劉牧沖，劉濤，萬露

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

察爾森水庫除險(xiǎn)加固施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

劉牧沖，劉濤，萬露

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

察爾森水庫是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫。2011年，針對(duì)大壩基礎(chǔ)滲漏、溢洪道結(jié)構(gòu)安全等問題，進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。根據(jù)加固工程布置特點(diǎn)、水庫運(yùn)行條件等因素進(jìn)行導(dǎo)流方案、導(dǎo)流程序、導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)，為類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)；導(dǎo)流方式；導(dǎo)流程序；過水圍堰；模袋混凝土

1 工程概況

察爾森水庫位于嫩江支流洮兒河中游、內(nèi)蒙古自治區(qū)科右前旗境內(nèi)，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫。水庫正常蓄水位為365.40 m，設(shè)計(jì)洪水位366.40 m，校核洪水位367.61 m，水庫總庫容12.53×108m3。設(shè)計(jì)灌溉面積6.65×104hm2，多年平均發(fā)電量2 664×104kW·h。水庫下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

2011年5月，南京水利科學(xué)研究院將察爾森水庫定性為三類壩。2011年7月，水利部大壩安全管理中心同意察爾森水庫為三類壩鑒定結(jié)論意見，需要進(jìn)行加固處理。

水庫樞紐由壤土心墻砂礫石壩、溢洪道、泄洪洞和電站組成。壤土心墻砂礫石壩壩頂高程為371.50 m，最大壩高為40.0 m，壩頂寬為6.0 m，壩頂長為1 712 m。岸邊陡槽式溢洪道，位于大壩左側(cè)，設(shè)4孔9 m×9 m弧形鋼閘門（加固后為3孔12 m×14.5 m弧形鋼閘門），堰頂高程353.00 m，最大泄量3 616 m3/s。泄洪洞位于大壩右側(cè)，采用二洞合一的布置方式。主洞灌溉、泄洪，支洞發(fā)電輸水。主洞為圓形有壓隧洞，長度392 m，內(nèi)徑分為6.0 m和6.7 m（加固后為6.0 m），最大泄量367 m3/s。電站支洞為壓力隧洞，洞長51.5 m，內(nèi)徑5.0 m，最大過流量59.6 m3/s。電站壓力管道4根，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑3.1 m，廠房為地面式廠房。電站裝機(jī)容量為1.28×104kW。

2 導(dǎo)流條件

2.1 水文條件

根據(jù)洮兒河流域洪水的季節(jié)變化規(guī)律和施工情況將施工期洪水劃分為汛前期（4—5月）、大汛期（6—9月）、汛后期（10月）、枯水期（11月至翌年3月）。施工分期洪水成果，見表1。

表1 察爾森水庫施工分期設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 氣象條件

根據(jù)洮南站氣象資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫為5.5℃，歷年最高氣溫為40.8℃，歷年最低氣溫為-34.6℃。洮兒河流域年最多風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)、西北風(fēng)和西南風(fēng)，冬季為西風(fēng)和西北風(fēng)，夏季多為西南風(fēng)和西北風(fēng)，年最大風(fēng)速發(fā)生在4—5月份，歷年最大風(fēng)速為24 m/s，主汛期歷史最大風(fēng)速為19 m/s。

2.3 地形及地質(zhì)條件

察爾森水庫區(qū)位于大興安嶺東坡，地面標(biāo)高450～680 m，山體比高120～350 m。流域內(nèi)地形基本為低山丘陵區(qū)。壩址處河谷寬1 550 m，山頂高程：左岸380 m，比高45 m，屬丘陵地形；右岸比高165 m，為低山，河漫灘寬闊平坦，地面標(biāo)高334.00～336.00 m。壩址處出露的地層以侏羅系—白堊系（J3S1—OV）的噴出巖為主。右岸及河谷底部均以碎屑凝灰?guī)r為主，火山角礫多見于左岸。侵入巖主要為燕山期侵入巖，以輝長巖脈為主，其次為安山巖脈。第四系地層分為坡積層及沖積層。壩址未發(fā)現(xiàn)有大斷裂，以規(guī)模較小的斷層（寬0.2～1.8 m）和巖脈侵入體為主要構(gòu)造特征。

3 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)流方式及導(dǎo)流程序

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

察爾森水庫為大（1）型工程，大壩、溢洪道、泄洪洞均為1級(jí)建筑物。根據(jù)SL303—2004《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.1條的規(guī)定，察爾森水庫除險(xiǎn)加固工程施工導(dǎo)流建筑物為4級(jí)建筑物。察爾森水庫現(xiàn)有建筑物基本完整，且施工期水庫庫容較大，導(dǎo)流建筑物一旦失事，對(duì)樞紐及下游均造成較大影響，故確定溢洪道及泄洪洞施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)均采用20年重現(xiàn)期洪水。溢洪道施工采用圍堰攔擋非汛期20年一遇洪水，主汛期圍堰過流聯(lián)合泄洪洞過流宣泄20年一遇洪水。

3.2 導(dǎo)流方式

察爾森水庫除險(xiǎn)加固工程泄流通道共有兩處，分別為泄洪洞及溢洪道，施工導(dǎo)流主要考慮利用上述2個(gè)泄流建筑物進(jìn)行導(dǎo)流，不再新建施工導(dǎo)流泄流設(shè)施。在主體加固工程中，壩頂及壩體上、下游護(hù)坡、壩基防滲處理、泄洪洞進(jìn)口啟閉機(jī)室重建等工程均位于庫水位以上或壩下游側(cè)，不必采用施工導(dǎo)流措施，即可具備干地施工條件。只有泄洪洞洞身襯砌加固、溢洪道新建閘室段、挑流鼻坎重建、陡槽段加固等工程的施工需要施工導(dǎo)流，具體導(dǎo)流方式如下：

1）溢洪道施工導(dǎo)流方式。溢洪道除險(xiǎn)加固施工主要分為新建閘室段、泄槽與挑流消能段，其施工導(dǎo)流采用圍堰擋非汛期洪水，泄洪洞泄流；主汛期圍堰過流結(jié)合泄洪洞聯(lián)合泄流的導(dǎo)流方式。

2）泄洪洞施工導(dǎo)流方式?？紤]每年5月11日～9月10日水庫需向下游供水的要求，在進(jìn)度安排上考慮第三年汛后開始進(jìn)行泄洪洞加固施工，至第四年4月底完成上述工程的施工，具備向下游供水的條件。泄洪洞施工安排在第三年9月11日至第四年4月底，施工導(dǎo)流采用由泄洪洞進(jìn)口閘門擋水，由于泄洪洞施工期為枯水期，來流量較小，主要靠察爾森水庫的庫容來容納來流量，如遇來流量較大，水庫水位超過365.40 m正常高水位，可由溢洪道進(jìn)行泄流，因此不需要新建施工導(dǎo)流建筑物。

3.3 導(dǎo)流程序

第一年主汛前進(jìn)行圍堰過水部分填筑，堰體填筑至354.00 m，主汛期未進(jìn)行主體工程施工，此時(shí)泄洪洞、溢洪道均具備泄流條件，察爾森水庫可按《察爾森水庫防洪調(diào)度臨時(shí)方案》正常運(yùn)行調(diào)度。

第一年汛后，圍堰填筑至設(shè)計(jì)高程357.65 m。至第二年大汛前，溢洪道圍堰擋水，進(jìn)行原堰控段拆除和新建底板及邊墩施工。此時(shí)，泄洪洞具備泄流條件。

第二年主汛期，圍堰拆除至354.00 m。溢洪道暫停施工，此時(shí)溢洪道具備臨時(shí)過流條件，結(jié)合泄洪洞聯(lián)合泄流，可確保施工期工程安全。

第二年汛后，重新填筑圍堰擋水部分至設(shè)計(jì)高程357.65 m。溢洪道圍堰擋水，泄洪洞泄流，溢洪道堰控段恢復(fù)施工，完成剩余部分中墩混凝土澆筑工作。至第三年主汛前，溢洪道堰控段完成金屬結(jié)構(gòu)安裝調(diào)試作業(yè)，溢洪道施工全部完成。

第三年主汛期，新建溢洪道施工完成，水庫可按臨調(diào)方案正常運(yùn)行調(diào)度。

第三年供水期結(jié)束，依靠水庫庫容蓄水，結(jié)合溢洪道宣泄超標(biāo)洪水，進(jìn)行泄洪洞加固改造施工，至第四年4月底完成。至此，工程全部完工。

4 導(dǎo)流水力計(jì)算

4.1 泄洪洞泄流能力

察爾森水庫泄洪洞泄流能力，見表2。

4.2 溢洪道圍堰非汛期擋水工況計(jì)算分析

為滿足水庫向下游供水需求，供水初期（每年5月初）水庫庫水位最低需達(dá)到356.00 m。按照選定的工程導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及施工導(dǎo)流方式，溢洪道施工采用圍堰擋非汛期20年一遇洪水，主汛期過流。根據(jù)施工洪水成果，非汛期20年最大洪水為春汛洪水，洪峰流量為122 m3/s；按照計(jì)算的泄洪洞泄流能力成果，當(dāng)庫水位為354.00 m時(shí)，泄流能力為267 m3/s，大于20年春汛洪峰。據(jù)此分析，圍堰最高擋水位為滿足水庫向下游供水所需水位，即356.00 m。

表2 泄洪洞泄流量表

4.3 溢洪道圍堰汛期過流工況計(jì)算分析

1）過水圍堰頂高程選定。察爾森水庫主汛期最低庫水位在354.00 m可滿足向下游供水需要；由于設(shè)計(jì)圍堰主汛期不具備擋水功能，并考慮到汛期圍堰過水工況的穩(wěn)定性，選擇較低的過水圍堰高度對(duì)安全是有利的。因此，確定過水圍堰頂高程采用滿足水庫向下游供水需求的最低庫水位，即354.00 m。

2）調(diào)洪起始水位。根據(jù)施工進(jìn)度安排，第一年及第二年汛期，溢洪道圍堰過流聯(lián)合泄洪洞泄流；第三施工年汛期溢洪道、泄洪洞可正常調(diào)度使用。

按照水庫運(yùn)行調(diào)度，第一年及第二年汛前，水庫庫水位均可降至354.00 m，由此，確定主汛期起調(diào)水位采用354.00 m。

3）洪水調(diào)節(jié)計(jì)算。庫容曲線為實(shí)測庫容曲線成果，設(shè)計(jì)洪水選用1957年型。根據(jù)調(diào)洪成果分析，20年一遇洪水由1957年型控制，調(diào)洪計(jì)算水庫最高水位358.06 m。

5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

1）圍堰布置。溢洪道過水圍堰布置在溢洪道進(jìn)水渠內(nèi)，圍堰軸線長度約為60.0 m。

2）圍堰結(jié)構(gòu)。圍堰頂設(shè)計(jì)擋水位為356.00 m，計(jì)入超高1.65 m，設(shè)計(jì)圍堰頂高程為357.65 m。過水圍堰設(shè)計(jì)頂高程為354.00 m。圍堰堰頂寬度4.0 m，迎水坡坡比為1∶2，擋水部分背水坡坡比為1∶1.5，過水部分背水坡坡比為1∶3.0。圍堰上部擋水部分采用草袋土填筑，下部過水部分采用砂礫石填筑，過水面采用30 cm（最小厚度）模袋混凝土防護(hù)。上下游坡腳處模袋混凝土上部設(shè)30 cm厚混凝土防護(hù)板。度汛工況圍堰斷面型式見圖1，非汛期工況圍堰斷面型式見圖2。

圖1 度汛工況導(dǎo)流圍堰斷面型式（高程單位：m）

圖2 非汛期工況導(dǎo)流圍堰斷面型式（高程單位：m）

6 結(jié)語

察爾森水庫除險(xiǎn)加固工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案根據(jù)加固工程內(nèi)容及特性，利用現(xiàn)有泄水建筑物作為導(dǎo)流通道，節(jié)省了新建過流建筑物的費(fèi)用，同時(shí)通過詳細(xì)分析施工程序，提出了合理的施工工期。圍堰采用過水圍堰型式降低了施工期圍堰作為水庫擋水建筑物的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避了圍堰失事造成庫水集中下泄，給下游帶來災(zāi)難性后果的可能。同時(shí)，考慮在施工期盡可能保障水庫效益，減少棄水，對(duì)圍堰頂高程進(jìn)行了充分論證。目前，水庫加固工程正在施工，施工導(dǎo)流基本按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施，導(dǎo)流建筑物運(yùn)行狀況良好。

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2016-11-17