磨河水库施工导流方案设计简述

梁锦陶

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

磨河水库位于太行山脉南端磨河之上，行政区划归陵川县马圪当乡原大磨河村。距离磨河南部出山口约40 km，距离陵川县城约45 km。坝址以上主河道长33.6 km，控制流域面积161.9 km2。

磨河水库的建成将极大缓解陵川县及周边城镇由于供水能力不足而制约经济发展的问题。工程主要包括枢纽工程和上坝道路两部分，下面主要介绍枢纽部分施工导流工程。

2 水文气象

陵川县位于山西省东南部，太行山南端最高地带。工程区气候类型属半干旱温带大陆性季风气候，冬季严寒，夏季炎热。春秋季多风，夏季多雨，年降雨量分布极不均匀，主要集中在7—9月，约占年均降水量的70%，多年平均降水量560 mm，多年平均蒸发量1200 mm，年平均气温7.8℃，属半干旱地区。冬季主导风向为西北风，春秋多东南风，区内最大冻土深度约0.6m。枯水期为10月—次年5月。

3 地形地貌及工程地质条件

磨河供水扩建改造地处太行山脉南端，山顶高程一般在1200～1600m之间，最高峰位于东北部的板山山峰顶高程1784m，相对高差300～700m，属剥蚀构造低中山，地形起伏大，山势陡峭，沟谷发育，山脉水系明显受地质构造和岩性所控制。根据地貌成因、形态组合将地貌划分为构造剥蚀、侵蚀中山区和河流侵蚀堆积区两个区。

库区为基岩山区，绝大部分为基岩裸露，侵蚀剥蚀作用强烈，河谷呈狭窄“U”字形峡谷，河谷宽约40m，谷深达数百米。河床纵坡34‰，河流总体流向为N向S方向。库区出露地层岩性以古生界寒武系中统张夏组鲕状灰岩局部夹薄层泥质灰岩为主。河谷中分布有新生界第四系全新统松散堆积物。库区地质构造简单，褶曲不发育，未见断裂构造。地层整体上呈单斜构造，岩层产状为N60°E/NW∠5°～7°。岩体中主要发育有两组节理裂隙，无充填物，少数有石灰华、岩屑充填。地下水类型有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水两种类型。

4 施工导流

施工导流是指在水域（大多数指活水河道）内修建水利工程的过程中，为创造干地施工条件，前期用围堰围护基坑，将河道水流通过预定方式绕过施工场地导向下游的工程措施。

4.1 导流标准

根据其工程规模、效益以及国民经济重要性，水库枢纽工程主体建筑物级别为Ⅳ等，根据《水利水电工程施工组织设计规范》规定，确定导流建筑物级别为5级，导流建筑物设计洪水标准为10～5年洪水重现期，由于大坝为堆石混凝土重力坝，基坑淹没损失不严重，下游没有大的厂矿和城市，为降低工程成本，并结合风险度综合分析，最终确定工程采用5年洪水重现期全断面枯水期导流，水库P=20%枯水期流量为3.88m3/s。

4.2 导流方式

导流方式对分段围堰法导流和全段围堰法导流进行比较。分段围堰法导流是利用围堰将水工建筑物分段分期围护起来进行施工的方法，可分为束窄河床导流和通过已建或在建建筑物导流。全段围堰法导流是指在河床内距主体工程轴线上下游一定距离，修筑拦河堰体，一次性截断河流，使河流中的水流经河床外修建的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄的方法，可分为明渠导流、隧洞导流及涵管导流等。由于磨河水库坝址处河谷狭窄，两岸地形陡峻，河床底宽度40m左右，且山岩坚实，符合全段围堰法隧洞导流的适用条件，因此本工程采用全断面围堰挡水、导流洞泄洪的方案较为合理。

本工程施工期为3年，围堰修筑两次。第一年汛期来临前修建导流洞，汛期主要进行大坝两岸削坡，汛期后修筑围堰，第二年汛前大坝浇筑至地面，汛期停工，汛后重新修筑围堰并继续施工，第三年汛前大坝浇筑至坝顶。

4.3 导流建筑物设计

枢纽导流建筑物包括上游围堰、下游围堰和导流洞三部分。

4.3.1 导流洞设计

导流洞布置在大坝右岸，为城门洞型断面，设计流量3.88m3/s，水深及底宽可由渠道水力计算得到。经试算得，当流量为3.88m3/s时，取隧洞底宽1.5m，水深0.62m，直墙高取1.25m（隧洞施工最小断面），顶拱半径0.75m；导流洞实际最大过流能力为14m3/s。导流洞边墙及顶拱采用喷锚支护防护，喷混凝土厚度10 cm，锚杆间距1.2m，排距2.0m，长度1.5m。进口底高程903.80m，出口底高程893.70m，纵坡36‰，洞长276.14m。

工程完工后采用C20混凝土对导流洞进行封堵。

4.3.2 上下游围堰设计

上游围堰位于导流泄洪洞进口下游，距坝轴线约70m，围堰长37.50m，按枯水期5年一遇标准设计，设计洪峰流量3.88m3/s，经渠道水力计算得相应水位903.52m，超高0.5m，堰顶高程904.02m，最大堰高1.12m，鉴于堰顶应高于导流洞顶高程（905.80m），堰顶高程取905.90m，最大堰高3m，顶宽3m，迎水面边坡1∶2.5，背水面边坡1∶2.0，围堰利用开挖砂砾石料填筑，迎水面铺设0.3m厚的干砌石护坡。堰体采用土工膜防渗，基础采用高喷防渗墙防渗。主体工程完工后拆除围堰。

导流泄洪洞出口距坝址400m，最大下泄流量3.88m3/s，相应水位893.95m，低于施工区的最低高程898.00m，因此不需要修建下游围堰。

4.4 导流建筑物施工

导流洞洞口石方明挖：风钻钻爆，洞脸部位预裂控制爆破，石渣采用1m3挖掘机挖装，8 t自卸汽车运输7 km至上游弃渣场。

导流洞石方洞挖：采用全断面风钻钻爆开挖，人工装斗车运至洞口，1m3装载机机装，8 t自卸汽车运输7 km至上游弃渣场。

喷锚支护：锚杆安装、造孔、吹冲干净、安插锚杆、注浆、与钢筋网链接、喷混凝土。

导流洞喷混凝土：根据具体情况采用湿式和干式相结合的方式喷射混凝土。

围堰高喷防渗墙：采用地质钻机钻孔，泥浆固壁，高喷台车喷施灌浆。

围堰填筑：利用大坝开挖砂砾石料，59 kW推土机平料，振动碾碾压。

土石填筑：先对河岸两侧高台地进行回填，然后进行主河床段的回填。

围堰拆除：用1m3反铲挖掘机挖装，8 t自卸汽车运输，用于大坝基坑回填。

4.5 基坑排水

大坝基坑开挖后将形成深度约17m的深基坑，其中覆盖层边坡高度可达10余m，基岩边坡高度约为7m。由于磨河河谷中地表水及地下水较为丰沛，基坑开挖涌水量为1159.1m3/d。基坑排水采用潜水泵3台，其中1台备用。

5 结语

施工导流是修闸筑坝工程所特有的一项十分重要的工程措施，在水利工程施工中，正确选择施工导流方案尤为重要，它不仅影响永久建筑物的施工，而且在很大程度上影响整个工程实施的进度和工程造价的控制。因此，周密详细的施工导流方案设计对后续主体工程的顺利施工起着关键性作用。