(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴陽，550081)

1 工程概況

龍灘水庫位于廣安市前鋒區(qū)桂興鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址位于桂興鎮(zhèn)大店村龍灘子峽谷口，距廣安中心城區(qū)約40km，距前鋒火車站約10km。壩址與廣安市區(qū)有省道S304、縣道X167、XX18公路相通，對外交通方便。

龍灘水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水、發(fā)電等綜合利用的中型水利工程，樞紐工程屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。水庫校核洪水位428.80m，總庫容3010萬m3，正常蓄水位425m，正常蓄水位以下庫容2645萬m3，死水位381m，死庫容200萬m3，興利庫容2445萬m3。樞紐工程包括攔河大壩、壩身泄洪系統(tǒng)、取水隧洞、渠首電站及皮子槽河庫區(qū)巷道防滲工程。

攔河大壩為拋物線型碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程430.00m，最大壩高85m，壩頂弧長219.97m，壩頂寬7.0m，壩底厚21.50m。壩身泄洪系統(tǒng)由4個溢流表孔和1個底孔組成，溢流表孔堰頂高程425.00m，底孔進(jìn)出口底板高程373.00m，出口孔口尺寸為3m×3m(寬×高)，設(shè)置弧形工作閘門。

取水隧洞布置于大壩左岸，由取水口、隧洞、壓力鋼管等組成，引水線路全長160.46m(取水口至放水管末端)。取水口采用岸塔式布置，底板高程376.00m；隧洞全長122.20m，由上部上平段與斜井段組成，水平段長99.16m，斜井段長23.04m；隧洞后接壓力鋼管，主管經(jīng)岔管分出三條支管，其中兩條支管接入廠房供發(fā)電，另一條支管下放水流進(jìn)入尾水渠。

渠首電站主廠房尺寸26.5m×10m×12.47m(長×寬×高)，廠內(nèi)布置兩臺單機(jī)容量為0.5MW的水輪發(fā)電機(jī)組和放水管錐形閥，機(jī)組安裝高程362.00m。

2 施工導(dǎo)流方案分析

通過對龍灘水庫樞紐區(qū)地形地質(zhì)條件、區(qū)域水文特性及樞紐工程建筑物布置綜合分析比較后確定施工導(dǎo)流方案。

由于壩址區(qū)河床狹窄，水面僅寬15m～20m，而且兩岸高陡，局部近直立，采用大規(guī)模明挖山體形成明渠導(dǎo)流的方式顯然不合理，本工程壩址不具備分期導(dǎo)流和明渠導(dǎo)流的條件，宜采用圍堰一次攔斷河床、枯期隧洞導(dǎo)流的方式。

3 導(dǎo)流洞設(shè)計

樞紐工程導(dǎo)流建筑物由左岸導(dǎo)流洞、上游土石圍堰組成，大壩消力池護(hù)坦開挖最低高程357.00m，護(hù)坦末端河床深切，根據(jù)導(dǎo)流洞布置和出口水位流量關(guān)系，不需布設(shè)下游圍堰。

3.1 導(dǎo)流方案比選

壩址河段河谷對稱，左右岸均具備布置導(dǎo)流洞條件，考慮到施工期間左干渠引水及下游電站發(fā)電需要，導(dǎo)流洞布置在左岸可滿足以上要求；若導(dǎo)流洞布置在右岸，需采取引水措施，保證施工期干渠引水。本階段擬定五個方案進(jìn)行比選。

方案1：導(dǎo)流洞布置在河床左岸，洞線從樞紐工程區(qū)廠房后側(cè)繞過，出口接干渠，保證施工期干渠引水，導(dǎo)流洞長度約367.19m。

方案2：導(dǎo)流洞布置在河床右岸，出口接渡槽引水至左岸干渠，保證施工期干渠引水及下游電站發(fā)電。導(dǎo)流洞進(jìn)口覆蓋層采用明挖方式處理，導(dǎo)流洞長度約170.52m，渡槽長度約74.65m。方案1和方案2布置見圖1。

圖1 導(dǎo)流方案1和方案2比選布置

方案3：導(dǎo)流洞布置在河床左岸，洞線從樞紐工程區(qū)廠房前側(cè)繞過，出口接干渠，下游引水從干渠引用，引水受到樞紐工程區(qū)廠房阻擋，采用廠房內(nèi)埋管的形式，保證施工期干渠引水及下游電站發(fā)電，導(dǎo)流洞長度約273.92m，廠房內(nèi)埋管管徑1.5m，長度約40m。

方案4：導(dǎo)流洞布置在河床右岸，采用施工支洞的形式引水，施工支洞布設(shè)在下游原拱壩上游側(cè)，在原拱壩上游側(cè)修建倒虹吸引水至干渠，引水受到樞紐工程區(qū)廠房阻擋，采用廠房內(nèi)埋管的形式，保證施工期干渠引水及下游電站發(fā)電，導(dǎo)流洞長度約170.52m，施工支洞長度約70m，倒虹吸長度約50m，廠房內(nèi)埋管管徑1.5m，長度40m。

方案5：導(dǎo)流洞布置在河床右岸，出口接渡槽引水至左岸干渠，保證施工期干渠引水及下游電站發(fā)電。導(dǎo)流洞進(jìn)口覆蓋層約75m，采用強(qiáng)支護(hù)方式(管棚法)進(jìn)洞開挖，導(dǎo)流洞總長度約221.52m，渡槽長度約74.65m。

初步分析，方案1、方案2、方案5可行；方案3導(dǎo)流洞從廠房前側(cè)通過，雖然節(jié)約了洞長，但由于要采用廠房內(nèi)埋管的形式引水，與廠房施工形成干擾，存在安全隱患，為保證廠房施工、機(jī)組安裝和施工期下游引水安全，方案3不合適；方案4同樣存在廠房內(nèi)埋管問題，形成交叉施工，存在安全隱患，亦不推薦采用。以下對方案1、方案2和方案5進(jìn)行重點比選。三方案優(yōu)缺點比較如下：

(1)方案2和方案5導(dǎo)流方案工程費用比方案1導(dǎo)流方案分別增加約288.21萬元、55.07萬元；

(2)方案1導(dǎo)流施工簡便，無干擾，難度??；方案2和方案5導(dǎo)流洞出口需修筑渡槽接左干渠，且渡槽存在施工導(dǎo)流問題，施工程序多，風(fēng)險高，難度大。同時右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口為覆蓋層基礎(chǔ)，汛期來臨時導(dǎo)流洞施工未完工，需修筑臨時圍堰，且須做好堰體及堰基防滲。

(3)方案2導(dǎo)流洞進(jìn)口存在深厚覆蓋層，開挖方量大，相應(yīng)邊坡支護(hù)量也大，且高邊坡施工風(fēng)險大；方案5導(dǎo)流洞進(jìn)口覆蓋層采取強(qiáng)支護(hù)(管棚法)方式成洞，管棚為柔性棚架體系，其基礎(chǔ)坐落于覆蓋層上，存在沉降的可能；管棚超前灌漿的工程量存在不可控性，同時覆蓋層成洞本身存在一定的風(fēng)險性；方案1導(dǎo)流洞進(jìn)口地質(zhì)條件相對較好。

綜合分析3個導(dǎo)流方案，方案2和方案5導(dǎo)流工程規(guī)模及工程量增加較多，同時并未縮短施工工期，因此，本工程推薦方案1左岸導(dǎo)流洞導(dǎo)流方案。

3.2 導(dǎo)流洞斷面比選

對導(dǎo)流洞進(jìn)行2m×2.5m、2.5m×3m、3m×3.5m(寬×高)三種城門洞型斷面比較，見表1。

表1 導(dǎo)流洞斷面比較

通過表1分析：

(1)2m×2.5m和2.5m×3m斷面比較：堰前水位相差1.17m，圍堰高度相差1.2m，工程量相差不大，但2m×2.5m斷面，水流處于半有壓流，流態(tài)不利，另外斷面較小，不利于施工，影響施工進(jìn)度。

(2)2.5m×3m和3m×3.5m斷面比較：堰前水位相差0.16m，圍堰高度相差0.2m，兩種斷面圍堰規(guī)模相當(dāng)，但3m×3.5m斷面比2.5m×3m大，相應(yīng)導(dǎo)流隧洞洞挖及支護(hù)工程量增大。因此，綜合分析后導(dǎo)流洞斷面選定2.5m×3m城門洞型。

3.3 導(dǎo)流洞布置設(shè)計

3.3.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口段

導(dǎo)流洞布置在左岸山體內(nèi)，進(jìn)口明渠采用八字形，長度24.00m，閘室順?biāo)鏖L5.0m，垂直水流寬4.7m，高度8.5m。

導(dǎo)流洞進(jìn)口河床高程370.45m，進(jìn)口高程的選取既要保證過流順暢，避免淤堵，又要考慮截流難度。選取太高，增加截流難度，選擇太低，需對河漫灘地進(jìn)行開挖，同時增加了淤堵的可能性。綜合考慮，導(dǎo)流洞進(jìn)口高程選取為366.50m。

為減少局部水頭損失，提高導(dǎo)流洞的泄洪能力，避免氣蝕的發(fā)生，將導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室設(shè)計成喇叭口型式，其進(jìn)口曲線按隧洞設(shè)計規(guī)范推薦的橢圓形曲線選用：

3.3.2 導(dǎo)流洞洞身段

導(dǎo)流洞洞身段長367.19m，進(jìn)口高程根據(jù)地形地質(zhì)條件及枯期水位確定為366.50m，出口接目前左干渠，高程359.00m，底坡2.04%，導(dǎo)流洞在平面上轉(zhuǎn)兩個彎，轉(zhuǎn)彎半徑均為30m，轉(zhuǎn)彎角分別為46.50°、37.00°。斷面形式為城門洞型，過水?dāng)嗝?.5m×3.0m(寬×高)。全洞段采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類圍巖襯砌厚度30cm，開挖斷面3.3m×3.7m(寬×高)，支護(hù)措施采用噴混凝土5cm，錨桿直徑φ22，L=2m，間排距3.0m×3.0m；Ⅳ類圍巖、圍巖破碎帶及巖溶發(fā)育部位襯砌厚度為40cm，開挖斷面3.5m×3.9m(寬×高)，支護(hù)措施采用噴混凝土10cm，錨桿直徑φ22，L=2m，間排距2.5m×2.5m。全洞段頂拱120度范圍采用回填灌漿；全洞段采用固結(jié)灌漿，間距3m×3m，L=2m。

3.3.3 導(dǎo)流洞出口段

導(dǎo)流洞出口為明渠擴(kuò)散段，出口高程結(jié)合現(xiàn)有渠道高程確定為359.00m；順?biāo)鏖L23.27m，垂直水流逐漸擴(kuò)散至6.53m，導(dǎo)流洞左側(cè)墻預(yù)留孔口斷面2.0m×2.25m接干渠，多余水量通過消力池下泄河道。為防止水流漫溢，消力池后采取開挖成槽，邊墻防護(hù)。開挖后澆筑混凝土形成臺階消能措施，臺階高0.5m，寬0.5m，至基巖初露處，開挖成槽即可，兩側(cè)邊墻高度3.0m。

3.3.4 導(dǎo)流洞堵頭

導(dǎo)流洞堵頭段為3級永久建筑物，為保證堵頭段封堵后的絕對安全，不影響龍灘水庫正常運(yùn)行，采用《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL 279-2002)進(jìn)行計算分析，并留有一定的安全富余度。

導(dǎo)流洞堵頭位置結(jié)合永久防滲帷幕考慮，布置在洞身樁號0+210.54m～0+230.54m處，按永久擋水建筑物設(shè)計考慮，為3級建筑物(與大壩相同)，結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ級。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL 279-2002)，結(jié)構(gòu)計算采用承載能力極限狀態(tài)方法設(shè)計，表達(dá)式采用《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL 279-2002)6.8.3條，抗滑穩(wěn)定按柱狀封堵體計算，計算公式：

式中：L——封堵體長度，m；

P——封堵體迎水面承受的總水壓，MN；

[τ]——容許剪應(yīng)力，取0.2MPa～0.3MPa；

A——封堵體剪切面周長。

導(dǎo)流洞襯砌后過水凈斷面面積6.98m2。堵頭長度按校核庫水位429.54m考慮，作用在混凝土堵頭上的最大水頭為66.77m，為增加堵頭的抗滑和抗剪能力，將堵頭設(shè)計成單齒楔形結(jié)構(gòu)。采用承載能力極限狀態(tài)設(shè)計方法，按柱狀封堵體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算。

根據(jù)計算結(jié)果并考慮安全儲備，最終確定堵頭長度為20m。封堵混凝土采用C20微膨脹混凝土。

4 結(jié)語

龍灘水庫壩址區(qū)位于龍灘河峽谷河段之中，在河流寬度較小、枯期流量不大的情況下，設(shè)計根據(jù)壩址地形地質(zhì)、樞紐布置等實際情況，確定施工導(dǎo)流方案，開展導(dǎo)流建筑物設(shè)計；通過對導(dǎo)流方案比選，確定洞線，比選導(dǎo)流洞斷面，分別對導(dǎo)流洞進(jìn)口、洞身、出口及堵頭進(jìn)行設(shè)計，最終選定經(jīng)濟(jì)安全的導(dǎo)流洞設(shè)計方案。隨著中小型水庫建設(shè)的開展，施工導(dǎo)流布置和對施工導(dǎo)流建筑物的經(jīng)濟(jì)可比性要求越來越高，本文以龍灘水庫為例，通過對比分析，選取最經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)流洞設(shè)計方案，供類似工程借鑒。