禹门河反调节水库工程施工期水流控制
孙鹏辉，郑宇 蓝祖秀
（黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州，450003）
作者简介：孙鹏辉 （1973—），男，河南尉氏人，高级工程师，从事水利水电工程施工组织设计。
摘要：禹门河反调节水库位于黄河支流洛河干流上，为已建故县水库的反调节水库，坝址处河道狭窄，山势较陡，洛河洪枯流量变化大，采用一次拦断围堰隧洞导流方式，过水围堰。施工期导流工程施工滞后造成大坝不能在汛期达到度汛高程，影响大坝施工。
关键词：导流标准 导流设计 施工与度汛
1 工程概况
禹门河反调节水库位于河南省洛宁县兴华乡禹门河村，黄河一级支流洛河干流上，为上游已建故县水库的反调节水库。坝址流域面积6104km2，多年入库径流12.62亿m3。工程主要由大坝和坝后式电站等组成，大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高61.5m，正常蓄水位413.50m，死水位411.00m，混凝土溢流坝段长80m。坝后式电站，共3台机组，总装机容量10.5MW。
2 施工条件
2.1 水文气象
施工区属温带山地季风气候，年平均降水量为634.3mm，年平均蒸发量为1469.2mm。年平均气温13.65℃，极端最高气温42.1℃，极端最低气温-21.3℃。禹门河坝址多年平均流量42.5m3/s，多年平均径流量12.59亿m3。坝址处洪水由故县水库以上和故禹区间的洪水叠加而成，考虑故县水库调控，汛期5年一遇洪水流量为1000m3/s，非汛期5年一遇洪水流量为150m3/s，非汛期10年一遇洪水流量为194m3/s［1］。
2.2 地形地质
坝址河谷剖面形态为两岸不对称的U形谷，河谷平面形态为向北突出的弯道。两岸有黄土覆盖，河床有较厚的砂砾石层，最深27m。坝址区基岩主要为下元古界上熊耳群流纹岩、安山玢岩、流纹凝灰岩等。左岸及河床主要为流纹岩，右岸主要为安山玢岩。右岸山体覆盖有较多的黄土，且发育有F8、F9、F10这3条较大的断层。
3 施工导流
3.1 导流标准
本工程为中型水库工程，大坝、电站分别为3级、4级建筑物。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303—2004）规定，导流建筑物为5级［2］。导流标准为以5年洪水一遇作为临时建筑物的设计，相应汛期洪峰流量为1000m3/s，非汛期150m3/s。当大坝上升高出围堰时，由大坝临时拦洪度汛。第三、四年非汛期利用排沙孔泄流，大坝临时度汛标准为10年一遇洪水，相应洪峰流量为194m3/s；第三、四年汛期利用排沙孔和溢流坝段联合泄流，大坝临时度汛标准为20年一遇洪水，相应洪峰流量为2900m3/s。
3.2 导流方式
坝址处河道狭窄，河床宽约100m，两岸没有台地，山势较陡，不具备分期或明渠导流的地形条件，因此选定一次拦断围堰隧洞导流方式。由于洛河洪枯流量变幅大，按照正常工期围堰只度一个汛期，结合水文条件和工程进度，对拦洪围堰和过水围堰进行方案比较，选择了过水围堰，围堰除满足非汛期不过水外，汛期可挡中常水，对工期影响不大，导流洞布置在右岸山体内，初期方案考虑改建为引水发电洞，断面为圆形，内径6m。施工导流程序见表1［1］。
表1 导流程序表
3.3 导流建筑物
在过水围堰挡水流量为150m3/s和194m3/s两种情况下，对导流洞洞径分别为5.0m、6.0m、7.0m、8.0m进行方案比较。根据水文资料分析围堰的过水次数，测算围堰过水损失费用。经综合分析，确定过水围堰挡水流量为150m3/s，相应导流洞洞径为6.0m。
3.3.1 导流洞设计
导流洞布置在右岸山体内，右岸发育有F8、F9和F10这3条较大断层。经过洞线比较和布置，导流洞布置时避开了F10断层。导流洞大部分时间为明流，只在汛期中很短时间内呈半有压或有压流，根据本工程的地质条件和河流的水文特点，以及考虑导流洞改建为引水发电洞，隧洞断面拟定为圆形，洞径为6m，洞长180m，全断面钢筋混凝土衬砌；进口底板高程390.50m，底坡6‰，出口底板高程389.42m，出口与下游地面缓坡平顺连接，扩散式消能。
导流洞所处地层为上熊耳群的安山玢岩、辉绿岩，上覆岩体厚度15～66m，所遇断层为F8 （走向30°～50°、倾向300°～320°、倾角70°～80°、宽度0.4°～1.4m）、F9 （走向40°～50°、倾向310°～335°、倾角70°～85°、宽度1.0～1.8m）。
导流洞采用锚喷支护，Ⅱ类围岩采用按需喷0.1m厚C20混凝土，随机锚杆φ22mm，L=3.0m，梅花形布置，间排距2.0m。Ⅲ类、Ⅳ类围岩采用喷0.1m厚C20混凝土，随机锚杆φ22，L=3.0m，梅花形布置，间排距2.0m。另外，在Ⅳ类围岩和进口渐变段挂
6@150mm×150mm的钢筋网。
3.3.2 围堰设计
上、下游围堰均为土石过水围堰。
上游围堰堰高7.27m。枯水期最高挡水位397.27m，溢流堰顶高程397.70m，顶宽6.0m，上、下游边坡分别为1∶2.5和1∶3.5；堰顶轴线长138.24m。溢流面为混凝土面板，板厚0.5m，下设0.5m干砌块石。溢流坡面下游设长18m、0.5m厚混凝土护坦。
下游围堰堰高3m，顶宽7.0m。枯水期挡水位为391.72m，堰顶高程为392.00m，堰顶轴线长92.32m。上、下游坡比均为1∶3，溢流面为混凝土面板。
上、下游围堰基础防渗采用高压摆喷防渗墙，最大深度22m。上游防渗墙面积2488m2，下游围堰防渗墙面积2706m2。摆喷间距1.3m，墙厚不小于0.3m，渗透系数k≤5×10-6cm/s，摆喷角为30°，防渗墙深入基岩0.5m，上面与混凝土面板相接［1］。
3.4 导流建筑物施工
3.4.1 导流洞的施工
导流洞工程于第一年5月28日开工，第二年5月，导流洞完工并过水。
导流洞开工后，进、出口地质条件基本与设计描述对应，均位于强风化带。进口强风化带较薄，为了减少开挖工程量，进洞提前了5m。
根据岩石揭露情况，F9断层与地质勘查描述有较大出入，其宽度是5～6m，走向与洞线交角仅有15°左右，而且蜿蜒变化，跨洞长33m，是设计推测的2倍。因此增加了锚杆长度和随机锚杆数量。
后期根据进度要求，考虑到提前发电，经与业主研究确定导流洞后期不再改建为引水发电洞，全洞衬砌改为仅对断层和进出口24m衬砌。衬砌厚度0.6m，内外侧每米4根φ22mm主筋，在衬砌段顶拱120°范围内进行回填灌浆。
3.4.2 围堰施工
3.4.2.1 基础高压摆喷防渗墙施工
围堰基础高喷墙工程第二年2月初开工。由于堰基地质条件较为复杂，大粒径比例较大，卵石占22.9%～78.7%，且有少量大漂石，直径为2～3m，承包商对设计方案进行了修改，主要是围堰临水第一排为高压摆喷桩0.6m，间距为1.8m；第二排采用直径为1.2m混凝土灌注桩，间距为1.8m；排距为1.2m。
开工后进度滞后，原因在于基础覆盖层比较密实，大粒径比例较大，选用钻孔设备冲击钻头较轻，效率低。
工程施工采用的是CJ-3型冲击式钻机，有两种：一种功率15kW，重锤重量4t，用于钻直径1.2m孔；另一种功率10kW，重锤重量1.5t，用于钻直径0.6m孔。冲击式钻机主要优点在于操作简便；缺点是效率低，成孔一般需要7～8d，有的孔甚至需要超过20d。计划第二年5月完工，但截至第二年8月底，仅完成2/3合同工程量。
高喷采用二管法，使用双通道的二重灌浆管，在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出，在土体中形成直径明显增加的柱状固结体。采用设备主要有空压机、进浆泵和高喷台车等。空压机的功率为37kW，压力为0.7～0.8MPa。进浆泵的功率为90kW。高喷台车，功率150kW，喷浆压力为35MPa。
混凝土灌注桩与高压喷射灌浆结合的防渗墙形式，具有防渗墙整体性好的优点，但工艺复杂，造成成本增大和工期延长，给后续工作的施工进度增加了压力。
3.4.2.2 围堰上部结构施工
施工过程中，承包商对围堰上部防渗和防冲结构进行了修改。其用黏土心墙代替了混凝土防渗墙。黏土取自右坝肩开挖土方，经试验防渗性能满足设计要求。另外，取消了对围堰下游坡的混凝土和干砌石防护。
由于施工中弃渣较多，承包商对上、下游围堰进行了加高和培厚。上游围堰由397.70m加高至400.00m高程，下游围堰也加高了2m，堰顶宽度均超过了10m。
大坝、电站及上下游围堰（含大坝金属结构、机电安装）为主体工程标，承包商于第二年8月进场，第二年11月，工程截流。第三年1月完成了上、下游围堰填筑工程，标志着该工程的导流工程已全部完成。
4 度汛
第二年汛期，导流洞过水泄流，河床过水，11月工程截流成功。
第三年7月，大坝浇筑至377.00m高程，没有达到河床高程393.00m，导流洞泄流，过水围堰过水。因业主改制，工程停工，9月底基坑淹没。10月3日，下泄流量超过1120m3/s。
第四年汛期，导流洞泄流，围堰过水，工程暂时停工。
第五年7月28日洪水来临，大坝浇筑至393.6m，不具备挡水条件，围堰过水，导流洞泄流，7月30日最大洪峰流量约1300m3/s。由于大坝已出河床高程，基坑淹没损失较小。
5 结语
导流工程为临时工程，但它是主体工程顺利实施的关键。承包商经监理工程师批准、业主同意进行了修改，将摆喷桩改为桩、摆结合，提高防渗墙整体性能，但钻孔和混凝土工程量增加，相应成本增大，工期延长，造成大坝不能按期达到度汛高程。
进行过水围堰加高，可能减少了基坑过水次数和相应的基坑淹没造成的损失，但过水围堰没有进行防冲防护，围堰过水造成了围堰本身的毁坏，同时围堰加高抬高了上游水位，围堰毁坏后容易造成其保护对象的损毁，由此造成的维修费用也比较高。