观景口水利枢纽导流洞布置设计优化

朱 勤，张 洋，职承杰

（水利部长江治理与保护重点实验室，长江设计集团有限公司，430010，武汉）

观景口水利枢纽施工导流设计采用围堰一次截断河床、隧洞导流、枯水期围堰挡水、汛期大坝度汛断面挡水的导流方案。由于坝址位于五步河与芦沟河交汇处下游，初步设计阶段经综合比选后推荐左右岸各设1条隧洞导流，其中左岸五步河由永久性建筑物泄洪放空洞导流，右岸芦沟河由右岸导流洞导流。枢纽布置见图1。

图1 大坝枢纽混凝土面板堆石坝平面布置图

右岸导流隧洞等级为4级。围堰采用土石结构，导流采用20年一遇洪水标准，相应五步河和芦沟河洪峰流量分别为191 m3/s、110 m3/s。根据枢纽布置和地形地质条件，右岸导流隧洞布置在芦沟河右岸，采用城门洞形，断面尺寸3.20 m×4.50 m（宽×高），洞长700 m，洞底坡降为1.1%，导流洞进口闸室采用岸塔式。

一、问题提出

观景口水利枢纽工程于2016年2月底开工，工程要求2016年11月进行截流，初设方案导流洞长700 m，施工工期约11个月，预计导流洞2017年2月底才能具备过流条件，无法满足工程2016年11月截流的进度要求。因此需对导流洞布置进行优化，缩短导流洞施工工期。

二、导流洞布置优化

1.优化方案

围绕缩短导流洞施工工期的目的，导流洞布置优化重点从以下两方面进行研究：

一是通过明渠或隧洞将左岸五步河和右岸芦沟河连通，取消右岸导流洞，两河导流任务均由左岸泄洪放空洞承担。二是通过调整导流洞布置，缩短导流洞洞线长度，达到缩短导流洞施工工期的目的。

（1）利用明渠或隧洞连通两河，取消右岸导流洞

由于坝址位于两河交叉口，芦沟河河底高程237 m，五步河河底高程234m，如果在围堰前用隧洞连通两河，隧洞长度260m，需由芦沟河下泄到五步河，来洪水时，连通隧洞出口为淹没流，隧洞下泄流量受限，导致右围堰高度增加。若采用明渠连通两河，中间山脊高度较大，最大开挖深度达34 m，工程量较大。

无论采用明渠或隧洞哪种方案连通两河，由于取消了右岸导流洞，左岸泄洪放空洞负担2条河水的下泄，泄流能力减小，将导致左右岸围堰和大坝度汛断面填筑高程增高，估算左围堰增高7m，右围堰增高12.5m，围堰填筑方量增加约11万m3，大坝度汛断面填筑高程增加13 m，度汛前期大坝填筑施工强度增大。同时由于右岸围堰高度增加，右岸围堰挡水水头达22 m，围堰长期高水位运行，对围堰施工质量要求较高，基坑排水及处理工作量增加，也存在一定的安全隐患，故导流洞布置设计优化不推荐本方案。

（2）调整导流洞线路布置，缩短洞线长度

根据枢纽工程布置方案，调整导流洞线路布置，研究将导流洞进、出口位置向坝轴线方向移动，尽可能减少导流洞线路长度以达到缩短导流洞施工工期的目的。

设计单位根据地形地质条件，通过深入研究临时建筑物导流洞与永久建筑物溢洪道空间布置关系及其运行时段特点，导流洞承担的导流任务与溢洪道承担的泄洪任务在时间上相互独立、互不干扰，将右岸导流洞进口位置向下游平移至距坝轴线上游约195 m山坳处，导流洞出口位置向上游平移至距坝轴线下游150 m右岸山坡，充分利用导流洞与溢洪道运行时段相互独立的特点，允许导流洞与溢洪道布置上空间交叉，使导流洞后段从溢洪道泄槽底板的岩层中穿过。

2.优化成效

右岸导流洞按照上述优化方案调整后布置在芦沟河右岸，进口位于大坝轴线上游约195m处，出口位于大坝轴线下游约150m处，进出口之间为洞身段。导流洞由进口控制段、洞身段、出口消能防冲段3部分组成，全长433m。

为保证导流洞过流能力，洞线布置优化后导流洞过水断面及纵坡维持不变，由于洞线长度缩短，泄流能力略有增加。洞身段采用城门洞形，底宽3.20 m，直墙高3.27 m，洞高4.50 m，洞顶圆心角150°，导流隧洞进口底高程为238.00 m，出口底高程为234.15 m，洞长350 m，洞底坡降为1.10%。

导流洞洞线布置优化后，导流洞洞身长度由700 m减少至350 m，由于洞身长度大幅度缩减，工期也相应缩短至5个月，为工程按期截流创造了条件。

三、调整后导流洞对工程的影响

1.调整后导流洞的基本情况

导流洞洞线布置调整后与初步设计相比，导流洞进口位置向坝轴线平移约40m，出口位置向坝轴线平移约340m。

调整后导流洞进、出口段轴线与岩层面近正交。进口覆盖层为粉质黏土夹碎石，厚1.0～2.0 m，下伏基岩为沙溪庙组第三段（J2s3）泥岩夹粉砂岩及薄层砂岩，出口地层岩性为上沙溪庙组第一段第二层（J2s1-2）泥岩夹粉砂岩及薄层砂岩，洞顶围岩厚度相对变厚。同时出口段边坡为逆向坡，边坡稳定、隧洞围岩稳定性好。

导流洞出口位置由溢洪道右侧调整至溢洪道左侧后，隧洞长度由700 m减少至350 m。导流隧洞从溢洪道泄槽底板下岩体中穿过，与溢洪道轴线呈30°斜交，导流洞与溢洪道相交部位该段洞顶开挖高程约240 m，对应溢洪道泄槽底板高程256.94～246.87 m。导流洞洞顶与溢洪道底板间岩体厚度7.31～16.79 m，交叉处断面见图2。该段岩石为砂岩、泥岩夹薄层砂岩及粉砂岩，导流洞部位岩石微风化，属Ⅲ～Ⅴ类围岩。斜槽底板部位岩石微风化～弱风化。

2.对溢洪道泄槽底板的影响分析

（1）施工期

导流隧洞过流后，溢洪道泄槽进行土石方开挖和混凝土浇筑，调整后导流隧洞后段与溢洪道成约30°立体斜交，且最小厚度为7.31 m，为分析导流洞对溢洪道泄槽底板的影响，按浅埋隧洞对导流洞后段进行衬砌配筋计算，为安全起见，隧洞顶部按岩体、泄槽混凝土及水自重全部作用在衬砌结构混凝土上考虑。

（2）运行期

导流出口位置调整后，导流隧洞从溢洪道泄槽底板下岩体中穿过，与溢洪道轴线呈30°斜交，导流洞与溢洪道交叉部位导流洞顶板与泄槽底板最小岩体厚度7.31 m，为确保工程运行期泄槽底板安全，导流洞在下闸蓄水后对该交叉段进行混凝土封堵和回填灌浆处理。

图2 导流洞纵断面（交叉处）（单位：cm）

四、结 论

观景口水利枢纽工程布置格局为：主河床布置混凝土面板坝，左岸布置泄洪放空洞兼施工导流洞、右岸布置岸边式溢洪道，右岸导流洞布置在溢洪道外侧以减少导流洞对溢洪道的干扰，致使右岸导流洞线路较长。

为满足工程截流进度要求，缩短导流洞施工工期，对右岸导流洞线路布置进行了优化，根据地形地质条件，尽可能将右岸导流洞进、出口位置向坝轴线平移靠近，充分利用导流洞与溢洪道运行时段相互独立的特点，允许导流洞与溢洪道空间交叉布置，使导流洞后段从溢洪道泄槽底板的岩层中穿过，优化后导流洞洞线长度由700 m缩短至350 m，节约工程投资约790万元，工期由11个月缩短至5个月，为工程按期成功截流创造了条件。

2020年12月工程下闸蓄水，计划后期对导流洞进行混凝土封堵和灌浆处理，导流洞作为临时建筑物已顺利完成导流任务。目前工程运行状况良好，导流洞布置设计优化成效显著。