河口村水库导流洞施工设计pdf

第３６卷第１１期人民黄河Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１１２０１４年１１月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＮｏｖ．，２０１４【工程勘测设计】河口村水库导流洞施工设计竹怀水，窦燕，王永新（黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５０００３）摘要：河口村水库导流洞是工程建设的控制项目，其开挖衬砌断面大、洞身长、进出口施工困难，能否按期完工关乎水库工程的顺利实施。通过分析导流洞工程的施工及建设条件，在确保工程质量与安全的前提下，提出了可行的施工设计方案。选择了导流洞与两条泄洪洞结合布置、运用的方案，即导流洞在非汛期为施工导流专用，汛期与１＃泄洪洞联合度汛；导流洞下闸封堵后经过龙抬头改建为２＃永久泄洪洞。为满足导流洞工程施工交通需要，沿河布置了连接导流洞出口与现状乡间沥青道路的３号施工道路，布置了从出口至进口的８号施工道路，同时为满足进出口上部开挖需要，布置了连接３号施工道路和泄洪洞进口的２号施工道路。根据总进度计划安排，导流洞工程与水库工程的场内２号道路、３号道路、建设管理营地及生活供水、施工变电站等列为项目的前期工程。导流洞施工时，变电站尚不具备供电条件，供电方案选择接引当地农用电，结合自备发电机。关键词：导流洞；地质条件；布置；施工设计；河口村水库中图分类号：ＴＶ５５１．１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３７９．２０１４．１１．０２８ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｆｏｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＴｕｎｎｅｌｏｆＨｅｋｏｕｃｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒＺＨＵＨｕａｉｓｈｕｉ，ＤＯＵＹａｎ，ＷＡＮＧＹｏｎｇｘｉｎ（ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｏｆＨｅｋｏｕｃｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓａｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｒｏｊｅｃｔ．Ｗｈｅｔｈｅｒｉｔｃａｎｂｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅ，ｉｔｗｉｌｌｂｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｍｏｏｔｈｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｔｕｎｎｅｌｔｒｕｎｋｉｓｌｏｎｇｗｉｔｈｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｎｄｌｉｎｉｎｇａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ａｆｅａｓｉｂｌｅｐｌａｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌ．Ｉｔｃｈｏｓｅｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｗｏｓｐｉｌｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｓｌａｙｏｕｔｔｈａｔｗａｓｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｄｅｄｉｃａｔｅｄｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｈｅｎｏｎ－ｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎ，ｉｎｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎｗｉｔｈｓｐｉｌｌｗａｙｔｕｎｎｅｌＮｏ．１ｆｏｒｊｏｉｎｔｆｌｏｏｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ．ＤｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｗａｓｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏｐｅｒｍａｎｅｎｔｓｐｉｌｌｗａｙｔｕｎｎｅｌＮｏ．２ｔｈｒｏｕｇｈｄｒａｇｏｎ－ｈｅａｄ－ｒａｉｓｉｎｇａｆｔｅｒｂｌｏｃｋｉｎｇ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏａｄＮｏ．３ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｏｕｔｌｅｔｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｔｕｓｃｏｕｎｔｒｙｓｉｄｅａｓｐｈａｌｔｒｏａｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｌａｙｏｕｔａｌｏｎｇｔｈｅｒｉｖｅｒ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏａｄＮｏ．８ｗａｓａｒｒａｎｇｅｄｆｒｏｍｏｕｔｌｅｔｔｏｉｎｌｅｔ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｏｍｅｅｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｕｐｐｅｒｏｐｅｎｄｉｇｇｉｎｇｎｅｅｄｓ，ａｒｒａｎｇｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏａｄＮｏ．２ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｉｎｌｅｔｏｆｓｐｉｌｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｗｉｔｈｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏａｄＮｏ．３．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｃｈｅｄｕｌｅ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｏｒｋｓｏｆｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ２ｎｄａｎｄ３ｒｄｒｏａｄｓ，ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃａｍｐｓ，ｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｌｉｓｔｅｄａｓｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙｗｏｒｋ．Ｔｈｅｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｗａｓｎｏｔｐｒｏｖｉｄｅｄｗｉｔｈｐｏｗｅｒｄｕｒｉｎｇｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｃｈｅｍｅｗａｓｔｏｕｓｅｌｏｃａｌｆａｒｍｅｒｓｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｅｌｆ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｖｅｒｓｉｏｎｔｕｎｎｅｌ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｌａｙｏｕｔ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ＨｅｋｏｕｃｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒ河口村水库工程是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用的大（２）型水利枢纽，主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、２条泄洪洞、１条引水发电洞及２座电站。导流建筑物主要包括上、下游土石围堰和１条导流洞。其中，导流洞结合２号泄洪洞布置，全长７４０ｍ，城门洞形断面，断面尺寸为９．０ｍ×１３．５ｍ。导流洞工程土石方明挖４１．６７万ｍ３，石方洞挖１４．４１万ｍ３，混凝土浇筑７．３２万ｍ３。导流洞导流任务完成后，改建成２号永久泄洪洞。导流洞是工程建设的控制项目，能否按期完工关乎水库工程的顺利实施。通过研究分析导流洞工程的施工及建设条件，在确保工程质量与安全的前提下，提出了可行的施工设计方案。１导流洞地质条件及工程布置１．１地质条件导流洞进口边坡坡顶高程为２３０～２４０ｍ，坡高６０～７０ｍ；后边坡整体走向约为１３９°，侧坡整体走向向下游约为２２５°。后边坡走向与Ｆ１１断层的走向夹角为９°～１９°，倾向坡内，对边坡的稳定相对有利，但在边坡后缘易形成切割面；进口后边坡与收稿日期：２０１４０７０４作者简介：竹怀水（１９６９—），男，河南郑州人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作。Ｅｍａｉｌ：[e-mail]·９６·人民黄河２０１４年第１１期Ｆ１２断层的走向交角为１９°～４９°，倾向坡外，倾角３５°，受断层Ｆ１１后缘切割的影响，后坡岩体存在沿Ｆ１２断层面滑塌的可能。侧坡Ｆ１１、Ｆ１２断层的走向与两侧边坡走向夹角在５０°～６５°之间，且两断层倾角均较缓，对两侧边坡的稳定影响不大，但两断层切割区存在垮塌可能［１］。导流洞洞身围岩分类见表１。表１导流洞围岩分类桩号围岩分类地层岩性０＋０００—０＋１３０Ⅱ、Ⅲ太古界登封群Ａｒｄ片麻岩、伟晶花岗岩、Ｆ１１断层带及影响带０＋１３０—０＋２００ⅣⅤⅢ、Ⅳ太古界登封群Ａｒｄ片麻岩、伟晶花岗岩０＋２００—０＋２４０Ⅱ太古界登封群Ａｒｄ片麻岩、伟晶花岗岩０＋２４０—０＋３７０ⅣＦ８～Ｆ６断层影响带片麻岩洞段ⅤＦ８、Ｆ７、Ｆ６断层带；Ｆ８～Ｆ６断层影响带泥灰岩洞段０＋３７０—０＋５２０Ⅲ１ｍ４～１ｍ６板状泥灰岩、粉沙岩洞段—、Ｆ～Ｆ断层带及影响带０＋５２００＋５５５ⅣⅤ５４０＋５５５—０＋７４０Ⅲ１ｍ１＋２白云质灰岩及Ｐｔ２ｒ石英沙岩砾岩洞段Ⅳ１ｍ３、１ｍ４泥灰岩洞段导流洞进口段岩体风化卸荷较强且有Ｆ１１、Ｆ１２断层发育，洞身及出口段地层岩性变化频繁且发育五庙坡断层带（Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８）及Ｆ４、Ｆ５等多条断层，洞段地质条件总体较差，其中Ⅱ类围岩约占９％、Ⅲ类围岩约占２７％、Ⅳ类围岩约占６０％、Ⅴ类围岩约占４％，整个洞段围岩以Ⅲ类、Ⅳ类为主。导流洞出口边坡坡顶高程为２４６～２６０ｍ，坡高６０～７０ｍ。出口边坡底部由中元古界汝阳群云梦山组（Ｐｔ２ｙ）厚层状石英砾岩夹透镜状石英粗沙岩组成，其上为寒武系下统馒头组（∈１ｍ）组成，岩层走向近ＥＷ，倾向Ｎ（即倾向岸内），倾角小于１０°，为逆向坡，岩层走向与洞线交角较大（近于直交），稳定条件较好。１．２工程布置根据坝区地形地质条件、施工特点及水工枢纽布置情况，结合导流程序安排，对泄洪洞条数、隧洞断面尺寸和围堰规模、坝体上升速度、施工交通条件等进行了计算分析、综合比较，选择了导流洞与两条泄洪洞结合布置、运用的方案，即导流洞在非汛期为施工导流专用，汛期与１＃泄洪洞联合度汛；导流洞下闸封堵后经过龙抬头改建为２＃永久泄洪洞。因此，导流洞的总体布置既满足了施工导流的要求，又考虑了与永久泄洪洞的结合，做到了充分利用地形地质条件，紧凑布置，技术可行，经济合理。导流洞由进口明渠段、进水塔、洞身段和出口明渠段四部分组成。进口明渠段长１１９．０４ｍ，其中进水塔前２０ｍ引渠段采用钢筋混凝土护砌，明渠底高程为１７７．２０ｍ，平坡。进水塔顺水流向长度为２３．５ｍ，垂直水流向宽度为１６ｍ，总高３６．３ｍ。考虑到改建后保障２＃泄洪洞顺畅过流，塔顶高程与２＃泄洪洞进口明渠底平齐，为２１０．０ｍ。为保证塔架的稳定性，改善塔基应力分布，并尽量减少开挖工程量，将进水塔尾部５．０ｍ长的过流部分嵌入塔后岩体中。塔架与开挖边坡之间全部由混凝土回填。进水塔进口采用喇叭形椭圆曲线，上缘曲线为ｘ２／１０．５２＋ｙ２／３．５２＝１，侧墙曲线为ｘ２／７．５２＋ｙ２／２．５２＝１。喇叭口进口尺寸１４．０ｍ（宽）×１７．０ｍ（高），闸后孔口尺寸为９．０ｍ（宽）×１３．５ｍ（高），边墩和底板厚均为３．５ｍ。封堵闸门采用后止水的平板闸门，门槽尺寸１．９８ｍ（宽）×１．００ｍ（高）。门槽后以１∶１０的斜坡与边墩内侧连接。洞身段全长７４０ｍ，其中临近进水塔段２０ｍ为渐变段，由９．０ｍ（宽）×１３．５ｍ（高）的方形断面渐变为９．０ｍ（宽）×１３．５ｍ（高）城门洞形断面。桩号０＋２７４．０（２＃泄洪洞龙抬头起点）前洞身段只需满足导流期的运用，其导流期可能出现明流、明满过渡流、压力流状态；桩号０＋２７４．０以前为临时建筑物，按４级建筑物设计；以后为永久建筑物（即２＃泄洪洞洞身段），按２级建筑物设计。出口明渠段采用整体槽式结构，长３９ｍ，纵坡０．０１，边墙高度由导流期出口最高水面线控制。为了方便后期改建，底板下部按泄洪洞鼻坎体型设计，底板顶高程比出口断面洞底高程低０．５ｍ。２导流洞工程施工设计２．１施工总体布置及条件为满足导流洞工程施工交通需要，沿河布置了连接导流洞出口与现状乡间沥青道路的３号施工道路，长７００ｍ，矿山２级标准，泥结碎石路面宽９ｍ；布置了从出口至进口的８号施工道路，长１．９ｋｍ，矿山２级标准，泥结碎石路面宽７ｍ；同时，为满足进出口上部开挖需要，布置了连接３号施工道路和泄洪洞进口的２号施工道路，长２．０ｋｍ，矿山３级，泥结碎石路面宽６．５ｍ，并从２号路终点引施工支线道路（长约１．４ｋｍ，碎石路宽６．０ｍ）至进口边坡顶部。根据总进度计划安排，导流洞工程与水库工程的场内２号、３号道路、建设管理营地及生活供水、施工变电站等列为项目的前期工程。其中２号、３号道路先期建设，为导流洞施工创造条件。施工生产生活区布置结合前期与主体工程施工、进度计划统筹安排。对坝址区地表水及地下水水质分析可知，水质对混凝土皆无腐蚀性。按已有分析项目，水质总硬度为中等硬水，固形物含量小于规定容许值，Ｃｌ－、ＳＯ４２－、ＮＨ４＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、ＮＯ２－等含量均小于规范允许值，地表水与地下水均基本上能满足饮用水的要求，因此混凝土拌和用水和生活用水采取井水，其他用水取自河水即可［２］。导流洞施工时，变电站尚不具备供电条件，供电方案选择接引当地农用电，结合自备发电机。导流洞工程混凝土总量约为７．３２万ｍ３，喷混凝土约０．８万ｍ３，共需沙石骨料约１８．７万ｔ。因主体沙石料加工系统尚未建成，故骨料与钢筋、水泥等建筑材料就近市场购买