龙塘水库导流洞经济洞径选择方法

武小龙

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 工程概况

龙塘水库位于四川省凉山彝族自治州盐源县马坝河下游峡谷出口段，为Ⅱ等大（2）型工程，总库容1.45 亿m3，坝后电站总装机容量8200 kW。工程主要由混凝土重力主坝、副坝、引水洞、上下电站厂房和库坝区防渗工程等组成。

导流洞位于大坝右岸，进口布置于坝轴线上游约166 m处，出口布置于坝轴线下游约140 m 处，全长290.5 m。导流洞采用圆拱直墙型，洞身段长264.50 m，进口高程2379.50 m，出口底板高程2377.0 m，洞底比降i=0.945%。出口明渠长12.2 m，采用C25 钢筋混凝土衬砌。

上游围堰堰顶高程为2397.20 m，围堰顶宽7.0 m，堰顶轴线长44.50 m，最大堰高23.4 m。堰体主要采用石碴填筑，堰体上、下游边坡均为1∶1.8，上游迎水面采用铅丝笼块石砌护，砌护厚度0.5 m。围堰基础覆盖层为砂卵石，厚约7 m。堰体采用土工膜心墙防渗。基础以下采用高压旋喷防渗墙，墙厚0.6 m，最大墙深11.2 m。

下游围堰布置于导流洞出口上游侧，采用土石围堰，堰顶高程2376.0 m，围堰顶宽5.0 m，堰顶轴线长23.50 m，最大堰高3.5 m。围堰结构型式与上游围堰相同。围堰主体填筑采用导流洞开挖的石碴料填筑。基础采用高压旋喷防渗墙，墙厚0.6 m，最大墙深9.5 m。

2 工程区自然条件

2.1 水文条件

马坝河流域的径流主要由降雨形成，雨季河流的水量主要由降雨补给，枯水季节依靠稳定的地下水补给，径流具有年际变化不大年内分配不均的特点。马坝河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性决定着洪水特性。流域处于亚热带季风气候区，且位于山区，因此地域之间差异较大，年降雨量随高程变化也较大。夏秋两季流域内斑状暴雨居多，汛期6月～9月降水量占全年降水量80%以上，洪水受降雨时空分布不均以及喀斯特地形影响，洪水具有峰不高、量大的特点，一次洪水过程约3 天。龙塘水库分期洪水成果见表1。

表1 龙塘站分期洪水计算成果 单位：m3/s

2.2 工程地质条件

导流洞位于右岸，导流洞轴线位于龙塘峡谷段河谷两岸的基岩斜坡地带，沿线基岩裸露，岩性为三叠系中统白山组的石灰岩、含生物碎屑凝块状灰岩和生物碎屑灰岩等，表面强烈溶蚀风化带岩体垂直厚度8.0 m～10.0 m，裂隙性溶蚀风化带岩体垂直厚度10.0 m～15.0 m，以下为微新岩体。导流洞沿线发育f9 逆断层和f11 正断层。沿线地下水类型主要为基岩裂隙水，水位埋深与洞身段埋深相当，地下水分布主要受溶蚀裂隙及断层控制，表现为从溶蚀裂隙中滴水或串珠状、线状流水。

3 导流洞经济洞径比选

3.1 导流标准及布置

龙塘水库工程为Ⅱ等大（2）型工程，永久性主要建筑物拦河大坝、泄水建筑物和引水建筑物按2 级设计，电站厂房按3级设计。根据《水利水电施工组织设计规范》（SL303—2017），施工导流建筑物按4 级设计，采用土石不过水围堰，导流建筑物洪水标准重现期为10 a～20 a。考虑到马坝河水文实测资料系列较长，围堰采用常规土石围堰，且围堰使用时间仅1.5 a，因此导流标准选择10 a 一遇洪水，相应洪峰流量为267 m3/s。

坝址处两岸山坡陡峻，河道狭窄，不适合采用分期导流方式。结合工程建筑物的布置特点，采用河道一次断流，隧洞导流的方式。由于坝址峡谷段两岸陡峭，河谷呈“V”字型，谷底宽20 m～25 m，交通不便，且坝体基坑施工工序繁杂，因此枯水期导流方案在汛前浇筑至坝体度汛断面较困难。采用全年导流方案，基坑开挖及基础混凝土施工强度均衡，施工工期及工程质量有保证，业主管理风险较小，因此采用全年围堰挡水、隧洞过流的导流方案。

坝址处左、右岸均具备布置导流洞的条件，对左、右岸布置进行了方案比较：两岸地形条件相当，洞线布置的长度左岸较右岸略短。根据地质资料显示，左岸导流洞进口边坡处于（Q4col+dl）崩坡积堆积碎块石中，处理困难。为了保证左岸导流洞施工期的交通通畅，还需新建施工道路，施工准备期长，且施工辅助企业及渣场均布置于右岸，运距较远。右岸导流洞交通条件较好，下闸封堵交通方便，且导流洞出口水流条件较好，因此，导流洞布置于坝址右岸。

3.2 导流洞经济洞径比选

3.2.1 经济洞径比选原则

隧洞的断面尺寸主要由通过流量的大小确定，在围堰高度允许的条件下，尽量减少隧洞断面是经济的。隧洞经济断面的选择首先拟定几个隧洞尺寸，计算相应的围堰高度，并计算不同断面尺寸的隧洞与围堰工程量造价。两者相加，总造价最小的断面尺寸即为经济断面。

由于隧洞开挖及衬砌单价高，围堰的单价低，比较的结果往往是小隧洞配高围堰最经济。但是经济合理的隧洞断面尺寸还应体现以下的几个方面：（1）尽量发挥隧洞效益的同时，务必使围堰能够在一个枯水期内建成，并保证围堰的安全和技术上的可靠性；（2）洞内流速不超过允许抗冲流速；（3）满足通航、放木等综合利用的要求；（4）方便施工；（5）满足中后期施工度汛要求，如不能满足，应加大隧洞断面，降低围堰高程，减小洞内流速。

3.2.2 导流洞经济洞径选择

导流洞采用圆拱直墙型，洞径的选择分别进行了2.5 m×3 m、3 m×4 m、4 m×5 m、5 m×6 m 洞径的方案比较，经调洪计算，上游围堰堰顶高程分别为2399.60 m、2397.6 m、2394.2 m、2391.1 m，围堰最大高度分别为25.6 m、23.6 m、20.2 m、17.1 m，相应的投资（只包括导流洞洞身开挖、钢筋混凝土、喷混凝土及进、出口开挖几项主要工程量和上游围堰填筑、基础防渗及拆除工程量）约为818.2 万元、787.9 万元、821.1 万元和1032.7 万元。经分析比较，导流洞洞径为3 m～3.7 m 时投资最低，考虑洞泾大于3.7 m 时导流建筑物投资增加较快，施工方便及中后期度汛要求，导流洞洞径采取3.5 m×4.0 m 进行设计。导流洞经济洞径比较见图1。

图1 导流洞经济洞径曲线图

导流洞洞径采用3.5 m×4.0 m 时，满足隧洞施工最小洞径要求。围堰最大堰高22.7 m，堰体主要采用石碴填筑，能够保证在枯水期内完成填筑。

3.3 导流洞设计支护参数

整个洞线地质条件相对较好，洞室围岩以Ⅲ类为主，进、出口段有少量的Ⅳ、Ⅴ类。

导流洞进出口边坡岩石开挖坡比1∶0.75，采用锚喷支护。φ22 砂浆锚杆，单根长度3.0 m，间排距2.0 m，梅花型布置；C25 混凝土喷护厚100 mm，边坡顶设排水沟。

导流洞洞身段初期支护参数为：Ⅲ类围岩喷C25 混凝土100 mm，洞内布设φ22 随机锚杆，锚杆长度2.0 m 的支护方式；Ⅳ类围岩进行喷C25 混凝土100 mm，φ22 砂浆锚杆，单根长度2.0 m，间排距1.0 m，梅花型布置，挂φ8 钢筋网@200 mm×200 mm 的支护方式；Ⅴ类围岩采用喷C25 混凝土150 mm，φ22 砂浆锚杆，单根长度2.0 m，间排距1 m，梅花型布置，挂φ8 钢筋网@200 mm×200 mm，每米设I14 钢拱架一榀支护。

二期支护Ⅳ、Ⅴ类采用C25 混凝土衬砌，衬砌厚度0.4 m；Ⅲ类围岩段底板采用0.4 m 厚C20 混凝土找平。洞内衬砌段顶拱120°范围采取回填灌浆，桩号导0+112.00 m～导0+132.00 m及导0+189.00 m～导0+204.00 m 两段封堵段采取固结灌浆，灌浆孔深4 m，固结灌浆孔间排距2.0 m，梅花形布置。

4 结语

施工导流设计是水利水电工程施工组织设计中的中心环节，也是编制施工总进度计划的主要依据。正确选择施工导流方案，不仅对降低工程造价、缩短工期、提高工程质量和施工安全具有重大影响，而且也影响到坝址、坝型和枢纽布置方案。在临时工程投资中，导流洞的开挖和衬砌单价较高，投资占比较大，所以选择规模合适的导流洞洞径能够做到降低工程造价，提高投资收益的效果。本文通过采用经济洞径比选的方法，综合考虑方便施工、围堰枯水期完成施工等因素，确定合理的洞径，提高了工程投资效益。