水库坝施工期导流布置与适宜性分析

李美坤

(江西省南昌县红旗大泵电力排灌站，江西 南昌 330213)

水库坝施工导流作为水利水电枢纽设计的重要组成部分，是影响施工方式、施工进度、施工枢纽布置和工程造价的重要影响因素[1]。土石坝利用就地土料、砂砾、石渣卵石等材料筑成，施工期坝体不能过水，因此相较于混凝土重力坝、面板堆石坝的施工放线更大[2]。目前，土石坝常见的导流方式主要有一次拦断河床围堰和分期围堰两类[3-4]。根据泄水建筑物不同可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流，以及施工过程中坝体孔导流、永久性泄水建筑物导流组合形式[5]。如一些水库土石坝通过一次拦断河床围堰导流，前期利用导流明渠、隧道或坝体底部涵管泄洪，后期利用永久性泄水建筑或坝体缺口泄洪[6]。部分抽水蓄能水库采用分期围堰导流方式，前期利用束窄河床泄洪，后期利用束缚河床、坝体底孔、坝体缺口或导流明渠、隧洞泄水[7-8]。工程实践中，施工导流不同阶段泄水建筑需要根据工程水文特性、地形地质情况、枢纽条件等进行方案技术经济比较，综合各种因素来选择最优导流方案[9-11]。本文针对某一中型水库土石坝工程项目，提出三种不同的导流布置方案，并从技术、经济和安全性等角度对三种不同的导流方式进行了比较，以选择最佳的导流方式。

1 工程背景

1.1 工程概况

某水库土石坝枢纽由黏土心墙土石坝、左右双溢洪道、上坝、进坝公路、放空闸，引水发电隧洞、放空闸等组成。坝顶高程2120 m，最大坝高37.8 m，坝顶宽6 m，坝轴线长208 m。水库正常蓄水水位376 m3，总库容2600万m3，属Ⅲ等中型工程，永久性建筑为3级建筑物，导流洪水标准采用20年一遇，洪峰流量2010 m3/s，设计洪水50年一遇，设计洪峰流量2510 m3/s，校核洪水1000年一遇，校核洪峰流量4070 m3/s，采用4级 临时性建筑物围堰，导流洪水标准为20年一遇洪水。水库溢洪道位于大坝左岸坝肩处，采用2孔布置方式，引水发电隧洞布置在右岸，由进口分层取水塔、龙抬头、隧洞段组成，全长392 m。

1.2 工程条件

根据气象资料统计，水库区域属半湿润季节气候区，冬季寒冷少雨，夏季炎热多雨。历史最高气温39.6 ℃，最低气温-2 ℃，年平均气温18.5 ℃，年降雨量1400～1500 mm，最大降雨量为2308 mm，最小降雨量为906 mm，其中降雨量多集中于5—9月，占年降雨量的70%以上，多年平均水平蒸发量在990～1400 mm之间。

水库呈近东西向分布，整体呈“S”形，坝体处于“S”形中部。坝址处右岸为一斜台地，高程380～390 m，上游地形平缓，坡度20°～25°，下游呈台阶状，综合坡度20°～25°。地表覆盖层为坡积土及种植土，厚度约0.5 m，下伏基岩为三叠系边阳组极薄-薄层砂岩、粉砂岩。钻孔显示，库区广泛分布侏罗系砂岩、粉砂岩以及页岩等，下坝址处以黑云母花岗岩为主。

2 导流方案

该工程主要建筑物为3级，导流建筑物5级，整个工程项目为Ⅲ等工程，根据相关规定，导流设计洪水标准为5年一遇，导流时段为11月—次年4月，导流流量6.85 m3/s。设计时根据工程地形地貌特征以及水工建筑物布置情况，分别采用导流隧洞结合永久隧洞布置、隧洞单独布置以及埋管导流方式比较。

2.1 方案一：导流隧洞结合永久隧洞

采用围堰一次拦断河流，导流隧道结合永久隧洞布置。隧洞布置在右岸，隧洞长442.33 m，采用圆形断面，进口高程106.5 m，出口高程105 m，洞径2.0 m，洞身采用挂钢筋网喷C20混凝土和现浇钢筋混凝土负荷衬砌方式，C20混凝土厚15 cm，钢筋混凝土衬砌厚30 cm。

上游围堰位于坝轴线上游约440 m，为黏土心墙土石围堰，堰顶长54 m，宽5 m，堰顶高程2114.16 m，最大堰高5.5 m，堰前水位2113.36 m；戗堤部分迎水边坡和背水边坡为1∶1.5，土石渣填筑迎水边坡和背水边坡为1∶2.0。下游围堰位于坝轴线下游约170 m处，为黏土心墙土石围堰，堰顶长32 m，宽5 m，堰顶高程2111.46 m，最大堰高2.5 m，堰前水位2110.92 m；黏土心墙边坡1∶0.1，土石渣填筑采用厚500 mm的干砌石或抛石护坡，迎水边坡和背水边坡为1∶2.0。该方案在枯水期，由导流隧洞导流，围堰挡水，汛期由导流隧洞泄洪，大坝挡水。

2.2 方案二：防导流隧洞单独布置

采用围堰一次拦断河流，导流隧道单独布置围堰挡水，导流隧洞导流，汛期大坝挡水，导流隧洞泄洪度汛。引水隧洞和导流隧洞结合布置，隧洞长442.33 m，圆形断面，进口高程106.5 m，出口高程105 m，洞径2.0 m，洞身采用挂钢筋网喷C20混凝土和现浇钢筋混凝土负荷衬砌方式，C20混凝土厚15 cm，钢筋混凝土衬砌厚30 cm。上游围堰位于坝轴线上游约160 m，为黏土心墙土石围堰，围堰形式与方案一相同。

2.3 方案三：埋管导流

“埋管导流法”即在第一个枯水期采用临时围堰挡水，河道右岸铺设导流混凝土管保证二期导流过水条件，由左岸束窄河床断流；第二个枯水期采用土石围堰一次拦断河流围堰挡水，利用埋设的混凝土管泄流。其中埋管采用内径2 m的混凝土管穿过坝体布置在右岸，在第一个枯水期施工埋管部分，第二个枯水期填筑坝体。上游围堰位于坝轴线上游坡脚处，为黏土心墙土石围堰，堰顶长54 m，宽5 m，堰顶高程2113.18 m，最大堰高4.7 m；戗堤部分迎水边坡和背水边坡为1∶1.5，黏土心墙边坡1∶0.1；土石渣填筑迎水边坡和背水边坡为1∶2.0，采用厚500 mm干砌石护坡。下游围堰位于坝轴线下游约140 m处，为黏土心墙土石围堰，堰顶长32 m，宽5 m，堰顶高程2111.66 m，最大堰高2.7 m。黏土心墙边坡1∶0.1，土石渣填筑采用厚500 mm的干砌石或抛石护坡，迎水边坡和背水边坡为1∶2.0。

3 施工方案优选

3.1 经济性比较

表1给出了三种不同导流方案下的技术经济性比较结果，可以看出，方案一结合了永久隧道，工程施工量小，工期短，投资成本低。方案二采用隧洞单独布置的方式，在工程施工量和施工成本方面都远大于方案一。方案三的费用相较于方案二较低，但方案三整体施工周期长，工程量大，容易造成施工过程不确定因素增加，影响施工进度，且采用埋管导流方式要求施工后期将涵管埋入土坝中，容易对填土方的稳定性造成影响。

表1 不同导流方式的技术经济性比较

3.2 导流程序控制

根据上述经济性分析，采用导流隧洞结合永久隧洞布置方式进行土石坝施工。在枯水期，由导流隧洞导流，围堰挡水，尽早实现河床截流，保证工程尽快施工，汛期由导流隧洞泄洪，泄洪闸联合过流，充分利用永久泄水建筑物，减少导流隧洞的尺寸和工程量。具体为：

第一期(第一年5月—第二年3月)为基坑施工期，原河床过流，导流隧洞，泄洪闸在进出口岩坎及纵向岩坎维护下施工，导流标准20年一遇，设计洪峰流量2010 m3/s。

第二期(第二年4月—第三年8月)汛期采用导流隧洞与泄洪闸联合过流，河床土石围堰全年挡水，设计洪峰流量2510 m3/s。其中枯水期采用导流隧洞过流，主河床土石围堰进出口挡水，枯水期第二年10月—第三年2月底，设计洪峰流量1500 m3/s。

第三期(第三年9月—第四年6月)采用泄洪闸过流，第三年9月—第二年2月导流隧洞上游枯水期土石围堰挡水，左岸混凝土副坝施工，合成土石围堰挡水，导流流量2010 m3/s；第三年3月—第四年6月底，汛前挡水坝段最低浇筑高程超过上游围堰顶高程，采用坝体挡水，泄洪闸过流，水工永久建筑物泄洪，洪峰流量4070 m3/s。

4 结 语

土石坝施工导流是水利工程施工设计重要组成部分，直接影响到施工程序和施工进度，因此，需要根据工程实际情况，确定合理的土石坝施工方案。根据某水库土石坝枢纽工程实际情况，从技术、经济、安全性等角度对三种不同的土石坝施工方案进行比较分析。隧洞单独布置施工方案施工周期短、但成本高极高；埋管导流施工方案投资较小，但施工周期长，施工进度推进困难，且存在土方稳定性问题；导流隧洞结合永久隧洞布置的施工方式具有施工工期短、施工干扰小，投资成本低，因此作为该水库土石坝工程的首选施工方案。