山西中部引黄工程导流工程设计方案比选

2011-07-25王晖

山西水利 2011年8期

王晖

（山西省汾河中下游水务管理局，山西太原 030002）

1 概况

本工程为线性输水工程，主要涉及施工导流及防洪的工程项目有：天桥水电站取水口、桥头倒虹、天古崖渡槽及北川河倒虹的施工导流、隧洞进出口及施工支洞洞口的防洪问题。取水口地层岩性为泥灰岩、夹灰岩，围岩类别为Ⅴ类，受库水影响，存在施工排水，施工时需导流。桥头倒虹地基以灰岩为主，覆盖层厚度较小，主要存在施工导流问题。天古崖渡槽基础岩性主要为灰岩、泥灰岩，沟底有砂砾石层，主要存在施工导流问题。北川河倒虹地基岩性为卵石混合土夹级配不良砂（砾）透镜体，地下水位处于倒虹基础以上，施工时存在基坑涌水问题，需采取排水措施。

工程区主要河流有黄河干流、朱家川河、岚漪河、蔚汾河、湫水河、三川河、屈产河、芝河、昕水河等9条较大的黄河一级支流。除黄河干流外，其余均为季节性河流，沟谷具有明显的季节性，旱季河谷无径流或少径流，雨季伴随大暴雨，河谷出现洪水。洪水具有峰陡、流急、历时短的特点。

2 导流标准

本工程为二等工程，主体主要建筑物为2级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，临时导流建筑物标准为4级，相应导流设计洪水标准为10～20年一遇。

取水口工程、桥头倒虹、天古崖渡槽、北川河倒虹及城川河倒虹建筑物，工程量不大，在非汛期即可完成建筑物下部或主河床段的施工，因此，导流建筑物设计洪水标准采用非汛期10年一遇，取水口位于天桥水电站，导流标准结合多年运行水位考虑。

隧洞进出口及支洞进口导流设计洪水标准采用汛期10年一遇洪水。

3 导流方式

3.1 天桥水电站取水口

施工导流利用岩坎并加高浇筑混凝土围堰挡水、全断面围封取水口的导流方式，基坑排水采用水泵抽排。

3.2 倒虹及渡槽

采用分期导流方式，分段施工，土围堰挡水，原河床泄流方式。桥头倒虹非汛期10年一遇洪峰流量62.07 m3/s；天古崖渡槽非汛期10年一遇洪峰流量76.27 m3/s；北川河倒虹非汛期10年一遇洪峰流量64.27 m3/s。

3.3 支洞口及隧洞进出口

隧洞进出口高程远高于河道设计洪水位，不存在施工防洪问题，各支洞口在进口高程选择时已考虑了洞口及施工场地的施工防洪问题。

4 导流围堰设计

导流设计的难点是首部取水口工程。根据本工程的特点结合永久建筑物设计情况，对导流方案进行了比选。

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4.1 取水口

取水口导流建筑物从以下四个方案进行比选：

方案一：利用岩坎方案。根据地质资料，可利用岩坎并浇筑混凝土围堰挡水，进水塔施工完成后，在水下爆破岩坎。围堰处基岩面高程831.0 m，天桥水电站汛限水位832.0 m，最高水位834.0～836.0 m。根据多年运行情况，导流设计水位选择834.0 m，覆盖层厚度约2 m，混凝土围堰高4 m，长度60 m。围堰采用矩形素混凝土形式，堰顶高程835.0 m，顶宽2.0 m，最大堰高4.0 m，堰基采用锚杆与基岩结合，锚杆长1.5 m，深入基岩1 m，锚杆呈梅花型布置，排距1 m。该方案工程量较小，但围堰拆除及岩坎水下爆破有一定难度。由于本方案施工难度在于水下岩坎爆破，以下对拆除方案进行论述。

为尽量将水下开挖变为陆上开挖，以减少水下施工工程量，降低施工难度，提高施工质量，增加施工安全度，采取“先揭顶，再剥皮，最后进行水下岩坎一次爆破”的施工程序。“揭顶”主要是对混凝土围堰进行拆除，用手风钻钻孔，用“切割爆破法”割裂混凝土堰体后用钢丝绳捆扎爆破块体，吊车吊装，自卸汽车出渣；“剥皮”施工，以手风钻造孔，采取小孔距、多段微差控制爆破松脱岩体，对堰体厚度进行变薄剥离，以人工装吊斗，吊车吊装自卸汽车出渣；“水下岩坎一次爆破”拆除施工，以潜孔钻为主垂直孔方仅在岩坎顶部辅以部分手风钻孔，并以深孔向左、右、前三方呈台状扩展，以满足设计开挖轮廓线的要求。岩坎爆破后用抓斗从水下捞渣，自卸汽车外运出渣。

方案二：土石围堰方案。在库区内填筑土石围堰，堰高7.10 m，堰长105 m，围堰顶宽4 m，迎水面边坡1∶2.5，背水面边坡 1∶2.0，迎水面采用袋装黏性土防渗。该方案工程量不大，施工难度较大，一是围堰基础位于淤积层上，稳定性较差；二是水中填土石，坡度很缓，所占库容较大，影响电站的正常运行。

方案三：钢板桩格型围堰方案。采用钢板桩圆形格体围护，内填土石料，基础伸到基岩面，高12.1 m，长80 m。该方案围堰断面小、所占库容小，但对地层要求较高，如遇漂石或砂卵石地层，施工困难。

方案四：混凝土沉井方案。采用拱形混凝土沉井围护，基础伸到基岩面，高度12.1 m，长度85 m，混凝土壁厚0.8 m。该方案断面小、所占库容小，但对基岩面平整情况有要求，根据地质资料，基岩面斜度较大，沉井施工方案难度大，而且需填筑平台，对电站运行会产生不利影响。各方案技术经济比较见表1。