流具有较好流态，泄洪洞与导流隧洞的结合考虑有不共用进水口与共用进水口结合两种方案。

（1）方案一。不共用进水口方案。泄洪隧洞与导流洞分别采用不同的进水口，按高低布置。将泄洪洞在平面上布置成直线，泄洪洞进口布置在坝址上游右岸，进口高程194 m，平面长77.432 m，呈“龙抬头”型式布置；导流隧洞进口段在泄洪洞上游偏转24.5°布置，长122.8 m。导流隧洞洞身及出口段与泄洪洞结合，洞身段长367.2 m，城门洞型，宽为8 m，洞高10.5 m。在下闸后将导流隧洞前半段封堵，出口加设挑坎作为泄洪洞消能设施。

（2）方案二。共用进水口方案。泄洪隧洞与导流洞共用进水口，只设一条洞，前期为导流隧洞，后期改建成泄洪洞。导流隧洞进口高程176 m，与泄洪洞共用进口放水塔，洞长457 m，城门洞型，宽为8 m，洞高10.5 m。下闸后在进口段加设5 m高溢流堰，同时安装工作弧门，出口加设挑坎作为泄洪洞消能设施。各方案优缺点、工程量及投资比较见表2。

方案优点缺点主要工程量及投资方案一（不共用进水口方案）1.两个进口可以同时施工，施工干扰小，泄洪洞进口较高，不受洪水影响，施工相对安排宽松；2.隧洞进口底，减少截流难度。1.泄洪洞反弧末端与导流隧洞连接的地方施工非常复杂，安全风险大，而且反弧段为斜井，施工相对复杂，施工缓慢；2.后期需对导流隧洞封堵，增加封堵闸门和封堵工程量。土石方开挖20万m3，混凝土7.1万m3，钢筋0.29万t，闸门512t，围堰填筑27.9万m3，投资12 207万元。方案二（共用进水口方案）1.隧洞较短，减少隧洞开挖工程量；2.平洞开挖，施工方便；3.进口底高程高于施工水位，减少了进口导流围堰；3泄洪水流条件好。1.进口抬高，增加截流时水流落差，增加截流工程量；2.布置相对拥挤，放水塔高度增加了18 m。土石方开挖18.7万m3，混凝土6.2万m3，钢筋0.24万t，闸门586t，围堰填筑25.3万m3，投资11 259万元。

在布置方面，两个方案均能满足工程布置要求，都采用永临结合的方式，节省了工程投资，且出口均需要后期在导流洞基础上加设挑坎消能。在施工方面，方案一“龙抬头”段为反弧段，施工复杂，末端与导流隧洞连接部位施工难度更大，安全风险大，方案二隧洞均为平洞开挖，施工出渣较简单。在投资方面，方案二比方案一节省948 万元。尽管方案二抬高的隧洞进口，增加了截流落差，但截流流量较小，截流时流速不大，采取一定的防护措施可满足截流要求。综合考虑，方案二比方案一更优，推荐采用共用进水口方案，即导流洞与泄洪洞共用一个进水口，只设一条洞，前期为导流隧洞，后期改建成泄洪洞。

5.1.2 导流隧洞洞身

根据导流隧洞的地质条件、受力条件及使用条件等，对导流隧洞圆型和城门洞型两种断面型式进行了比较。

本工程处在山区河流，洪水暴涨暴落，洪峰历时较短，根据现有水文资料统计，在导流期间，只发生过4次超标准洪水，平均每次历时5 h。考虑导流隧洞过流时为有压流次数较少，且历时时间短，有压流对洞室围岩稳定影响较小。同时城门洞型底部平整、施工方便，有利于截流。在同样过流能力条件下，城门洞型投资相比圆洞更省。推荐导流隧洞为城门洞型。

导流隧洞洞身总长457 m，纵坡为1%，隧洞宽为8 m，洞高10.5 m，其中两侧直墙段高8 m，全断面采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚0.8～1 m。在拱顶及两侧边墙打排水孔，以减小外水压力。隧洞进口布置进水塔，底板高程为176 m，设一扇平板工作闸门，闸门孔口尺寸为8 m×10.5 m。导流隧洞出口高程为171.43 m，出口接消力池，消力池总长83 m，宽8～13.5 m，深1.43 m，池底高程170 m。

5.2 大坝上、下游围堰

大坝围堰挡水标准采用全年10年一遇，相应洪峰流量为2670 m3/s 时，调洪后堰前水位为205.83 m，最大下泄流量为1260 m3/s，相应下游水位为175.2 m。大坝上游围堰采用堰坝结合的型式，上游围堰顶高程为207 m，最大堰高43.5 m，堰顶宽7 m，堰体防渗采用斜墙和土工膜防渗，斜墙采用风化土填筑，顶宽2 m，底部宽度一般大于12 m，斜墙迎水侧边坡采用1∶2.5，坡面结合永久坝面要求采用干砌石防护，干砌石厚0.5 m，其下设置一层0.5 m厚的砂砾石反滤料；斜墙背水侧通过1∶2.3 的边坡与堰体渣料区相接，之间设置一层0.5 m 厚的砂砾石过渡料衔接。为节省导流费用，围堰渣料区利用开挖渣料填筑，下游堰体与坝体堆石结合，临时坡比为1∶1.5。基础采用开挖截水槽回填粘土防渗。

大坝下游围堰顶高程为176.5 m，最大堰高11.5 m，堰顶宽7 m，迎水面坡1∶2.5，背水坡1∶2。下游围堰采用开挖出来的土石混合料填筑，迎水面采用块石护坡，护坡厚0.5 m。基础采用开挖截水槽回填粘土防渗。

大坝施工导流布置图见图1，大坝上游围堰典型剖面图见图2。

图1 大坝施工导流布置图

图2 大坝上游围堰典型剖面图

6 施工度汛

大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，大坝及厂房采用全年围堰挡水施工，挡水标准为全年10 年一遇，相应洪峰流量为2670 m3/s，上游围堰采用堰坝结合型式，堰顶高程为207 m。根据施工进度安排，大坝围堰填筑后的第一个汛期利用全年围堰挡水施工，根据施工进度安排，一汛前坝体填筑至173.5 m，坝体填筑高程低于大坝上游围堰，汛期度汛标准采用全年10年一遇，汛期利用导流洞泄洪。在二汛来临前（5月底前）施工完成大坝全部工程、泄水建筑物，此时坝体拦洪总库容约2.3 亿m3，大坝级别为2 级，根据《水利水电工程施工导流设计规范》SL623-2013 相关规定，坝体度汛洪水标准采用全年100 年一遇，相应洪峰流量为5115 m3/s，经调洪计算，度汛上游水位为228.27 m，最大下泄流量为4202 m3/s，度汛期间，利用溢洪道与泄洪洞联合泄洪。

7 结语

本工程充分利用大坝地形条件和主体建筑物布置，经过导流时段和隧洞布置方案比较，选择了全年导流时段，导流洞与泄洪洞结合共用进水口方案，并通过大坝上游围堰和大坝主体相结合，缩短了施工工期，节省了导流工程投资，降低了施工难度，提高了施工安全。驮英水库工程于2017 年12月开工建设，根据设计的施工导流方案，目前大坝已填筑完成，取得了预期的效果，对同类水库工程的施工导流方案提供一定的借鉴意义。