水库工程施工导流方案优化设计变更探究
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[摘要]介绍了蒙山县壬山水库工程的施工导流方案优化设计变更内容。从施工工期、施工条件、对环境的影响和施工成本等方面，结合实际工程进度与环境条件，对枯水期分期导流方案和隧洞全年导流方案进行比选，推荐采用枯水期分期导流方案作为施工导流的优化设计变更方案。该方案能确保整体施工安全及满足进度要求，并具有节省投资和保护环境的优势。
[关键词]壬山水库；施工导流方案；枯水期分期导流；设计变更
1工程概况
壬山水库工程坝址位于梧州市蒙山县西河镇壬山村那卜坪壬山河上，是蒙山县城区第二供水水源和应急供水水源。该工程的建设对完善当地水利工程基础设施、提高当地区域水资源配置能力具有重要意义。壬山水库为小（1）型水库，Ⅳ等工程，正常蓄水位为265m，总库容699万m3，引水流量0.43m3/s。主要建筑物为按4级建筑物设计的挡水坝、溢流坝，设计洪水标准为30a一遇，校核洪水标准为200a一遇；其他临时建筑物设计级别为5级，如导流建筑物等，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017），其设计洪水标准采用5a一遇。
拦河坝导流时段选在枯水期12月至次年2月，该时段5a一遇的洪峰流量为50m3/s。坝址处河谷两岸属低山丘陵地貌，河谷呈“V”字型，且两岸地形基本对称，河床宽仅有8～10m；根据地形地质条件及枢纽布置方案，设计推荐采用隧洞导流、河床一次断流的导流方式。根据施工进度安排，大坝施工仅需度过1个汛期。为满足施工度汛要求，结合施工进度安排，考虑在溢流坝段预留缺口，汛期由坝体缺口、导流隧洞联合泄洪，结合上游单戗堤单向立堵方案和下闸蓄水方案进行后续工程施工。施工总工期定为19个月，其中导流工程施工进度计划为：第一年8月初进行隧洞进出口明挖，8月中旬开始从进出口两个工作面洞挖，临时支护施工应紧随开挖进行，至第一年11月中旬隧洞贯通；第一年11月初进行隧洞进出口段的混凝土衬砌施工，中旬开始填筑上、下游围堰，并在该月底完成导流工程施工。
3设计变更的必要性
初设阶段壬山水库施工导流时段为12月到次年2月，导流方式采用隧洞导流与河床一次断流的导流方式，汛期由坝体缺口、导流隧洞联合泄洪。但因征地及施工用电等未能及时解决，实际开工时间比原批复推迟1个多月。实际隧洞开挖从第一年9月中旬开始，如无特殊地质情况影响，正常隧洞施工完成时间已到第二年1月中旬。较初设阶段的隧洞施工导流时段12月至次年2月少了一半时间，无法在汛期到来前形成度汛断面，需要等下一个枯水期方能进行大坝混凝土的浇筑，工期延误至少10个月，已不能保证项目的顺利推进。为了尽量减少施工导流对项目工期的影响，需对壬山水库施工导流初步方案进行优化设计变更，以确保工程的整体施工安全及满足进度要求。
4施工导流设计变更方案
为了确保拦河坝施工进度在合同工期内完成，需对施工导流方案进行优化设计变更。主要变更内容包括两个方面：导流时段与导流方式的选择、后续坝体度汛洪水标准及度汛方式的选择。
4.1导流时段与导流方式
由于壬山河流域内的洪水均由暴雨形成且以单峰型洪水为主，最大洪水主要出现在7月份，具有典型的山区性河流特性。因此本工程导流时段应在保证工期的前提下尽可能选择枯水期，以达到节约导流施工成本的目的。大坝导流时段内施工的主体工程为混凝土重力坝，结合目前项目的实际施工进度安排，可采用的导流方案有枯水期分期导流和隧洞全年导流两种。结合实际工程条件，对两方案的优缺点进行比较分析（见表1）。由表1可知：①枯水期导流方案较全年导流方案节约导流费用404.04万元；②根据施工进度安排，隧洞开挖由于占用工期较长导致施工时间成本更高，而分期导流工期安排相对灵活。综合比较，本阶段导流方式设计变更推荐采用枯水期分期导流方案。
4.2坝体度汛洪水标准及度汛方式
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）及强制性条文（水利工程部分）规定，度汛洪水标准为10～20a一遇。考虑本工程大坝为规模较小的混凝土重力坝，故可采用10a一遇洪水作为坝体施工期临时度汛洪水标准，则相应洪峰流量为259m3/s，由工程实际施工进度安排，可知大坝施工需要度过第二年汛期。为满足施工度汛要求，结合施工进度安排，在施工期第二年汛期度汛时，需在左侧溢流坝段预留缺口18m、右侧溢流坝段预留缺口15m，由溢流坝坝体缺口与导流底孔联合泄洪。缺口底高程为216.00m，宽33m，经调洪计算，在10a一遇的洪峰流量为259m3/s时，坝前最高水位为218.81m，因此在汛期来临前左右岸重力坝段必须施工至219.31m高程以上。同时在汛期小流量且导流钢管满足导流要求时，可对溢流坝段缺口216.00m以上高程进行混凝土浇筑。缺口断面尺寸需满足36m×3.11m（宽×高），且两侧坝块浇筑高程不能较缺口高程大于12m，以确保大坝施工的安全度汛。
5设计变更的影响分析
施工导流方案的优化设计变更对整体工程具有直接影响，其中主要体现在拦河坝结构安全、项目施工组织设计、建设用地、环境和项目投资成本等4个方面。（1）拦河坝结构安全。原初设方案设计的导流隧洞从右坝肩下方穿过，距坝肩开挖面高差仅有15m左右，空间相对狭窄；且导流隧洞与右坝肩边坡同时开挖，需要进行爆破施工，容易造成边坡或隧洞塌方。初设方案施工过程存在较大的安全隐患，施工导流设计变更方案取消了右岸原初设方案设计的导流隧洞，有助于保证右坝肩边坡开挖安全和拦河坝的结构安全。坝体预埋导流钢管及导流钢管的封堵，对坝体的结构安全均无影响。因此，变更方案对拦河坝的结构安全是有利的。（2）项目施工组织设计。施工初设阶段采用隧洞导流、河床一次断流的导流方式，隧洞导流流量50m3/s，导流时段为12月到次年2月，在汛期由坝体缺口和导流隧洞联合泄洪。但从项目实际进度情况看，该导流方案可能导致项目工期延误10个月以上，已不能保证项目的顺利推进。导流方案变更后，施工方案更灵活，也能确保合同工期顺利完成项目施工。（3）建设征地、水土保持和环境。施工导流设计方案变更后，施工导流上下游的土石围堰占地区域设定在工程建设区征地范围中，不需要增加征地面积。且变更后施工导流具有规模较小、工期短、施工工艺简单、对周边环境的影响预测结果与原设计变化不大等优势。工程采用的施工区、施工人数及污染防治措施均没有发生变化，因此设计变更不涉及环境影响重大改变。（4）项目投资成本。壬山水库工程初步设计批复概算总投资为23567.58万元，其中导流部分投资479.78万元，施工导流方案设计变更后的总投资为287.60万元，导流部分的投资减少了192.18万元，降低了40%，相比工程初步设计批复概算总投资额减幅达到0.8%，减幅显著。
6结语
壬山水库工程的顺利建成对当地建立健全区域供水安全保障体系、促进当地经济社会可持续发展和全面建设小康社会具有十分重要的意义，选取适合的导流施工方案是保证工程能够如期完成的关键。本文结合壬山水库工程施工导流方案优化设计，从施工工期、施工环境条件和施工投资成本等方面，比选了枯水期分期导流和隧洞全年导流方案，结果表明：枯水期分期导流方案能保证工程进度、坝体结构安全和保护环境，能够显著节约成本。该方案优化设计可为相似工程提供参考。
作者:赖成联 单位:广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司