水利工程之施工导流与截流

?    一、 施工导流方法（导流方式）大体上分为：
?    两种基本方式：全段围堰法和分段围堰法
?    一种辅助方式：淹没基坑
?    一种特殊方式：滩地法

基本方法
?    一、全段围堰法导流：（一次拦断法或河床外导流）
?    1、特点：主河道被全段围堰一次拦断，水流被导向旁侧的泄水建筑物。
?    2、适用条件：河床狭窄，基坑工作面不大，水深，流急，和由于覆盖层较深难于候筑纵向围堰实现分期导流的地方。
?    3、按泄水建筑物的不同，又可分为：
?    隧洞导流、 明渠导流、 涵管导流、 渡槽导流
?    二、分段围堰法（分期围堰法，或河内导流） ——分期导流
?    1、用围堰将水工建筑物分段分期围护起来进行施工的方法。
?    分段：从空间上用围堰将拟建的水工建筑物圈围成若干施工段。
?    分期：从时间上将导流分为若干时期。
?    2、适用：流量很大的平原河道或沙谷较宽的山区河流上修建混凝土坝枢纽。
?    3、根据不同时期泄水道的特点：分期导流方式包括：束窄河床导流和通过已完建或未完建的永久建筑物导流（底孔、缺口）梳齿孔、厂房。
?    1）导流底孔：利用设置在砼坝体内的永久底孔或临时底孔为泄水道。
?    优点：挡水建筑物的施工可以不受干扰，有利于施工
?    缺点：使用钢材增加，坝体整体性受到影响
?    2）缺口导流： 当导流底孔的泄露水能力不够，致使围堰高度过大时，可在砼坝体上预留缺口，作为洪水期的临水泄水通道。

?    一、明渠导流方案的布置
?    优点：泄流量大，有利于通航，施工速度快
?    1、导流明渠布置
?    要求：保证水流通畅，泄水安全，施工方便，工程量最小
?    注意问题：
?    1）尽量利用地形
?    2）明渠轴线应顺直，以使渠内水流顺畅，平稳
?    3）注意渠内水面对基坑的渗透透问题及出口消能问题
?    4）考虑与永久明渠的结合（引水渠、尾水渠）
?    5）考虑明渠挖方的利用
?    6）考虑防冲及封堵问题
?    2、导流明渠断面设计： 断面大小，允许流速，衬砌方式（糙率n）
?    断面型式：梯形、矩形（窄深式、宽浅式）
?    二、隧洞导流方案
?    （一）平面布置：指隧洞路线选择，特别注意地质条件和水力条件
选择原则
?    1、应将隧洞布置在完整，新鲜的岩层中
?    2、利用坎坝附近的有利地形，尽量使隧洞布置在路线顺直
?    3、对在有压隧洞的转弯处，转弯半径应大于5倍洞宽，转折角≤60°对高流速无压隧洞应避免转弯
?    4、进出口与河床主流流向的交角不宜太大
?    5、同一岸双线隧洞岩壁厚应≥两倍洞径
?    6、进出口距上、下游围堰坡脚应有足够的距离
?    （二）进出水高程与断面型式
?    1、进口高程：枯水位以下1.0～1.5m
?    出口高程：齐平或略高于河床
?    进洞处顶部岩厚通常1～3倍洞径
?    2、底坡：有压隧洞i=1～3‰； 无压隧洞，取决于水力计算
?    3、断面型式：取决于地质条件及设计流态
?    城门洞形：岩性较好，通航的要求，底部过水面积大，施工方便
?    圆形：岩性较差，水头较高，内外压力均较大时采用
?    马蹄形：岩性差，垂直岩压力大，侧向山岩压力小时采用
?    （三）导流隧洞的水力计算
?    目的：确定上游壅水位与隧洞断面尺寸，估算遂洞的泄水能力
计算步骤
?    1、根据枢纽工程规模、效益和在国民经济中的重要性查出工程等级及临时建筑物级别来选定洪水标准→查水文资料（导流设计洪水标准）导流设计流量
?    2、根据导流设计流量，查水位流量关系曲线，设下游水位H下
?    3、初选洞型及衬砌方式，设出V允，假设隧洞的断面积，先取3个
?    4、按工式估算出上下游水位差。算出上游围堰工程量，经经济比较，选定隧洞断面积，型式。
?    5、选定隧洞的进出口型式，坡度，衬砌方式。
?    6、用试算的方式计算出上游壅水位与下泄流量关系曲线设出设计导流量所对应的上游壅水位，截流设计流量上游壅水位
?    三、分段围堰导流方案的布置与水力计算
?    1、分段施工程序：施工顺序，先围哪一岸？
?    考虑：交通、地质、地形条件、水力条件、使用要求
?    2、河床束窄程度：先围多少？——纵向围堰的位置
?    3、分段导流的水力计算： 确定上游水位的壅高及收缩段的流速。
?    四、导流底孔与缺口的布置
?    1、高程、位置、尺寸、数目的确定
?    2、考虑因素：导流、封堵、施工、安全等方面

?    一、导流设计标准的选择方法
?    1、重现期法
?    2、典型水文年法
?    导流设计洪水标准的确定，实际上就是要在经济性与新卓越风险峰大小之间加以抉择
?    二、导流时段的划分：实质是解决在施工阶段逐年来水的下泄方式。
?    1、导流程序：在工程施工过程中的不同阶段，可以导用不同类型和规模的挡水建筑物与泄水建筑物的这些不同导流方法组合的顺序。
?    2、导流时段：按导流程序划分的各施工阶段的延续时间——挡水时段、施工时段。
?    3、导流时原划分考虑因素：河道水文特征，枢纽类型、导流方式、施工总进度及工期等。
?    划分导流时段的基本依据是从施工角度对全年流量变化过程线所划分的水文时段。

?    导流方案：不同导流时段所采用的不同导流方法的组合
一、影响导流方案的因素
?    1、水文气象：
?    河谷宽、流量大、施工期长、有通航要求——分段围堰导流。
?    河道窄、流量小、无通航要求——全段围堰导流。
?    2、地形：河谷形状系数：K——针对混凝土坝
?    K<4.0，α<5500m3/s——隧洞导流
?    K=4.0～6.5——结合其它因素分析
?    K=6.5，α>5500 m3/s，分期导流
?    3、地质与水文地质：岩石性质、地下水埋藏状况。
?    4、水工建筑物的结构特征和枢纽布置：
?    土坝、土石坝、堆石坝：不用过水围堰。
?    高土石坝：不用分段导流方案。
?    砼坝：分段导流。
?    5、施工进度、施工方法及施工场地布置
?    6、河流的综合利用：通航、发电、灌溉、渠道供水、及渔业

?    1、围堰——临时性水工建筑物。
?    2、作用——围护河床中基坑、保证水工建筑物施工在干地上进行。
?    3、特点：1、工期短2、水下施工，质量不易保证3、需拆除。
?    一、类型
?    1、按材料分：土石围堰、砼围堰、钢板桩格型围堰、木笼围堰、草土围堰。
?    2、按与水流的相对位置分：横向围堰、纵向围堰。
?    3、按导流期间基坑是否允许淹没（过水）水分：过水围堰、不过水围堰。
?    4、按施工期划分：一期围堰、二期围堰等组合方式对围堰命名。
?    二、围堰的平面布置：外形轮廓、堰内空间。
?    1、要求：1）围堰与水流的作用即不影响泄流能力又不能对围堰产生过大冲刷。
?    2）不影响基坑开挖和主体建筑物施工。
?    分段围堰——上下游围堰一般不与河床中心线垂直——使水流顺畅。
?    全段围堰——围堰与主河道垂直——减少工程量
?    2、堰顶高程的确定
?    横向围堰堰顶高程：H=h+hw+g
?    H——上游或下游围堰的顶部高程
?    h——围堰挡水的静水位
?    hw——波浪高度
?    g——围堰的安全超高
二、围堰型式的选择
?    1、土石围堰：与土石坝相似。
?    就地取材、机械化施工、拆除方便。
?    1）材料：
?    堰壳：各类石碴、砂卵石
?    防渗体：粘土、土壤、风化砂
?    反滤料：砂卵石或砾石，用粒径略加控制的1～2层，砂砾、石混合料做过滤带
?    2）断面型式：
?    斜墙式：防滤体与堰壳施工干扰小。
?    心墙式：水下施工特点——土料固结慢、抗剪强度低。
?    3）围堰拆除：不能用过大块石、砼大块体、钻丝笼等材料填筑——影响后期截流及水库运行。
?    2、砼围堰
?    1）抗冲及抗渗透能力强、断面尺寸小，易于和永久砼建筑物相连接，必要时允许过水。
?    2）型式：拱型、半圆形、圆筒型、重力式（纵向围堰）。

?    1、截流：拦截河水、使水流经泄水建筑物下泄。
?    2、截流过程：进占、护底及裹头、合龙、闭气。
?    进占：在河床的一侧面或两侧面向河床抛填截流流材料、束窄河床。
?    护底及裹头：对河床及龙口戗堤端部进行防冲加固。
?    合龙：封堵龙口，使戗堤合龙。
?    闭气：在戗堤迎水面设置防渗设施。
一、截流的方式
?    1、立堵法截流：将截流材料从龙口一端向另一端或两端向中间抛投进占，逐渐束窄龙口直到全部拦断。
?    特点：水力条件不利（合龙过程中所出现的最大流速比平堵大）所需截流材料粒径大，易造成对河床冲刷，对河床护底要求高，准备工作简单，造价低。
?    适用：（1）岩基或覆盖层较薄的岩基河床。
?    （2）河床采用适当的护底措施。
?    2、平堵法截流：沾龙口全线均匀地逐层抛投截流材料，直至抛石堆体高出水面将河道水流截断为止。
?    特点：单宽流量小，流速小，抛投材料粒径及重量小，戗堤工程量小，抛投强度大，施工速度快，对龙口护底要求不高，费用昂贵，技术复杂。
?    适用：平原软基河流。
?    3、其它截流方式
?    （1）爆破截流、定向爆破截流：岩石坚硬，岸坡陡峻。爆破砼预制体截流。
?    （2）下闸截流——人工泄水道。
?    （3）浮运沉箱或沉船法截流——海口工程。
二、截流日期及设计流量
?    1、截流时间的选定。
?    1）截流年份：根据枢纽工程施工控制性进度计划或总进度计划决定。
?    2）截流时段：
?    A、全面考虑河道水文特性和截流前后应完成的各项控制性工程要求，合理使用枯水期的前提下尽可能在流量较小时截流。
?    B、兼顾通航、灌溉、供水、过木要求，尽量使截流对河道综合利用的影响最小。
?    C、有冰情的河道，不宜在流冰期进行截流，以避免截流和闭气工作的复杂化或失败。
?    2、截流设计流量的确定
?    方法：频率法（重现期法）即在根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值（旬平均，或月平均流量）作为设计流量。
?    对大型工程截流：通常以选取一个流量为主，并考虑较大，较小流量出现的可能性，用几个流量进行截流计算和模型试验研究。
三、龙口位置与宽度选择
?    1、位置：地质、地形条件及水力条件。
?    A、地质条件：河床抗冲能力强的地方。
?    B、地形条件：没有顺流向陡坡和深坑，底部基岩面粗糙，参差不齐的地方，龙口周围有宽阔的场地。
?    C、水力条件：设置在正对主流处——通航
?    2、宽度
?    A、有通般要求——着重考虑通航要求。
?    B、根据水力计算，对龙口底部和两侧裹头部位的冲刷影响。
?    C、合龙施工强度高，工程量不宜太大。
四、截流抛投材料
?    种类：容重大，抗冲能力强、石块、砼块。
?    尺寸：通过水力计算及工程拥有的起重运输设备能力确定。
?    数量：备料量为设计用量的1.3～1.5倍。

?    中后期施工导流中的重要问题——临时围堰失效，坎体、拦洪度汛。
一、坝体拦洪标准
?    1、枯水期：由围堰挡水。
?    汛期：坝体拦洪。
?    2、根据坎型和坝体升高后的拦洪库容确定拦洪标准，通过调洪演算计算拦洪水位，考虑安全超高，确定坝体临时拦洪高程。
二、度汛措施
?    1、砼坝、浆砌石坝：预留底孔、缺口
?    2、土石坝：
?    1）抢筑坝体临时度汛断面。
?    2、采取临时防冲措施用未完建的土石坝溢洪。
三、封孔蓄水
?    根据发电日期和发电最低水位、按保证率来水量进行蓄水历时计算反推最迟封堵日期。
四、封堵技术
?    1、封堵设计流量：封堵期5～10年一遇的月或旬平均流量，或按实测水文统计资料分析确定。
?    2、封堵方式：
?    1）下闸封孔：隧洞、涵谷，底孔等。
?    2）浇底砼塞