手把岩水库施工导流规划与导流建筑物设计

董泽刚

摘 要：针对手把岩水库坝址区河谷狭窄、暴雨集中时洪峰流量大和施工导流构建物布置紧张等问题，结合工程水文地质、设计洪水成果和度汛标准等条件，本文设计优选围堰一次拦断河床、左岸隧洞过流的导流方式。优选的施工导流方案与工程实际具有较好的匹配性，保障了工程施工导流度汛的安全。

关键词：施工导流;导流隧洞;安全度汛;手把岩水库

中图分类号：TV551.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）10-0042-03

Construction Diversion Schedule and Diversion Building Structure Design for Shoubayan Reservoir

DONG Zegang

（Guizhou Xinzhongshui Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： Aiming at the problems of narrow river valley in dam site area of shoubayan reservoir， large peak flow when rainstorm was concentrated and tight layout of construction diversion structures， combined with engineering hydrogeology， design flood results and flood control standards， this paper designed and optimized the diversion mode of cofferdam once blocking river bed and left bank tunnel flow. The optimized construction diversion scheme has a good match with the engineering practice， which ensures the safety of flood diversion .

Keywords： construction diversion;diversion tunnel;safety flood prevention;Shoubayan reservoir

手把岩水库位于百里杜鹃风景名胜区大水乡后坝村岩脚处，所属河流为长江流域乌江水系左岸三级支流米底河上游孙家沟河段，一级支流为野济河，二级支流为渭河。水库最大坝高49.0 m，校核洪水位为1 573.57 m（洪水频率P=0.5%），正常蓄水位为1 572.00 m，死水位为1 547.00 m;总库容为492.00万m3，死水库容为34.5万m3，兴利库容为409.1万m3。手把岩水库所在流域属山区雨源型河流，洪水由暴雨形成，洪水特性受暴雨影响较大。本文结合工程水文地质等条件，对初步设计中施工导流、施工工序、导流建筑物结构等关键内容进行了详细论证分析，探究了与工程实际相匹配的施工组织方案[1-2]，确保安全可靠、高效优质地进行大坝施工建设。

1 工程水文地质条件

1.1 地形地质条件

坝区河床宽2～9 m，河谷为基本对称“V”形谷，河流整体流向S57°E，河床高程1 523～1 538 m，平均比降2.8%。设计正常蓄水位为1 572 m时，谷口宽162 m，自然宽高比为3.52∶1。两岸山顶高程1 717～1 749 m，相對高差190～230 m，左岸高程1 625 m以下地形坡度25°～35°，高程1 625 m以上地形坡度40°～65°，局部陡倾;右岸高程1 620 m以下地形坡度15°～35°，高程1 620 m以上地形坡度40°～55°，局部陡倾。岸坡有浅切冲沟发育，其中2#支沟长度460 m，切割深70 m，位于大坝右岸上游160 m。岸坡多为残坡积物覆盖，山顶陡坡地带基岩多裸露。大坝下游140 m处有跌坎发育，高5～6 m，跌坎下有水潭，深1～2 m。

大坝区主要出露的地层为寒武系上中统娄山关群第一段（∈2-3ls1）、第二段（∈2-3ls2）和第四系（Q）覆盖层。由老至新分述如下：娄山关群第一段（∈2-3ls1），深灰至浅灰色薄至中厚层白云岩，底部为泥质白云岩，厚200 m，分布于高程1 683 m以下;娄山关群第二段（∈2-3ls2），深灰至浅灰色中厚、厚层白云岩，厚66 m，分布于高程1 683 m以上;第四系（Q），主要为残坡积黏土夹碎石和冲洪积砂卵砾石层，厚0～7 m，多分布于沟谷、岸坡、山地、坡麓等处。大坝下游400～500 m处有一小型平移断层f1分布，长2.7 km，断距3～5 m，断层走向北东方向162°，倾向北东，倾角60°，断层两盘地层为娄山关群第一段（∈2-3ls1）深灰至浅灰色薄至中厚层白云岩和娄山关群第二段（∈2-3ls2）深灰至浅灰色中厚、厚层白云岩。断层距大坝较远，对坝区无影响。

1.2 水文气象条件

手把岩水库集水面积由闭流区和明流区组成，闭流区集水面积为11.6 km2，明流区集水面积为5.5 km2，主河道长4.34 km，主河道坡降28.72‰。水库坝轴线以上流域集水面积合计为17.1 km2。流域内降水主要集中在5—10月，占全年降水量的81%;枯水期为11月至次年4月，降水量占全年降水量的19%。该流域属山区雨源型河流，洪水由暴雨形成，洪水特性受暴雨影响较大，暴雨集中时，所形成的洪峰流量较大，洪水过程线为“尖瘦型”，暴雨集中程度小的洪水一般为“矮胖型”。

水库所属流域属亚热带季风气候区，主要气候特点是气候温和，四季分明，雨量充沛，冬长夏短，昼夜温差大，干湿季节明显，日照时数少。多年平均蒸发量为1 166.2 mm。年平均气温13.9 ℃，最冷月为1月，平均气温3.5 ℃，极端最低气温-10.4 ℃（1977年2月9日）;最热月为7月，平均气温23.1 ℃，极端最高气温32.4 ℃（1958年4月23日）。年均日照时数1 284.7 h，占可照时数的29%，以夏季为多，冬季为少。年均大风日数2 d，多年平均风速1.6 m/s，全年以东北风居多，多年平均最大风速12.9 m/s（南风）。年平均相对湿度82%。全年平均雾日数16.4 d，降雪日数13.7 d，霜日数12.6 d，平均无霜期271.3 d。多年平均降水量962.3 mm，丰水期（5—10月）平均降水量779.6 mm，占全年降水量的81.0%，枯水期（11月至次年4月）平均降水量182.7 mm，占全年降水量的19.0%。

2 施工导流规划

2.1 导流标准及导流流量

手把岩水库为Ⅳ等小（1）型水库。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303—2017）的相关指标要求[3-4]，当采用土石围堰时，导流标准采用枯期5年一遇（P=20%）洪水标准。坝轴线天然设计洪水成果如表1所示。

手把岩水库拦河坝总库容为492.00万m3，小于0.1亿m3，度汛洪水标准按10年一遇全年洪水设计。从表1可知，相应洪峰流量为Q10%=60.1 m3/s。

2.2 导流方式与导流程序

手把岩水库挡水建筑为高填充自密实混凝土砌石重力坝，河谷呈基本对称“V”形谷，大坝坝体处谷狭窄，河床覆盖层厚3～4 m。如采用分期导流方式，则施工程序复杂，需要多次填筑围堰、帷幕灌浆，不利于充分发挥高填充自密实混凝土砌石重力坝通仓浇筑的施工优势，在一定程度上限制了坝体快速施工能力;坝基开挖至1 526 m高程，开挖深度达10 m，且作为关键线路工程之一的坝基开挖工程量较大（4.43万m3），一汛前坝体也需要浇筑到河床高程以上（低于河床高程，度汛时混凝土工作面会淤积大量泥砂、碎石等，清理工作量大），一汛前所需完成的工作项目多、工程量大。因此，手把岩水库不宜采用分期导流方式。根据坝区地形条件，大坝附近河床较顺直，无明显的凸岸，故导流洞布置在左、右岸均可，隧洞长度差异较小。大坝右岸上游有宽缓台地分布，若导流洞布置在右岸，导流隧洞需要设置长130 m的进口明渠，而导流洞布置在左岸，设置的进口明渠长16.13 m。因此，导流隧洞选择布置于左岸山体内。综合考虑后，手把岩水库采用围堰一次拦断河床、导流隧洞过流的导流方式[5]。手把岩水库坝区施工导流程序如表2所示。

3 导流建筑物结构设计

3.1 左岸导流隧洞设计

手把岩水库导流隧洞布置在河床左岸，导流隧洞长210.10 m，进口底板高程1 537.00 m，出口高程1 533.00 m，导流隧洞底坡1.90%，进口明渠长27.40 m（含闸门井段），出口明渠长28.38 m，进口设钢闸门。为满足隧洞枯期过流、度汛等要求，导流洞设计在枯期及汛期均按有压流计算过流能力。导流隧洞断面选择城门洞型，衬砌后断面尺寸为2.0 m×2.2 m（宽×高），净断面面积4.05 m2，顶拱中心角123.86°，顶拱半径1.13 m。枯期由上、下游围堰挡水，当遭遇枯期设计洪水（Q20%=21.8 m3/s）时，上游围堰的上游侧水位为1 540.30 m。导流洞开挖后立即进行喷锚一次支护，Ⅲ～Ⅳ类围岩一次支护挂网喷混凝土10 cm，设锚杆直径为25 mm，长度（L）=2.25 m，每排5根，排距2.0 m，对应开挖断面为3.0 m×3.1 m;Ⅴ类及不良地质段一次支护采用间距为1.0 m的14#钢拱架支护并挂网喷混凝土，设锚杆直径为25 mm，长度（L）=2.25 m，每排5根，排距1.0 m，对应开挖断面为3.2 m×3.2 m。

3.2 围堰设计

3.2.1 上游围堰。枯期5年一遇洪峰流量Q20%=21.8 m3/s通过导流洞下泄时，对应上游雍高水位1 540.30 m，考虑波浪爬高及安全超高后，上游围堰顶部高程定为1 541.00 m，采用不过水土石围堰，顶宽4 m，堰顶长度64.90 m，最大堰高7.5 m，迎水面坡度1∶2，背水面坡度1∶2.5，围堰采用黏土心墙防渗，基础采用帷幕灌浆处理，帷幕孔深入至弱风化岩层。

3.2.2 下游围堰。根据导流洞出口处水位—流量关系曲线，枯期（11月至次年4月）5年一遇洪峰流量Q20%=21.8 m3/s通过导流洞下泄时，对应导流洞出口河床水位为1 533.56 m，考虑波浪爬高及安全超高后，下游围堰顶部高程定为1 534.50 m，采用不过水土石围堰，顶宽3 m，堰顶长23.53 m，最大堰高2.5 m，迎水面坡度1∶1.75，背水面坡底1∶1.5，围堰采用黏土心墙防渗，基础采用帷幕灌浆处理，帷幕孔深入至弱风化岩层。

3.3 施工度汛

手把岩水库施工度汛采用导流隧洞有压流+坝体缺口联合过流，坝体缺口底部高程1 539.00 m。经调洪演算，遭遇度汛洪水（Q10%=60.1 m3/s），H=1.22 m时（坝前水位为1 540.22m），拦蓄最大库容2.56万m3，最大下泄流量为59.5 m3/s，其中导流隧洞、大坝预留缺口过流流量分别为Q流洞 =21.39 m3/s、Q大缺口 =37.61 m3/s。根据施工进度计划安排，在主河床截流后第一个汛期来临之前大坝缺口两侧混凝土可浇筑至1 541.50 m高程，高于坝前水位1 540.22 m，满足安全度汛要求。

4 结语

手把岩水库坝址处河谷狭窄，河床覆盖层厚3～4 m，河道比降大（平均2.8%），洪水陡涨陡落，暴雨集中时洪峰流量大。初步设计阶段，通过施工导流、施工度汛等方案科学地比选和论证，优选与工程特性相匹配的“围堰一次拦断河床、左岸导流隧洞过流”导流方案和导流建筑物结构体型，为工程高效优质的施工建设提供了重要的技术保障。

参考文献：

[1]冷继菊.双河口水库大坝施工组织设計[J].河南科技，2019（29）：91-92.

[2]程树明.二甲沟水库施工导流方案浅析[J].黑龙江水利科技，2016（1）：79-80.

[3]吴侦辉.大河水库工程施工导流规划与实践[J].小水电，2017（3）：40-43.

[4]付小玲.水库施工组织设计要点分析[J].科技展望，2016（35）：21-22.

[5]黄帮有.脚里水库工程施工技术[J].水科学与工程技术，2014（5）：88-91.