代玉旭，苑振霞

(1.遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，沈陽(yáng) 110006；2.遼寧省水利水電工程移民局，沈陽(yáng) 110003)

紅花爾基水利樞紐工程施工導(dǎo)流二期圍堰設(shè)計(jì)

代玉旭1，苑振霞2

(1.遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，沈陽(yáng) 110006；2.遼寧省水利水電工程移民局，沈陽(yáng) 110003)

文章根據(jù)工程水文、流域氣候特點(diǎn)，針對(duì)實(shí)施中不利條件，結(jié)合壩區(qū)自然地質(zhì)條件和工程工期要求，簡(jiǎn)要介紹了二期圍堰標(biāo)準(zhǔn)選擇、斷面形式和防滲鋪蓋設(shè)計(jì)，既保證了施工導(dǎo)流要求，也實(shí)際驗(yàn)證了圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，為保證壩體填筑節(jié)點(diǎn)施工期創(chuàng)造了有利條件，為類似水利樞紐圍堰設(shè)計(jì)提供一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考。

壤土鋪蓋；實(shí)施條件變化；導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)；二期圍堰

1 工程概述

紅花爾基水利樞紐工程位于呼倫貝爾市海拉河一級(jí)支流伊敏河中游，是一座以供水、防洪為主，兼顧防凌、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大(2)型控制性樞紐工程。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000a一遇洪水。水庫(kù)總庫(kù)容為32229萬(wàn) m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

攔河壩位于主河床，溢洪道、發(fā)電引水洞、電站位于大壩左岸岸坡(或坡腳)，泄洪導(dǎo)流洞、工業(yè)供水洞位于大壩右岸。大壩為壤土心墻砂礫石壩，最大壩高32.2m，壩頂長(zhǎng)1008.35m；溢洪道為無(wú)閘門控制，堰型為低實(shí)用堰，凈寬30m；泄洪導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)為有壓洞，洞徑6.5m，洞長(zhǎng)286m；發(fā)電引水洞洞徑4.5m，設(shè)計(jì)為有壓洞，洞長(zhǎng)320m，發(fā)電流量48m3/s；電站廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)軸流式水輪機(jī)組，裝機(jī)容量7500kW，多年平均年發(fā)電量為2375萬(wàn) kW。工業(yè)供水洞設(shè)計(jì)為有壓洞，洞徑2.2m，洞長(zhǎng)2953.2m，設(shè)計(jì)取水流量8.78m3/s。

大壩基礎(chǔ)砂卵礫石層采用混凝土防滲墻防滲，基巖防滲采用帷幕灌漿[1]。

壩址處河段河谷開闊，谷底寬890m，主流河道距右岸300m，寬約70m。根據(jù)壩址處的地形、水文地質(zhì)條件及本樞紐水工建筑物布置，參考類似工程的施工導(dǎo)流經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)綜合分析比較后，大壩施工導(dǎo)流采用分期導(dǎo)流方式，共分兩期：一期為束窄河床導(dǎo)流;二期為泄洪導(dǎo)流洞導(dǎo)流。

2 工程條件

2.1 水文條件

伊敏河是海拉爾河6大支流之一，發(fā)源于鄂溫克族自治旗蘇河屯蘑菇山，全長(zhǎng)359km，流域面積2.25萬(wàn) km2，河道比降為14.8‰。壩址以上河道長(zhǎng)150km，控制流域面積5364km2。

本流域徑流來自降水、融雪水補(bǔ)給，徑流年內(nèi)分配不均，主要集中在春汛和夏汛。春季4、5月份，水量占全年水量的20%～30%，春汛出現(xiàn)全年最大洪峰，凌汛時(shí)易形成冰壩。夏季6—9月份，徑流占全年的 59.4%。

伊敏河流域地處我國(guó)寒冷的北方，因特殊的氣候條件，流域洪水分春季融冰雪洪水和夏季暴雨洪水。融冰雪洪水一般出現(xiàn)在4—5月，洪水特點(diǎn)為峰高量大；夏季暴雨洪水一般出現(xiàn)在7—8月，洪水特點(diǎn)為峰小，歷時(shí)長(zhǎng)。且春汛洪峰比夏汛洪峰大，洪水歷時(shí)長(zhǎng)，春汛洪峰比夏汛洪峰大37.2%。夏汛的暴雨洪水均比春汛的融冰雪洪水峰平量小。一般一次春汛洪水歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)30d左右，春汛洪水基本15d可以控制，15d洪量占30d洪量的70%左右。

根據(jù)本地區(qū)洪水特性及施工要求，紅花爾基水利樞紐施工洪水分春汛期、夏汛期及枯水期，春汛期為4—5月，夏汛期為6—9月，汛后期為10月。

2.2 氣象條件

本流域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候。春季干燥風(fēng)大，夏季溫涼短促，秋季氣溫聚降，霜凍早，冬季寒冷漫長(zhǎng)。流域內(nèi)多年平均氣溫-1.6℃(海拉爾站)，歷年極端最高氣溫36.7℃，歷年極端最低氣溫-48.5℃。多年平均降水量351.6mm，多年平均年蒸發(fā)量(20cm蒸發(fā)皿觀測(cè)值)1083.0mm，多年平均風(fēng)速3.2m/s，多年平均年最大風(fēng)速為18.5m/s，汛期6—9月最大風(fēng)速平均為15.4m/s，風(fēng)向多為西風(fēng)和西北風(fēng)。歷年最大凍土深為2.42m。

2.3 地質(zhì)條件

紅花爾基水利樞紐工程壩址區(qū)為對(duì)稱的“U”型河谷，河床兩岸不對(duì)稱分布寬約860.00～970.00m漫灘。谷底地層巖性上部由全新統(tǒng)沖積、沼澤堆積物淤泥質(zhì)壤土、含卵石粗礫組成，下部為上更新統(tǒng)冰水堆積泥礫及薄層上更新統(tǒng)洪沖積含中粗砂卵石粗礫，下伏基巖為綠泥絹云母千枚狀板巖及片理化細(xì)砂巖。

巖層透水性：含卵石粗礫及中粗砂卵石粗礫滲透系數(shù)為56.39～149.22m/d，為強(qiáng)透水巖層。泥礫層滲透系數(shù)1.00×10-6m/d，為微透水巖層。下伏基巖大部分地段為微透水巖層。

壩址區(qū)地下水類型為孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要分布于河床兩岸漫灘，地下水位埋深0.95～1.95m。在平水期河水補(bǔ)給地下水，在枯水期地下水補(bǔ)給河水。壩址區(qū)地震烈度為Ⅵ度。

3 原施工導(dǎo)流方案及擋水標(biāo)準(zhǔn)

3.1 一期導(dǎo)流

一期束窄河床導(dǎo)流，導(dǎo)流建筑物圍堰為4級(jí)建筑物。一期導(dǎo)流圍堰圍護(hù)主壩左、右岸基坑長(zhǎng)度790m，占總壩長(zhǎng)的88.8%，留100m寬的束窄河床導(dǎo)流。圍堰頂高程按攔擋20a一遇夏汛洪水設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)生20a一遇夏汛洪水時(shí)，上、下游水位分別為733.75m和732.10m(泄量為302.0m3/s)，上游圍堰堰頂高程為735.25m，最大堰高5.25m，下游圍堰堰頂高程為732.60m，最大堰高2.60m。

圍堰采用土石圍堰，圍堰土石料直接采用大壩基礎(chǔ)開挖棄料，圍堰頂寬為6.0m，上、下游邊坡均取1∶1.5。圍堰防滲采用迎水面鋪復(fù)合土工防滲膜防滲，上鋪砂礫石保護(hù)層，在縱向圍堰上游坡及上游圍堰轉(zhuǎn)角處鋪0.4m厚的鉛絲石籠護(hù)坡，防止水流沖刷破壞圍堰。由于一期圍堰內(nèi)基礎(chǔ)開挖深度較淺，圍堰擋水位較低，所以一期圍堰基礎(chǔ)不考慮防滲措施，在施工期間加大明排即可。

3.2 二期導(dǎo)流

二期導(dǎo)流由新建直徑6.5m施工導(dǎo)流洞泄流(導(dǎo)流洞泄量為247m3/s)。導(dǎo)流建筑物包括導(dǎo)流洞及大壩上、下游圍堰。在二期導(dǎo)流階段，主河槽束窄段圍堰與左、右岸已填筑的大壩要一同面臨度過2009年夏汛，因此，二期圍堰按度夏汛50a一遇洪水設(shè)計(jì)。

根據(jù)調(diào)洪驗(yàn)算成果，當(dāng)發(fā)生夏汛50a一遇洪水(入庫(kù)洪水流量為371.0m3/s)，由泄洪導(dǎo)流洞進(jìn)行泄洪(泄量為247m3/s)后的上游水位為742.88m；夏汛100a一遇洪水(入庫(kù)洪水流量為422.0m3/s)，由泄洪導(dǎo)流洞進(jìn)行泄洪(泄量為268m3/s)后的上游水位為744.32m。因此，圍堰頂高程按50a一遇水位加波浪爬高和安全超高考慮，堰頂高程為745.00m，比100a一遇洪水位高0.68m。

根據(jù)《水電水利工程圍堰設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(DL/T 5087—1999)，為滿足施工需要和防汛搶險(xiǎn)要求，圍堰頂寬取7m，最大堰高15.00m。上游邊坡為1∶2.25，下游邊坡為1∶2.0。圍堰基礎(chǔ)及堰體防滲均采用高壓定噴灌漿防滲墻防滲，基礎(chǔ)防滲墻深入泥礫層2m。因二期圍堰與壩體搭接共同截流，但壩體為砂礫石壩殼，不能防滲，故圍堰防滲心墻要與壩體壤土心墻很好連接，做好接茬處的防滲工作。

為滿足大壩及基礎(chǔ)施工要求，在2007年8月和2009年5月兩次修筑龍口段圍堰截流，分別叫做二期一次圍堰和二期二次圍堰。

1)二期一次圍堰根據(jù)計(jì)劃工期節(jié)點(diǎn)，泄洪導(dǎo)流洞于2007年7月31日貫通具備過水條件，將在龍口段增加臨時(shí)圍堰，并于8月31日前完成填筑防滲、閉氣、排水等工作，以保證龍口段地下混凝土防滲墻于2007年9月1日具備平臺(tái)施工條件。龍口段上游圍堰堰頂高程735.25m(圍堰型式與一期圍堰相同)，并在2007年11月15日前拆除，滿足2008年春汛度汛要求。擋水時(shí)段為2007年8月至2007年11月。

2)二期二次圍堰由二期第二次圍堰和迅速填筑起來的龍口段壩體擋水，根據(jù)施工總進(jìn)度安排，2009年5月中旬開始修建二期第二次圍堰，5月下旬截流，截流后迅速將龍口段壩體填筑至具備擋50a一遇夏汛洪水(其流量為371m3/s)的高程，河水由施工導(dǎo)流洞泄流。

4 二期施工導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)

4.1 工程實(shí)施中的條件變化

實(shí)際施工中，泄洪導(dǎo)流洞由于出口地質(zhì)條件發(fā)生變化，以及與3#施工路交叉問題，造成不能按原節(jié)點(diǎn)工期(2007年7月31日)成洞導(dǎo)流，故綜合考慮為確保工程安全、進(jìn)度和質(zhì)量，設(shè)計(jì)將原泄洪洞導(dǎo)流方案改為明渠導(dǎo)流。設(shè)計(jì)變更直接影響了壩基連續(xù)墻施工的總進(jìn)度，加之防滲墻施工后期問題處理，使得壩基基礎(chǔ)處理由原來的2007年7月31日完成變?yōu)?008年4月15日完成。

大壩工程在2008年5—8月期間，受土料場(chǎng)土料不穩(wěn)定、變更土料場(chǎng)影響，心墻填筑與基礎(chǔ)處理交叉施工，壩體分段分塊施工，增加了施工難度，開挖及填筑施工進(jìn)度滯后。

本工程樞紐地處我國(guó)高寒地區(qū)，施工期間在9月末就氣溫聚降，降雪封凍，翌年5月初開始冰雪消融，逐步解凍。特殊的氣候條件，冬季寒冷漫長(zhǎng)，使得全年有效施工期僅為6個(gè)月。

在大壩工程施工中，受到上述施工條件制約，使得工程進(jìn)展緩慢，施工進(jìn)度滯后，致使2008年計(jì)劃未能如期實(shí)現(xiàn)，給2009年以至以后，甚至給合同總工期的實(shí)現(xiàn)帶來很大困難。根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過研究論證，對(duì)原2008年的施工計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，將原計(jì)劃主壩填筑124萬(wàn) m3調(diào)整為57.1萬(wàn) m3。形象進(jìn)度為左右岸壩體心墻年底前填筑到740.0m高程。

2008年實(shí)際施工中，全年共完成壩體填筑52.92萬(wàn) m3；完成原計(jì)劃的44.3%，調(diào)整計(jì)劃的92.7%。

4.2 二期圍堰設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)

保證主體工程在干地條件下施工，緩解主壩過流段的填筑工期?！逗贤募芬螅憾趪叩慕亓鲿r(shí)間為2009年6月15日，導(dǎo)流后進(jìn)行主壩龍口段段壩基礎(chǔ)開挖和壩體填筑施工，至2009年底主體工程完工。

根據(jù)目前的施工形象進(jìn)度和施工條件，考慮當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩兀谟邢薜?個(gè)月內(nèi)完成上述工程任務(wù)，不僅施工強(qiáng)度大，高寒地區(qū)冬季施工時(shí)施工質(zhì)量難于保證。

在保證后線工期不變的前提下，研究提前進(jìn)行施工導(dǎo)流，將截流時(shí)間提前到2009年5月，增加主體工程施工的有效工作日，是降低施工強(qiáng)度、保證施工質(zhì)量的有效辦法。

確保圍堰在主汛期的穩(wěn)定及度汛安全。

根據(jù)施工時(shí)段安排，二期導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用水庫(kù)調(diào)洪演算成果六月份洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。即：6月份50a一遇洪水流量281m3/s，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)，泄洪導(dǎo)流洞進(jìn)口水位為740.34m，壩前攔洪庫(kù)容2795萬(wàn) m3，上游圍堰堰頂高程741.34m。下游圍堰頂高程731.90m。

根據(jù)壩址以上河床地形、地質(zhì)條件及壤土覆蓋層厚度、滲透系數(shù)等情況分析論證，因地制宜，在距上游圍堰200m主河床范圍內(nèi)拋填≥1.0m厚壤土、左右岸利用上游天然壤土層作為圍堰基礎(chǔ)防滲鋪蓋，與原設(shè)計(jì)高噴防滲墻相比，從經(jīng)濟(jì)上、工期上均具有優(yōu)越性，且和圍堰或壩體填筑施工不交叉，不占用直線工期，為全力進(jìn)行圍堰或壩體填筑施工創(chuàng)造有效時(shí)間條件，確保安全度汛，從而保證整體工程合同工期。

二期圍堰的建基面為730.0m，龍口段壩體的建基面為729.0m。為了減少基坑初期滲水量，二期圍堰壤土鋪蓋及斜墻與左右岸一期上游圍堰防滲土工膜合理銜接，增大水流滲徑。

斜墻和上游鋪蓋用的壤土可結(jié)合上游料場(chǎng)覆蓋清理進(jìn)行填筑，不占用主體工程施工的直線工期。有計(jì)劃開采堰前砂礫石料，并達(dá)到一定的寬度，隨后進(jìn)行鋪蓋填筑施工，防滲效果會(huì)更佳。

最大限度地減少因基坑降水可能引起的壩基不均勻沉降現(xiàn)象和滲透穩(wěn)定。

4.3 截流時(shí)間的分析

根據(jù)提供的水文氣象資料和連續(xù)兩年對(duì)伊敏河壩址區(qū)春汛情況的分析和觀察，伊敏河春季開河時(shí)間為4月中下旬，凌汛在4月下旬通過。截流時(shí)間安排在5月上旬進(jìn)行，不影響凌汛通過，滿足渡凌汛條件。

5月份平均氣溫9.9℃，截流后需要排水清基和基礎(chǔ)處理施工，預(yù)計(jì)5月中旬進(jìn)行部分壩體填筑，滿足壩體填筑的氣溫條件。

利用10月中旬開始進(jìn)行二期上下游圍堰填筑，在上下游圍堰預(yù)留約57m寬的龍口，2009年5月份可以迅速完成二期圍堰施工。

5月中旬進(jìn)行壩體填筑，筑壩料基本開始解凍。壩殼料和反濾料可以滿足要求。心墻土料是重點(diǎn)，為防止其在筑壩時(shí)未解凍，08年秋后未結(jié)凍前，采取在土料場(chǎng)選擇合適的部位將心墻土料表層1.5～2.0m進(jìn)行翻松的保溫方法可以解決。

4.4 圍堰結(jié)構(gòu)型式

上游圍堰采用上游壤土鋪蓋、壤土斜墻砂礫石(土石)堰體、邊坡采用上游1∶2.5，下游1∶2。下游設(shè)排水棱體和排水溝(截水溝)的結(jié)構(gòu)，堰頂高程741.34m，控制排水高程范圍在727～727.5m，保證大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定和728m高程建基面的旱地施工條件。

下游圍堰設(shè)計(jì)堰頂高程731.90m，利用已有壩下路作為下游圍堰，壤土鋪蓋防滲。

二期導(dǎo)流布置及圍堰典型剖面詳見圖1和圖2。

圖1 二期導(dǎo)流平面布置圖

圖2 圍堰典型剖面圖

4.5 導(dǎo)流渠設(shè)計(jì)

泄洪洞進(jìn)口處高程為730m，右側(cè)河灘地高程在732m左右，主河道高程在731m左右，龍口段截流后河水不能自流通過泄洪洞，需要開挖一條長(zhǎng)約300m的導(dǎo)流渠，將河水引至泄洪洞。

導(dǎo)流渠設(shè)計(jì)長(zhǎng)300m，底寬15m，邊坡1∶2，深1.5m，渠底及邊坡鋪設(shè)塑料薄膜防滲。總開挖量為7762m3，開挖料用于二期圍堰填筑[2]。

4.6 導(dǎo)流方式

二期導(dǎo)流的主要任務(wù)是滿足主壩龍口段壩體填筑施工時(shí)的安全度汛。5月上旬截流，截流后河水經(jīng)引渠由泄洪導(dǎo)流洞進(jìn)行導(dǎo)流。

4.7 截流

4.7.1 截流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)河流水文特征、氣候條件、圍堰施工等綜合因素分析確定，截流標(biāo)準(zhǔn)選用5月上旬5a一遇的旬平均流量116m3/s。

4.7.2 截流方式

二期截流為截?cái)嗍哟捕嗡?。根?jù)施工洪水特點(diǎn)及施工總進(jìn)度安排，二期圍堰于2008年10月開始填筑，2009年5月1日截流閉氣。為方便截流材料運(yùn)輸，截流龍口設(shè)在上游圍堰樁號(hào)0+361～0+417的橫向圍堰處，設(shè)計(jì)龍口寬度56m，采用單戧堤立堵進(jìn)占截流[3]。

5 結(jié) 語(yǔ)

紅花爾基水利樞紐工程針對(duì)工程實(shí)施中出現(xiàn)的不利變化，充分分析，及時(shí)調(diào)整二期圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省工程量，有利于搶趕截流前后的施工進(jìn)度，既滿足安全度汛需要，同時(shí)也保證了圍堰和大壩填筑工期要求。

紅花爾基水利樞紐大壩于2009年7月29日成功實(shí)現(xiàn)截流，2009年9月29日下閘蓄水，2011年4月9日3臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電，2011年8月31日全部完工。

上游圍堰上游坡設(shè)置斜墻防滲，通過壩前淤積形成的天然鋪蓋和圍堰防滲斜墻上爬式相連，作為防滲線，縮短二期圍堰施工時(shí)間并降低造價(jià)，充分體現(xiàn)了因地制宜的設(shè)計(jì)思想。

實(shí)踐證明，圍堰防滲處理方案簡(jiǎn)單、安全可靠，便于實(shí)施，從而為大壩龍口段基坑開挖及填筑贏得了工期，節(jié)省了工程投資，取得了良好的工程效益，同時(shí)也為高寒地區(qū)類似施工導(dǎo)流土石圍堰設(shè)計(jì)提供了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考。

[1]杜衛(wèi).水利水電工程施工導(dǎo)流方案決策研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2012(10)：79-80.

[2]謝雯霞.施工導(dǎo)流的方案選擇必須因地制宜—淺談溪下水庫(kù)施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004(03)：18-19.

[3]梁峰，艾合買提·熱合曼.新疆某水電站施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)[J].廣西水利水電，2012(12)：57-58.

1007-7596(2014)01-0105-04

2013-12-12

代玉旭(1984-)，女，遼寧建平人，工程師；苑振霞(1970-)，女，滿族，遼寧桓仁人，高級(jí)工程師，從事水利工程移民工作。

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