關于榆林黃河東線引水工程黃石溝大壩導流建筑物的設計探索

韓彧

黃石溝大壩壩址處岸坡較陡，兩側ft體基巖出露，兩岸無天然灘地和臺地可以利用。 若采用分期導流，基坑較小，施工干擾大，河道無條件布置縱向圍堰。壩址處兩岸陡峭， 無開挖明渠的條件，亦不適合采用明渠導流。壩址處兩岸基巖相對完整，具備成洞條件，根據地形地質條件，結合工程布置和建筑物結構型式，綜合技術經濟比較，采用圍堰一 次攔斷河床、隧洞導流方式。

黃石溝大壩;導流建筑物;圍堰;隧洞

黃石溝大壩壩址處岸坡較陡，兩側ft體基巖出露，兩岸無天然灘地和臺地可以利用。 若采用分期導流，基坑較小，施工干擾大，河道無條件布置縱向圍堰。壩址處兩岸陡峭，無開挖明渠的條件，亦不適合采用明渠導流。壩址處兩岸基巖相對完整，具備成洞條件 根據地形地質條件，結合工程布置和建筑物結構型式，綜合技術經濟比較，采用圍堰一 次攔斷河床、隧洞導流方式。

中期導流采用壩體擋水度汛，導流洞泄流，導流洞下閘封堵后由溢洪道泄流。

一、黃石溝大壩導流建筑物設計

（一）導流隧洞設計

1）導流隧洞布置

壩址處ft體坡度較陡，兩岸基巖出露。導流洞布置結合兩岸地形，導流洞布置在大壩左岸的方案。根據壩區地形、地質、施工洪水等條件及水工樞紐布置情況，結合導流程序安排，本工程在左岸布置一條導流洞。

2）導流洞設計

導流洞斷面比較了城門洞形和圓形兩種形式，綜合考慮隧洞受施工進度、施工方便程度等因素，選用城門洞形斷面。

結合水工建筑物布置，為了降低投資，考慮導流洞后半段與放空洞結合，結合長度404.34m。由于放空洞凈斷面為2.8m×4m，故導流洞洞徑本階段比較了2m×3m、2.5m×3m 和2.8m×4m三種斷面，通過對導流洞開挖量、襯砌量、圍堰填筑量和圍堰填筑進度的比較，最后確定襯砌后斷面尺寸為2.8m×4m。

由于放空洞出口高程為906.45m，隧洞底坡為1.5%，故導流洞底坡亦定位1.5%，出口底板高程為906.45m，進口底板高程為915.34m，洞身長592.74m。

3）導流洞水力計算

根據施工期導截流的需要，整個導流期間，導流洞均敞開泄流，其流態根據水位的

變化，將出現明流、明滿流過渡及壓力流三種流態。

導流洞泄流能力分別按明流和有壓流兩種公式計算。明流和有壓流的分界，參照一 般經驗公式，計算中假定，當隧洞進口水深大于1.5倍洞高時按有壓流公式計算，小于1.2 倍洞高時按明流公式計算。

A）明流的泄流能力計算

明流的泄流能力按下式計算：

式中：Q—導流洞泄流量，m/s;

m—流量系數，m=0.35;

σ—淹沒系數，自由出流時σ=1;

b—隧洞過水斷面的寬度，m;H—隧洞進口水深，m。

B）有壓流的泄流能力計算

有壓流的泄流能力按下式計算：

式中：Q—導流洞泄流量，m/s;

μ—有壓流流量系數;

W—隧洞過水面積，m;

z—隧洞進出口水頭差，m。

其中

式中：

h——隧洞進口損失m;

h——沿程損失，m;

h——彎段損失，m;

V——斷面平均流速，m3/s;

C——謝才系數，m1/2/s;

R——水力半徑，m;

L——洞身長度，m。

當隧洞出口水深低于隧洞頂板高程時，下游水深H下=0.85a（a為隧洞高度）;當隧洞

出口水深高于隧洞頂板高程時，H下采用實際水深。

導流洞圍巖主要為砂巖，局部夾薄層泥巖、泥質粉砂巖或粉砂質泥巖，以Ⅲ類和Ⅳ 類為主，局部為Ⅴ類。為減少洞身糙率、提高泄流量和運行的安全性，初步考慮采用噴 錨支護與二次全斷面鋼筋混凝土襯砌結合的復合襯砌方式。襯砌厚度根據圍堰類別及所 承受荷載不同，分別為0.4m、0.45m、0.5m。

（二）圍堰設計

1）圍堰型式

為便于施工，降低造價，擬采用土石圍堰結構型式，圍堰堰體和堰基防滲均采用粘土心墻防滲。

2）圍堰設計

上游圍堰采用土石料填筑，最高擋水位924.0m，考慮波浪爬高和安全超高后，確定 圍堰頂高程為925.0m。最大堰高20m，堰頂寬6m，堰頂軸線長160m。上下游坡比均為1：2，圍堰基礎和堰體均采用粘土心墻防滲。

下游圍堰采用砂礫石混合料填筑，最高擋水水位906.0m，堰頂高程907.0m，最大堰高7.0m。堰頂寬6m，堰頂軸線長55m。上游坡、下游坡坡比均為1：2。圍堰基礎和堰體均采用粘土心墻防滲。

二、取水口泵站導流建筑物設計

本著經濟合理、就近取材的原則，并綜合考慮導流條件和進度安排，圍堰采用拋石 進占、土石料填筑、高壓旋噴防滲墻防滲。土石料頂寬8.0m，堰頂高程787.0m，內坡為1：2，外坡1：1.5，圍堰總長261m，最大堰高9.0m。

（一）管線穿溝處導流建筑物設計

本著經濟合理、就近取材的原則，筑島填筑采用土石圍堰，并結合具體地形地質條件和水工建筑物布置，確定合適的筑島位置。

（二）出庫線路導流建筑物設計

經計算，窟野河倒虹分期圍堰最大堰高 6m，禿尾河倒虹分期圍堰最大堰高 3.5m， 圍堰頂寬 5.0m，迎水面與下游坡比均為 1：2.0，采用砂礫石填筑，迎水面鋪設復合土工膜防滲，設 0.5m 厚編織袋裝土防沖。其它倒虹經計算，圍堰最大堰高 2m，均采用砂礫石填筑，圍堰頂寬 3.0m，迎水面與下游坡比均為 1：2.0，采用砂礫石填筑，迎水面鋪設復合土工膜防滲，設 0.5m 厚編織袋裝土防沖。

本工程跨河（溝）5座倒虹和1座橋倒的施工工期均安排在枯水期進行，由于施工期短，圍堰基礎不設防滲，因此圍堰的基礎防滲考慮采用機械抽排解決。

根據地質資料顯示，倒虹基礎及部分管線穿越地層大部分為細沙層，地下水位高于管線中心線，基坑開挖采取井點降水的措施保持基坑干地施工。針對砂層地質特性，采 取多管井施工降水方法。施工降水設單級離心水泵抽排，流量 100m3/h，揚程 9m，功率5.5kW。