王瑞 曾树元 张斌
摘要：贵州省赫章县新寨水库大坝为混凝土面板堆石坝，导流洞及放空兼取水建筑物均布置于大坝左岸。根据实际情况，将导流洞、放空建筑物、取水建筑物及生态流量下泄设施结合布置，最大限度地利用了导流洞，在保证工程施工期导流度汛的同时，可以满足水库运行期放空、取水以及下泄生态流量的需求，简化了工程布置，方便工程施工，减少了工程量及施工工期，节省了工程投资，且便于后期运行管理。
关键词：面板堆石坝;导流洞;放空建筑物;取水建筑物;生态流量;新寨水库
中图法分类号：TV551.1文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.008
文章编号：1006 - 0081（2021）08 - 0039 - 05
0 引 言
對于土石坝、心墙坝、面板堆石坝等柔性坝，为了修筑大坝、溢洪道等枢纽建筑物，需要先期修建挡水的上、下游围堰，利用设置在山体内的导流洞[1]将河水自一旁引至下游，导流洞一般为临时性建筑物，在工程完工后废弃并进行封堵处理。放空建筑物[2]是在大坝需要检修等非常时期需要放空水库而设置的，一般设置于大坝坝体或者两岸山体内，为便于施工和控制，多采用钢管进行水库放空。取水建筑物[3]是指利用从水库或河流引水、提水的水工建筑物，对于水库工程，通常采用库内或者坝身取水塔结合取水钢管进行取水，满足工程取水或者灌溉的需要。另外，为了维持下游生态环境[4]，水库工程还需要合理设置生态流量下泄设施。
在水利工程建设中，为便于控制，避免相互干扰，通常采用导流洞、放空建筑物及取水建筑物单独布置的形式进行工程设计与施工，这样加大了枢纽区各建筑物的布置及施工难度，增加了工程量及投资。有些工程将临时导流洞改造为永久放空洞，有些工程将放空建筑物、取水建筑物及生态下泄设施部分结合布置[5]，但较少有工程将导流洞、放空建筑物、取水建筑物及生态流量下泄设施四者结合布置。本文介绍的贵州省赫章县新寨水库将导流洞、放空建筑物、取水建筑物及生态流量下泄设施结合布置，简化了工程布置，方便施工、节省工期、减少了工程量，降低工程投资761万元，在同类工程中具有较高的推广价值。
1 工程概况
新寨水库位于贵州省赫章县东北部，地处河镇彝族、苗族乡马家寨德卓河上游河段，坝址以上集水面积为10.28 km2，主河道长5.7 km，加权平均坡降为32.5‰，多年平均流量0.131 4 m3/s。水库校核洪水位2 124.27 m，总库容235.03万m3，工程为Ⅳ等小（1）型水库，水库枢纽工程包括：挡水、泄水、取水建筑以及灌溉供水系统。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高39.50 m，坝顶高程为2 124.50 m;单孔开敞式溢洪道宽7 m，布置在左岸坝肩;取水塔布置于左岸坝肩，取水塔后接直径0.8 m的放空钢管，放空钢管采用水平段及竖井段引入左岸山体内的导流洞，穿过永久堵头后于导流洞内明管布置;导流洞出口设置闸阀室，以便控制工程放空、取水以及下泄生态流量。大坝枢纽平面布置见图1。
2 导流洞地质条件
导流洞布置于左岸山体内，全长222.5 m，断面宽3.0 m，高3.5 m，呈城门洞形。导流洞进口前为长20.5 m的引渠，前10 m地表出露主要为第四系残坡积（Qel+dl）黏土夹碎块石，结构松散，后10 m洞段为基岩出露，地层岩性为三叠系下统飞仙关组上段（T1f2）粉砂岩夹泥岩。导流洞洞身段长192 m，地层岩性为三叠系下统飞仙关组上段（T1f2）粉砂岩夹泥岩，洞向与岩层走向从小角度相交（近似水平）渐变为大角度相交（约60°），埋深15～30 m，洞段处在弱风化下部至新鲜岩体中，岩层倾角较平缓，洞室围岩整体稳定性较好，以Ⅲ～Ⅳ类围岩为主。导流洞出口的尾端长10 m，地层岩性为三叠系下统飞仙关组上段（T1f2）粉砂岩夹泥岩，出口洞脸为逆向坡，洞向与岩层走向夹角60°，处在强风化及弱风化岩体中，裂隙较发育，岩体较破碎，完整性较差，局部可能存在塌方、掉块现象。
3 导流洞与取水兼放空隧洞结合布置
新寨水库大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，为满足施工期导流度汛的需要，需设置导流洞。经综合比选，导流洞布置于左岸山体内。为满足工程取水、放空的需要，还需设置取水、放空建筑物。另外，为满足下泄生态流量的要求，需设置生态流量下泄设施。若采用取水兼放空隧洞与导流洞单独设计方案，则需另外布置一条245 m长的隧洞，增加投资761万元。参考同类工程导流洞永临结合经验，本工程采取导流洞与取水兼放空隧洞结合布置的方式以节省工程投资。
将导流洞与取水兼放空隧洞结合布置，则牵涉到如何合理利用原已建导流洞进行工程的取水、放空以及下泄生态流量。为便于放空建筑物的运行期控制，该工程于大坝左岸坝肩设置取水塔，取水塔后设置DN820放空钢管，并采用竖井形式将钢管接入导流洞内，以满足水库放空的需要。在导流洞出口设置闸阀室，闸阀室内放空钢管上接取水管及生态流量管，以满足工程取水及下泄生态流量的需要。同时，导流洞设置了临时封堵措施及永久堵头，可以保证永久堵头的施工质量及防渗效果。
4 导流洞结构设计
新寨水库大坝坝址位于河湾地段，左岸是凸岸，故将导流隧洞布置在左岸，使导流洞洞线最短。导流洞进、出口高程主要考虑尽量减少明挖、底板高程高于常枯水位线等因素，从而使进出口施工受河水影响小。另外，考虑导流洞进口截流时能够顺利过流及防止河道砂石、淤泥进入导流洞等因素，导流洞进口底板高程定为2 092.00 m，出口底板高程定为2 087.00 m，进口明渠长14.5 m，进口闸门井长6 m，导流洞洞身长192 m，底坡2.607%，出口明渠长10 m，进口洞脸、洞身以及出口洞脸根据地形地质条件采取相应支护加固措施。大坝施工期临时度汛标准为20 a一遇洪水，相应洪峰流量Q5%=48.6 m3/s，计算出导流洞断面尺寸为3.0 m×3.5 m（宽×高），导流隧洞断面选择城门洞型，过流断面面积9.65 m2。
5 放空兼取水建筑物设计
5.1 取水塔设计
取水塔布置于溢洪道引渠上游侧的左岸岸坡高程2 112 m开挖平台上，取水塔进水口底板高程为2 112.50 m，塔顶检修层高程为2 125.50 m，塔顶启闭机室高程为2 131.00 m，启闭机室内设拦污栅、事故闸门起吊设备。取水塔设计取水流量为0.094 m3/s（含生态流量），依水流方向布设拦污栅、三椭圆面收缩喇叭口、平板闸门及通风检修井。进口采用椭圆面收缩喇叭口，拦污栅孔口尺寸为1.5 m×2.5 m（宽×高），平面闸门孔口尺寸为1.5 m×1.5 m（宽×高），闸门后设置通风检修井，孔口尺寸为0.8 m×1.5 m（宽×高）。取水塔塔身采用C25常态混凝土，门槽采用C30常態混凝土。
5.2 放空兼取水钢管设计
取水塔后接渐变段（桩号QS000.0～002.0）以便与DN820放空兼取水钢管相接，渐变段长度为2.0 m，由1.5×1.5 m的方形孔渐变为圆形，渐变段后接桩号 QS0+002.0～0+022.0水平段钢管，水平段钢管外包混凝土60 cm;桩号QS0+022.0～0+026.0为转弯、竖井段钢管，竖井段钢管外包混凝土60 cm，放空兼取水钢管通过水平段、转弯段及竖井段接入导流洞内;QS0+024.0～0+030.0为临时堵头段，QS0+030.0～0+040.0为永久堵头段;放空兼取水管穿过堵头后于导流洞内明管布置，按照每6～8 m的间距设置支墩。放空兼取水建筑物剖面见图2。
5.3 出口闸阀室设计
放空兼取水管出口布置阀门室以保护及控制放空管、取水管及生态流量管，闸阀室内放空管上按水流方向依次设置叉管接取水管及生态流量管，其中取水管为DN300 K9级球墨铸铁管，设置DN300活塞阀及DN300偏心半球阀;生态流量管为DN159钢管，设置DN150活塞阀及DN150偏心半球阀;放空管出口设置DN800活塞阀及DN800偏心半球阀用于水库放空。取水管由阀门室下游跨河，连接至右岸灌溉主管。阀门室采用框架结构，底板采用40 cm厚C20混凝土，墙壁为砌体结构。
6 导流洞封堵设计
6.1 导流洞进口临时封堵设计
导流洞进口孔口尺寸3.0 m×3.5 m，底槛高程2 092.00 m，最大设计挡水水头24 m。为减少专业交叉，方便施工，加快工程进度，导流洞进口采用钢筋混凝土预制叠梁门进行封堵。综合考虑施工吊装难度，确定叠梁梁高40 cm，梁厚60 cm，长3.6 m，共13根，其中1根为备用，采用C30混凝土预制梁。
6.2 导流洞永久堵头设计
导流洞堵头布置于QS0+030.0～0+040.0桩号，长度为10.0 m，断面尺寸3.0 m×3.5 m（城门洞型），帷幕轴线贯穿永久堵头，堵头与大坝帷幕灌浆线相交于QS0+035.0桩号，交点距永久堵头上游端点5 m。堵头采用楔形体设计，混凝土强度等级为C20，采用二级配微膨胀混凝土[6]。堵头施工时，需对堵头接触的原衬砌混凝土表面进行凿毛，堵头与隧洞接触面顶拱采用预埋灌浆管进行回填灌桨，灌浆在堵头混凝土达到70%设计强度后进行。
为保证永久堵头混凝土干地施工，确保永久堵头施工质量，结合放空兼取水钢管下弯段布置，在永久堵头上游设置长6 m的临时堵头进行临时挡水，并对临时堵头顶部进行回填灌浆，临时堵头（图3）施工完毕并进行上游导流洞洞身段充水排气后，方可进行永久堵头的施工。
6.3 导流洞堵头排水、排气设计
导流洞洞内排水主要为经常性排水，包括洞身及叠梁门渗水、施工期上游临时挡水围堰渗水、施工用水等。在临时堵头上、下游设置临时黏土草袋挡水围堰，在临时堵头混凝土浇筑期间，临时堵头段之前的洞内各种渗水利用预埋的1根DN300 mm的钢管下排。
为防止临时堵头前洞内充水时挤压空气产生气爆，临时堵头内部设有1根DN150 mm排气钢管。排气管上游延伸至导流洞进口位置，采用直角弯头向上伸至导流洞进口洞顶位置，下游延伸至永久堵头首部，临时堵头上游导流洞洞身段充水时，其内部空气可自排气管排出（图4）。
7 结 语
新寨水库工程结合实际情况，将导流洞、放空建筑物、取水建筑物及生态流量下泄设施四者结合布置，简化了工程布置，减少工程量，方便施工，达到了加快工程进度、节省投资的目的。
（1）工程前期设计时，应结合实际地形地质条件，导流洞设计应优先考虑永临结合，充分利用已建导流洞进行工程的放空、取水以及下泄生态流量，避免单独布置上述建筑物导致工程量增加、工期延长、投资增加等问题。
（2）放空兼取水建筑物首部设置取水塔及启闭机室，尾部设置闸阀室，并设置相应控制设施，便于运行期工程放空、取水及下泄生态流量的控制。
（3）导流洞永久堵头前设置临时堵头，并设置排水、排气设施，保证永久堵头施工质量。
（4）其他同类工程采用类似布置时，需合理考虑放空设施与导流洞洞身的衔接设计、穿过导流洞永久堵头时的防渗处理措施以及放空设施布置于导流洞永久利用段的安全性、耐久性，以便于后期运行管理。
参考文献：
[1] 文志颖，张晨. 夹岩水利枢纽工程施工导流隧洞设计[J]. 水利水电快报，2020（9）：25-29.
[2] 姚敏杰，高雅芬. 水电站放空洞混凝土和钢管联合封堵系统设计[J]. 人民长江，2016（17）：110-112，141.
[3] 张毓成，何志华. 万家寨水利枢纽布置及主要技术问题[J]. 水力发电，1999（1）：29-31.
[4] 方国华，丁紫玉，黄显峰，等. 考虑河流生态保护的水电站水库优化调度研究[J]. 水力发电学报，2018（7）：1-9.
[5] 胡允楚，曾锃，陆佳华，等. 一种新型导流、放空洞封堵方式研究与应用[J]. 中国农村水利水电，2012（6）：159-160.
[6] 赵芹，何江达，梁照江. 导流洞堵头常规设计方法的修正[J]. 岩石力学与工程学报，2004（8）：1336-1338.
（编辑：江 文）