三河口水库工程导流设计

王云涛

（陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 西安 710001）

1 工程概况

三河口水利枢纽地处佛坪县与宁陕县交界的子午河中游狭谷段，坝址位于佛坪县大河坝乡三河口村下游约2km处，北距佛坪县城35km，东距宁陕县城45km，南距石泉县城49km，西距洋县县城50km。三河口水利枢纽主要由大坝、坝身泄洪放空系统、坝后泵站、电站和连接洞等组成。大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高145m，为1级建筑物，引水、泄水建筑物为2级建筑物，次要建筑为3级，临时建筑物为4级建筑物。施工总工期安排为48个月。

2 设计条件

2.1 地形地貌

坝址位于佛坪县大河坝乡以北约3.5km处，属秦岭中段南麓中低山区，子午河在坝址区流向由NE53°转向SW51°，河流比降约3.0‰～4.5‰。河谷呈“V”字形发育，两岸地形基本对称，山体雄厚，自然边坡坡度35°～50°。坝区河床高程 525.7m～528.70m，谷底宽79m～87m。

2.2 工程地质

坝区河床砂卵石覆盖层厚6.5m～7.2m，最大厚度11.0m，渗透系数k=62m/d，强透水。坝基岩体主要为变质砂岩夹薄层结晶灰岩，岩石饱和抗压强度Rb＞60MPa，岩体表面强风化带垂直厚度1m～2m。

2.3 水文气象

三河口水利枢纽坝址以上控制流域面积2186km2，占子午河全流域的72.6%，多年平均降雨量891mm。子午河的径流主要由降雨形成，具有年际变化较大，年内分配不均的特点。丰水期7月～10月4个月径流量占年径流量的68.6%，枯水期11月～翌年3月，5个月径流量仅占年径流的11.7%。子午河的洪水是由暴雨形成的，洪水具有峰高、量大的特点，一次洪水过程约4天～6天。坝址处全年及分期洪水见表1。

子午河流域属北亚热带湿润、半湿润气候区，四季分明，夏无酷热，冬无严寒，春季气升温迅速、间有“倒春寒”，秋凉湿润多连阴雨。多年平均气温12.3℃，极端最高气温37.4℃，最低气温-16.4℃；多年平均降水量903mm，多年平均蒸发量1214mm，多年平均风速1.2m/s，多年平均最大风速9.1m/s。

3 导流设计

3.1 导流方案选择

三河口水利枢纽大坝为碾压混凝土拱坝，坝址处河谷呈“V”字形，两岸山体雄厚，覆盖层薄，岩石完整坚硬，具备成洞的自然条件。在选择导流方式时，进行了隧洞导流和分期导流的比较。

一次拦断河床隧洞导流方式具有导流程序简单、基坑施工干扰小的优点。缺点是导流洞投资大，上游围堰高度大，填筑工程量大。

分期导流方案先围右岸底孔坝段，填筑全年挡水围堰，左岸河床过流。当坝体浇筑过底孔后，填筑二期围堰，由底孔过流，进行左岸混凝土施工。该方案的优点是不用修导流洞，投资小，缺点是纵向围堰受河道狭窄的条件限制无法采用，需要采用混凝土纵向围堰，堰基防渗不好解决。

本工程最终采用了隧洞导流的方案。

3.2 导流标准

根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2004)规定，导流建筑物级别为4级，相应土石围堰导流标准为重现期10年～20年一遇洪水；考虑到本工程水文资料系列较长，同时10年与20年一遇洪水调洪后围堰工程量相差较大，所以按10年一遇考虑。

3.3 洞径选择

针对隧洞导流方式，按10年一遇洪水进行了 6m×8.4m、10m×14m、14m×19.6m洞径的导流洞方案比较。根据调洪结果知道上 游 水 位 分 别 为 581.07m、563.31m、549.88m，相应的围堰高度分别为58.07m、40.31m、26.77m，导流建筑物直接投资分别为7176万元、6108万元和7434万元。经济洞径曲线见图1。

根据经济洞径曲线确定为9m左右，考虑到水泥及钢材价格具有较大的波动性，为了避免因水泥及钢材价格出现大幅度上涨而导致导流工程费用的大幅度增加，实际导流洞按8m×11.3m进行设计。

3.4 导流流量选择

针对10年一遇洪水进行了枯水期围堰和全年围堰比较。

表1 全年及分期洪水流量表 单位：m3/s

枯水期围堰方案：2012年11月～2013年5月进行基坑开挖和坝体浇筑，2013年6月～2013年10月，大坝停工，基坑过水。汛后进行基坑清理及553m高程以下混凝土浇筑。2013年6月～2014年10月，坝顶过流；2014年11月～2015年5月，进行553m～613m高程混凝土浇筑，导流洞过流；2015年5月～2015年10月进行613m～637m高程混凝土浇筑，导流洞过流；2015年10月中旬～2016年1月进行洞封堵和637m～646m高程混凝土浇筑，泄洪底孔过流。

全年围堰方案：2012年10月～2014年5月进行开挖及598m个高程以下混凝土浇筑，导流洞过流；2014年6月～2014年12月进行598m～628m高程混凝土浇筑，导流洞与泄洪底孔联合过流；2015年1月～2016年2月进行导流洞封堵和628m～646m高程混凝土浇筑，泄洪底孔过流。

从表2可以看出，采用全年围堰方案导流建筑物及基坑清理投资较枯水期围堰方案少509万元，同时可以全年施工，基坑开挖及基础混凝土强度适中，工期容易保障。同时可以避免枯水期围堰方案汛期坝体过水易产生表面裂缝的风险。因此，综合考虑施工进度、施工强度、以及汛期影响等因素，采用10年一遇全年洪水作为导流标准。

3.5 导流建筑物设计

导流建筑物包括导流洞和上、下游围堰。

表2 导流方案综合比较表

3.5.1 导流隧洞

根据坝址区的河床地形，将导流洞布置在河道右岸。洞室围岩为变质砂岩、结晶灰岩、大理岩，局部夹有石英岩脉及伟晶岩脉。洞身围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，占67%，进出口附近围岩为Ⅳ、Ⅴ类占33%。

导流洞长570m，进口高程531.4m，出口底板高程为526.0m，洞底设计比降0.009。洞身为城门洞型，尺寸8m×11.3m。Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段采用C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬厚0.8m；Ⅱ、Ⅲ类围岩段，由于度汛期间流速约24m/s，为了防止洞身汛期遭洪水破坏，洞身采用C25混凝土衬砌，边顶拱厚0.5m，底板厚0.6m。出口采用平底扩散消能。扩散段长度20m，由导流洞出口8m宽扩散至20m。为便于以后闸封堵，在导流洞进口布置封堵塔，塔顶高程551.5m，塔长10m，宽15m。

3.5.2 围堰

围堰采用当地材料填筑，上游为土石围堰，堰顶高程573.5m，最大堰高49.3m，堰体主要由堆石、复合土工膜防渗体及上游护坡组成，围堰顶宽6.0m，上游边坡1∶2.25，下游边坡为1∶1.5，粘土心墙上下游边坡1∶0.1。下游围堰布置于导流洞出口与大坝之间，采用土石围堰，堰顶高程为532.0m，最大堰高6.5m，围堰顶宽4.0m，堰体下游边坡 1∶2.25，上游边坡为1∶1.5。堰体主要由堆石和防渗土工膜、混凝土截渗墙组成，下游围堰基础采用混凝土截渗墙，混凝土截渗墙厚0.8m，墙深12m，深入基岩0.5m。3.6截流设计与下闸蓄水

截流时段选在汛后的11月份，截流标准为10年一遇月平均流量30.2m3/s，截流戗提顶高程532.5m。根据坝址交通及地形条件，龙口位置选在左岸的主河槽处，采用自右向左单戗进占的立堵方式进行截流。经初步计算龙口最大落差约2.2m，最大流速约3.5m/s。截流采用开挖石渣，最大石渣粒径0.5m。

根据施工总进度安排，拟定于第2015年1月导流洞下闸，水库蓄水，下闸流量为标准流量7.05m3/s。蓄水计划按各月份75%保证率的流量计算，蓄水至水库死水位558m，相应库容0.23亿m3，蓄水时间约80天。

4 总结

本文全面介绍了三河口水库的施工导流工程设计，重点通过经济洞径分析及对枯水期围堰和全年围堰两种方案的对比，选择10年一遇洪水作为洪水标准，全年围堰挡水。8m×11.3m隧洞导流的方案，使工期提前了3个月，并保证了基坑施工强度的均衡性，具有较优的综合效益。陕西水利