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摘要:根据流域水文、地形地质条件及枢纽工程施工进度安排,结合水库放空隧洞与导流隧洞相结合的有利条件,为利于大坝施工,减少干扰,经技术、经济分析比较,该枢纽工程施工导流采用枯水期低围堰挡枯期洪水、汛期坝体临时断面挡水的隧洞导流方式。
关键词:导流标准 导流时段 导流流量 导流方式 导流建筑物
1 施工条件
(1)工程概况
石峡子水库枢纽工程位于达州市境内,是一座以农田灌溉、乡镇供水和农村人畜饮水综合利用的中型水利工程。水库控制集水面积52.2km2,坝址以上主河道长度8.2km,平均坡降11.4‰。该枢纽工程主要由拦河大坝、溢洪道、导流(放空)隧洞及灌溉取水隧洞等工程组成。拦河大坝为砼面板堆石石渣坝,坝轴线长197.00m,坝顶高程414.50m,最大坝高58.50m。
(2)水文、气象条件
流域处于大巴山暴雨区边缘,径流主要由降雨形成,其次是地下水补给。洪水发生的时间与暴雨相应,年最大流量发生在5月~9月,7月最多。洪水过程具有峰高量大,陡涨陡落,过程尖瘦,历时短的特点。洪水具有明显的季节性变化规律。设计流域年内洪水分为四期,即汛前过渡期(4月)、主汛期(5月~9月)、汛后过渡期(10月、11月)和枯水期(12月~3月)八个时段。多年平均降水量1188.8mm,多年平均气温17.2℃,多年平均蒸发量1054.5mm,多年平均日照时数1412.8h,多年平均无霜期299d,多年平均相对湿度79%,多年平均风速1.3m/s,多年平均年最大风速14.0m/s。
坝址分期设计洪水成果见表1,坝址水位流量关系成果见表2。
(3)地形、地质条件
坝区地质构造简单,无断裂构造通过,为单斜地层,基岩大多裸露,岩性为砂岩与砂质泥岩不等厚互层,岩层产状N30°~40°E/NW∠50°~54°,倾向右岸略偏下游。坝址区第四系覆盖层一般厚1.0m~5.5m,最厚的达8.6m,结构松散~稍密,局部具架空结构,承载力较低,变形较大,不宜作地基持力层,应清除;下伏强风化带岩体风化破碎,呈碎裂结构,岩体变形大,承载力低,弱风化岩体相对完整,具有一定的承载力,其变形相对较小。导流(放空)隧洞进、出口边坡为斜坡~陡坡地形,基岩裸露,边坡岩体整体稳定,岩性为砂岩。
2 施工导流方案
(1)导流标准及导流流量
本枢纽工程为Ⅲ等工程,其主要建筑物为3级,根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)有关规定,枯期低水围堰为5级临时建筑物。导流标准重现期为5~10年。对枯水时段11~4月,五年与十年一遇导流标准围堰顶高程相差最大为0.56m,围堰工程量相差仅1479m3,采用上限工程安全度较大,故选定导流洪水重现期为10年(P=10%),相应洪水流量为46.2m3/s。
结合施工进度安排、施工强度的均衡,选择渡汛洪水标准为重现期20年的洪水(P=5%),相应洪水流量为336m3/s;导流隧洞封堵后坝体的度汛洪水标准为重现期50年(P=2%),相应洪水流量为429m3/s。
(2)导流时段
根据水文资料,本枢纽工程洪水分为四期:11月~次年3月为枯水期,4月为汛前过渡期,5~9月为主汛期,10月为汛后过渡期。本工程拟定导流时段11~3月、10~3月、11~4月、10~4月进行比较,枯期导流时段比较见表3。
根据上表分析,为减少初期基坑施工强度,充分利用汛前、汛后过渡期,以增加有效施工时间,故确定导流时段为11月~次年4月,枯期有效施工时间为6个月,满足枯期施工要求。
(3)导流方式
第一方案:高围堰挡全年洪水(Qp=10%=267m3/s),隧洞过流。该方案堰前水位375.52m,上游围堰最大高度18.50m,导流洞洞径(5.5m×6.5m)。
第二方案:低围堰挡枯期洪水(Qp=10%=46.2m3/s),汛期坝体临时断面挡水渡汛,隧洞过流。该方案堰前水位369.05m,上游围堰最大高度11.20m,导流洞洞径(3.0m×4.5m)。坝体临时挡水断面采用挤压砼边墙护坡,挡水渡汛洪水标准Qp=5%=336m3/s,相应度汛断面水位390.0m,临时渡汛断面顶高程391.0m,临时渡汛断面填筑强度6.34万m3/月,月平均上升高度7m。
第一方案围堰高,导流临时工程量和临建费用较大;第二方案在一枯内需完成坝基开挖、基础处理和填筑坝体至度汛断面高程,填筑强度适中,一枯内施工任务易于完成。
结合该水库枢纽工程放空隧洞与导流隧洞相结合的有利条件,通过分析比较,本水库枢纽工程施工导流选择第二方案:枯水期低围堰挡枯期洪水、汛期坝体临时断面挡水的隧洞导流方式。
(4)导流建筑物
导流隧洞:该导流隧洞为城门洞型形,结合水工布置要求,本阶段对该导流隧洞分别作了3.6m×4m(侧墙高2.2m)、3m×4.5m(侧墙高3.0m)、4m×5m(侧墙高3m)三个洞径的比较,计算结果见表4。
通过以上比较,结合临时工程投资及填筑强度综合考虑,本阶段推荐洞径为3.0m×4.5m(侧墙高3.0m)。导流隧洞进口底板高程364.00m,洞身轴线长480.0m,导流隧洞出口明渠与天然河床顺接,出口底板高程360.35m。导流隧洞按放空隧洞要求设计,采用C25钢筋混凝土衬砌,厚30cm。
枯期围堰:本着就地取材,充分利用开挖石渣弃料和便于施工等目的,采用土石围堰。上游围堰采用土石围堰,粉质粘土斜墙结合土工膜防渗,上游围堰最大高度11.20m,顶宽6.5m,围堰轴线长40.1m,上游迎水面边坡1:3.0,背水面边坡1:2.0;下游围堰采用土石围堰,粉质粘土斜墙结合土工膜防渗,下游围堰最大高度3.8m,顶宽6.5m,围堰轴线长29.5m,迎水面边坡1:2.5,背水面边坡1:1.5。
3 结语
枯水期低围堰挡枯期洪水、汛期坝体临时断面挡水的隧洞(导流隧洞与放空隧洞结合)导流方式,适用于河床狭窄、基坑工作量不大且地质条件允许的山区性河流,不但降低了围堰高度,减少了临时工程量和临建费用;而且减少了枢纽工程的施工干扰,加快了施工进度,达到了经济、合理和安全的目标。
参考文献:
[1]水利水电工程施工组织设计规范(SL 303-2004)[S]. 北京:中国水利水电出版社,2004.
[2]水电工程施工组织设计规范(DL/T5397-2007)[S]. 北京:中国电力出版社,2008.
[3]谭靖夷. 中国水力发电工程(施工卷). 北京:中国电力出版社,2000.
作者简介:
何仕海(1977年02月)男,达州市水利电力建筑勘察设计院,达州市人,工程师,本科,主要从事水利水电工程施工组织设计工作。
关键词:导流标准 导流时段 导流流量 导流方式 导流建筑物
1 施工条件
(1)工程概况
石峡子水库枢纽工程位于达州市境内,是一座以农田灌溉、乡镇供水和农村人畜饮水综合利用的中型水利工程。水库控制集水面积52.2km2,坝址以上主河道长度8.2km,平均坡降11.4‰。该枢纽工程主要由拦河大坝、溢洪道、导流(放空)隧洞及灌溉取水隧洞等工程组成。拦河大坝为砼面板堆石石渣坝,坝轴线长197.00m,坝顶高程414.50m,最大坝高58.50m。
(2)水文、气象条件
流域处于大巴山暴雨区边缘,径流主要由降雨形成,其次是地下水补给。洪水发生的时间与暴雨相应,年最大流量发生在5月~9月,7月最多。洪水过程具有峰高量大,陡涨陡落,过程尖瘦,历时短的特点。洪水具有明显的季节性变化规律。设计流域年内洪水分为四期,即汛前过渡期(4月)、主汛期(5月~9月)、汛后过渡期(10月、11月)和枯水期(12月~3月)八个时段。多年平均降水量1188.8mm,多年平均气温17.2℃,多年平均蒸发量1054.5mm,多年平均日照时数1412.8h,多年平均无霜期299d,多年平均相对湿度79%,多年平均风速1.3m/s,多年平均年最大风速14.0m/s。
坝址分期设计洪水成果见表1,坝址水位流量关系成果见表2。
(3)地形、地质条件
坝区地质构造简单,无断裂构造通过,为单斜地层,基岩大多裸露,岩性为砂岩与砂质泥岩不等厚互层,岩层产状N30°~40°E/NW∠50°~54°,倾向右岸略偏下游。坝址区第四系覆盖层一般厚1.0m~5.5m,最厚的达8.6m,结构松散~稍密,局部具架空结构,承载力较低,变形较大,不宜作地基持力层,应清除;下伏强风化带岩体风化破碎,呈碎裂结构,岩体变形大,承载力低,弱风化岩体相对完整,具有一定的承载力,其变形相对较小。导流(放空)隧洞进、出口边坡为斜坡~陡坡地形,基岩裸露,边坡岩体整体稳定,岩性为砂岩。
2 施工导流方案
(1)导流标准及导流流量
本枢纽工程为Ⅲ等工程,其主要建筑物为3级,根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)有关规定,枯期低水围堰为5级临时建筑物。导流标准重现期为5~10年。对枯水时段11~4月,五年与十年一遇导流标准围堰顶高程相差最大为0.56m,围堰工程量相差仅1479m3,采用上限工程安全度较大,故选定导流洪水重现期为10年(P=10%),相应洪水流量为46.2m3/s。
结合施工进度安排、施工强度的均衡,选择渡汛洪水标准为重现期20年的洪水(P=5%),相应洪水流量为336m3/s;导流隧洞封堵后坝体的度汛洪水标准为重现期50年(P=2%),相应洪水流量为429m3/s。
(2)导流时段
根据水文资料,本枢纽工程洪水分为四期:11月~次年3月为枯水期,4月为汛前过渡期,5~9月为主汛期,10月为汛后过渡期。本工程拟定导流时段11~3月、10~3月、11~4月、10~4月进行比较,枯期导流时段比较见表3。
根据上表分析,为减少初期基坑施工强度,充分利用汛前、汛后过渡期,以增加有效施工时间,故确定导流时段为11月~次年4月,枯期有效施工时间为6个月,满足枯期施工要求。
(3)导流方式
第一方案:高围堰挡全年洪水(Qp=10%=267m3/s),隧洞过流。该方案堰前水位375.52m,上游围堰最大高度18.50m,导流洞洞径(5.5m×6.5m)。
第二方案:低围堰挡枯期洪水(Qp=10%=46.2m3/s),汛期坝体临时断面挡水渡汛,隧洞过流。该方案堰前水位369.05m,上游围堰最大高度11.20m,导流洞洞径(3.0m×4.5m)。坝体临时挡水断面采用挤压砼边墙护坡,挡水渡汛洪水标准Qp=5%=336m3/s,相应度汛断面水位390.0m,临时渡汛断面顶高程391.0m,临时渡汛断面填筑强度6.34万m3/月,月平均上升高度7m。
第一方案围堰高,导流临时工程量和临建费用较大;第二方案在一枯内需完成坝基开挖、基础处理和填筑坝体至度汛断面高程,填筑强度适中,一枯内施工任务易于完成。
结合该水库枢纽工程放空隧洞与导流隧洞相结合的有利条件,通过分析比较,本水库枢纽工程施工导流选择第二方案:枯水期低围堰挡枯期洪水、汛期坝体临时断面挡水的隧洞导流方式。
(4)导流建筑物
导流隧洞:该导流隧洞为城门洞型形,结合水工布置要求,本阶段对该导流隧洞分别作了3.6m×4m(侧墙高2.2m)、3m×4.5m(侧墙高3.0m)、4m×5m(侧墙高3m)三个洞径的比较,计算结果见表4。
通过以上比较,结合临时工程投资及填筑强度综合考虑,本阶段推荐洞径为3.0m×4.5m(侧墙高3.0m)。导流隧洞进口底板高程364.00m,洞身轴线长480.0m,导流隧洞出口明渠与天然河床顺接,出口底板高程360.35m。导流隧洞按放空隧洞要求设计,采用C25钢筋混凝土衬砌,厚30cm。
枯期围堰:本着就地取材,充分利用开挖石渣弃料和便于施工等目的,采用土石围堰。上游围堰采用土石围堰,粉质粘土斜墙结合土工膜防渗,上游围堰最大高度11.20m,顶宽6.5m,围堰轴线长40.1m,上游迎水面边坡1:3.0,背水面边坡1:2.0;下游围堰采用土石围堰,粉质粘土斜墙结合土工膜防渗,下游围堰最大高度3.8m,顶宽6.5m,围堰轴线长29.5m,迎水面边坡1:2.5,背水面边坡1:1.5。
3 结语
枯水期低围堰挡枯期洪水、汛期坝体临时断面挡水的隧洞(导流隧洞与放空隧洞结合)导流方式,适用于河床狭窄、基坑工作量不大且地质条件允许的山区性河流,不但降低了围堰高度,减少了临时工程量和临建费用;而且减少了枢纽工程的施工干扰,加快了施工进度,达到了经济、合理和安全的目标。
参考文献:
[1]水利水电工程施工组织设计规范(SL 303-2004)[S]. 北京:中国水利水电出版社,2004.
[2]水电工程施工组织设计规范(DL/T5397-2007)[S]. 北京:中国电力出版社,2008.
[3]谭靖夷. 中国水力发电工程(施工卷). 北京:中国电力出版社,2000.
作者简介:
何仕海(1977年02月)男,达州市水利电力建筑勘察设计院,达州市人,工程师,本科,主要从事水利水电工程施工组织设计工作。