试论混凝土重力坝施工导流设计

摘要：混凝土重力坝尤其是碾压混凝土坝中，混凝土为成层结构，因而层面特性对混凝土坝的安全至关重要，个别坝段水平薄弱面的存在对混凝土坝的整体安全性有重要影响。因此为了使水工建筑物能保持在干地上施工，用围堰来维护基坑，并将水流引向预定的泄水建筑物具有重要的工程意义。

关键词：

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

由于混凝土重力坝具有碾压仓面大、施工强度高、高温多雨季节连续施工等特点，以及受施工组织措施、设备能力、气候条件等因素的影响，个别坝段的水平层面存在形成局部范围薄弱面的可能。而这些薄弱面的存在，不可避免地会对坝体产生不利影响，因此进行引流对其具有重要的工程意义。国内某典型重力坝计划分两期开发，初期正常蓄水位375m，最大坝高192 m，厂房装机7台，总装机容量420万KW。后期大坝加高，提高正常蓄水位至400m，最大坝高达216．5 m，厂房增加装机2台，使总装机容量达540万KW。

1 导流标准的选择

水利行业执行的标准SL319―2005《混凝土重力坝设计规范》规定，混凝土围堰的导流设计洪水标准为5-10年一遇，相应设计流量为13500m3/s~ 11100m3/s。在选择导流设计标准时，充分考虑了以下因数：工程下游有城镇，人口密集，具有一定经济规模；坝址处于暴雨中心附近，降雨强度大，洪水暴涨暴落、峰高量大，破坏力大。工程上游河段有已建梯级水电站；导流隧洞下游段位于软岩段，一旦遇险，抢险的难度很大；根据规范精神应取上限值。

导流标准采用值：初期导流上、下游RCC围堰和导流隧洞按IV级临时建筑物设计，设计洪水标准为频率10％、全年洪水13500m3/s。工程水电站在2005年和2006年的6～7月预留5.5亿m3防洪库容，可降低水电站导流隧洞和上、下游围堰的规模，调蓄后可将频率10％、全年洪水13500m3/s降低为10930m3/s。

2 导流方式研究

在可行性研究阶段，施工导流分别研究比较了围堰过水和围堰全年挡水两类基本方案。对围堰过水方案，选择了不同导流时段和导流建筑物型式及大小，对施工工期及施工进度等进行了充分论证；围堰全年挡水方案，则在相同导流时段，不同的挡水建筑物形式和泄水建筑物的多少及布置进行比选。

2.1 围堰过水方案

围堰过水方案比较了导流时段9~5月和10~4月两大类方案。其中对9~5月方案又细分为I-1，I-2，I-3三个方案。各方案工程特性见图1。各方案从本质上看是导流时段长短的区别，尽管方案I－4导流工程主要工程量较少，但总工期保证率稍低；而方案I－1、方案I－2和方案I－3围堰挡水时段相同，大坝施工工期相同，导流工程费用方案I－1最低。从地质条件分析看，不宜采用过大断面隧洞，因此，方案I－1和方案I-3成洞条件优于方案I－2。方案I-3较方案I-1相当于多一条长约980m的隧洞，增加了准备期导流隧洞的施工强度和难度。经过对工程施工时段及施工工期、导流建筑物工程规模及工程量、成洞条件、隧洞汛期运行条件等方面综合分析后，推荐围堰过水方案I－1，即2条13m×17m城门洞型断面导流隧洞，RCC围堰过水方案。

图1：围堰过水方案主要导流建筑物工程特性对照表

2.2全年挡水围堰方案

按照导流建筑物的不同，全年围堰挡水方案即方案II又分为方案II－1、方案II－2和方案II－3；各方案工程特性见图2。

图2：全年围堰挡水方案主要导流建筑物工程特性对照表

2.3比选结论

在最初的比较结论中认为从技术难度和措施上讲，过水围堰方案I-1在导流布置、施工技术措施、施工强度、施工准备及临建工程、组织管理、资金运用等方面，较为符合国内一般水电工程施工技术水平和施工组织管理的常规要求，而全年挡水围堰方案在上述多个方面均超过了水电工程常规的技术要求，实施困难相对较大，因此，尽管全年挡水围堰方案与过水围堰方案相比总工期可提前半年，但经技术比较以采用过水围堰方案I-1为宜。另外采用受力条件优越的平底马蹄形隧洞断面形式，解决了软岩地区超大断面成洞问题；另外采用RCC工艺，通仓快速施工上下游RCC围堰。通过上述综合措施，经过技术经济比较论证后推荐II-1方案。从2004年11月截流以来的运行情况表明，选择II-1方案是合适的。

3 导流建筑物布置

导流建筑物主要由布置在左岸的2条导流隧洞和布置在右岸的1条导流隧洞、两道土石围堰、两道碾压混凝土围堰、厂房围堰、后期下游土石围堰（包括透水护坦围堰、隧洞封堵围堰、泄洪洞围堰）及大坝坝身4孔导流底孔等组成。

左岸布置2条导流隧洞，按高、低洞布置，即进口底板高程分别为450m和430m。低洞布置在山体内侧，高洞布置在靠河床侧，高低洞轴线平面间距（水平投影）最小为50m。右岸布置1条低洞，进口底板高程430m。上下游RCC围堰均为重力式围堰。其中，下游围堰与水垫塘二道坝结合。在满足RCC围堰施工的条件下，土石围堰以尽量靠近RCC围堰布置为原则，并满足隧洞过流时围堰坡脚不被淘刷或冲刷的要求。厂房围堰布置以满足厂房尾水闸门干地施工为原则，结合右岸导流隧洞出口右导墙形成封闭围堰系统，围堰位于厂房尾水渠上。

4 导流洞断面选择与进出口高程

导流隧洞采用左2比 1的布置方案，单条隧洞过流断面净面积235.5m2，隧洞断面选用适应导流条件、受力条件好且施工方便的平底马蹄型隧洞，断面尺寸为15.6×17.7m。根据导流隧洞穿越地层条件、运行条件与施工特点，在完成围岩初期支护的条件下，分段采取不同的衬砌型式。对于导流隧洞进出口、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩段均采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度根据岩层情况与运行条件分别选用，Ⅲ类围岩段衬砌厚度为：顶拱0.5m，侧墙0.5～1.20m，底板1.2m；

Ⅳ类围岩段衬砌厚度为顶拱0.60m，侧墙0.60～1.50m，底板1.50m；Ⅴ类围岩段衬砌厚度为顶拱0.80m，侧墙0.80～2.0m，底板2.0m；对于Ⅰ、Ⅱ类围岩区，主要采取顶拱厚15cm钢纤维混凝土喷锚，底板及侧墙为厚度0.30m钢筋混凝土衬砌的组合衬砌型式。对于隧洞进出口渐变段，根据其运行条件与结构形式，采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度适当加厚。

5 导流底孔布置比选

导流底孔下闸后孔身全线回填混凝土封堵。在招标设计阶段，根据最新的水工模型试验成果和工程中、后期导流及永久泄洪需要，适当调整了孔口布置。将4个导流底孔进口底板高程调高到高程490m，孔口尺寸为6.5m×8m，布置在12#、13#、15#、16#坝段。根据工程放空需要，将原在高程500m的两个放空孔降到高程490m。放空孔尺寸为4X6m，跨缝布置在13#、14#和14#、15#坝段；为满足工程永久泄洪需要，在坝身设有6个表孔、7个中孔，表孔堰顶高程617m，孔口尺寸12X13m,中孔孔口尺寸7X6m，进口底高程分别为550m(1#、3#、5#、7#)和543m(2#、4#、6#)，相应出口高程分别为550m和551.33m。调整后的孔口布置，除适当抬高了导流隧洞进口闸门的挡水水头外，不仅简化孔口布置，降低大坝混凝土施工难度，而且对大坝混凝土施工进度的提前，进而对发电工期的提前均有好处。

参考文献：

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[2] 李亚非. 高混凝土重力坝开裂成因分析及数值研究[D]. 山东大学 2010

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