第九章施工导流与截流教案.docx
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第九章施工导流与截流教案
第九章 施工导流与截流
概述：
水工建筑物一般修建在河床上，为创造干地施工条件，必须解决施工期水流的控制问题。
1.水利工程施工的三个里程碑：
导流建筑物完建；拦洪蓄水；第一台机组发电。
2.导流：
避免河水对施工的不利影响，创干地施工条件，修
建围堰围护基坑，将河床中水流按预定方式加以控制，全部或部分导向下游。
３.导流的任务
（1）划分导流时段，确定导流标准和设计流量；
（2）选择导流方案及导流建筑物的型式；
（3）进行导流建筑物的布置、构造、尺寸拟定；
（4）进行导流建筑物的修建、拆除封堵等。
第一节 导流
一、导流的基本方法
（一）全段围堰法导流（河床外导流）
１.概念：
在河床主体工程的上、下游各修建一道拦河围堰，
使上游来水经过预先修建的临时或永久泄水建筑物下泄，主体工
1
3
程在排干的基坑中施工。
2.适用：
河床狭窄，基坑工作面不大、水深流急或覆盖层深厚难于修建纵向围堰的工程。
3.优点：
工作面大，可利用永久泄水建筑物导流，节约投资。
4.导流建筑物的型式
（１）隧洞导流
1）适用：
山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实。
2）缺点：
造价高，工期长，施工复杂，隧洞断面不可能很大，泄流能力有限（2000-2500m/s），所以，汛期一般须另寻出路。
3）优点：
与主体工程施工干扰小。
宜尽量与永久建筑物连接。
4）布置要求
a.避免洞线穿过断层、破碎带以及较大的冲沟，无法避免时应大交角穿过。
b.洞顶岩石厚度至少应大于洞径的2-3倍（保证隧洞结构稳定）。
2
0
0
3
0
c.洞线尽量为直线，如有弯曲，进出口直线段应大于10倍洞
径或洞宽，转弯半径应大于5倍洞径或洞宽，且转角宜大于60。
d.隧洞进出口与河道主流的交角不超30，同时进出口与上下游围堰之间应有适当距离，一般大于50m。
e.隧洞进出口高程应适当，尽量满足施工和运行的需要。
（２）明渠导流
1）适用：
岸坡平缓，有宽广滩地的平原河道。
尽量利用老河道或裁弯取直，可节约造价。
2）特点：
导流流量大（10000m/s），施工方便，利于机械化，利于通航和过木。
3）布置要求
a.水流畅通，泄水安全，施工方便，渠线短，开挖量小。
b.明渠进出口布置应平顺，水流方向与河道主流的交角不超
30，转弯半径应大于5倍渠底宽，同时进出口与上下游围堰之间应有适当距离，一般大于50m。
c.明渠水面到基坑水面之间的最短距离应大于2.5-3.0H，以减少向基坑渗漏。
（３）涵管导流
3
1）适用：
小流量河流或仅担负枯水期导流的土坝、堆石坝工程。
2）缺点：
涵管外壁和坝身防渗体之间易发生渗流。
应严格
该处回填质量，并每各一定距离设置截渗环。
注意接缝止水。
（４）渡槽导流
（二）分段围堰法导流（河床外导流或分期围堰）
１.概念：
用围堰将水工建筑物分期分段围护起来进行施工的
方法。
分段是指从空间上用围堰将拟建水工建筑物围成若干施工
段分别进行施工，分期是指从时间上将导流分成若干个时期。
一般采用两段两期导流法。
2.适用：
河道宽阔、流量大、河床覆盖层较薄，施工期较长，有通航要求工程。
3.优点：
导流费用一般较低，大中型工程广泛采用。
4.布置内容：
一期工程位置的选择，河床的束窄度，各期围堰的布置，导流底孔的布置（高程、数目、尺寸）
5.导流方法
前期一般由束窄的河床导流，后期一般可利用完建的泄水建筑物导流。
导流方法如下：
（１）束窄河床导流
4
（２）底孔导流
1）概念：
修建混凝土坝时，在坝内修建临时或永久底孔，让部分或全部导流流量通过底孔宣泄到下游。
2）优点：
挡水建筑物的上部施工不受干扰，利于坝体均匀、连续施工。
3）缺点：
增加钢材用量；封堵水头较高，安放闸门困难；
封堵不好，会降低坝体的整体性，易渗漏；导流期易被漂浮物堵塞。
４）封堵：
临时底孔，导流任务完成后应进行封堵。
封堵原则是由低孔堵起，以减少封堵是水压力。
（３）坝体缺口导流
1）概念：
在未建成的坝体上预留缺口宣泄洪峰流量，待洪峰过后，上游水位回落再修筑缺口。
2）优点：
不影响大坝施工，减小围堰高度。
3）适用：
河水暴涨暴落，其他建筑物不足泄洪。
（三）淹没基坑导流
1.适用：
河流水位、流量变幅大，含沙量较少，且被保护对象允许施工期过水（混凝土坝、堆石坝）。
2.优点：
减少导流建筑物的投资。
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二、围堰工程
（一）概述
１.围堰：
围堰是临时挡水建筑物，用来维护基坑，使建筑物
在干地施工。
导流任务完成后，对不能作为永久建筑物或妨碍永久建筑物运行的部分应予以拆除。
２.围堰的基本要求
（1）具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和强度。
（2）造价便宜、构造简单，方便施工、管理，便于拆除。
（3）围堰布置要求水流平顺，不发生严重局部冲刷。
（4）围堰的接头与岸边的联结要安全可靠，防止集中渗漏等破坏作用引起围堰失事。
３.围堰分类
（１）按材料：
土石、混凝土、钢板桩格、草土、木笼（２）按布置型式：
纵向、横向
（3）按时期：
一期、二期
（4）按淹没型式：
过水、不过水
（二）围堰的基本型式及特点
１.土石围堰（土围堰或土石围堰）
（１）优点：
构造简单、就地取材、施工方便、造价低廉、
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便于拆除，可以在流水中、深水中、基岩上或有覆盖层的河床上修建，所以是目前广泛采用的围堰型式。
（2）缺点：
抗冲能力差、底宽较大、所以一般用作横向围堰，工程量大、沉陷量大（0.8-1.5%）、堰顶一般不能过水。
（3）分类：
不过水围堰和过水围堰。
２.草土围堰
（1）施工方法：
（略）
（2）优点：
施工简单、速度快，就地取材、造价低，具有一定的抗冲、抗渗能力，拆除方便。
（3）缺点：
不能承受大水头，且柳草易腐。
（4）适用：
水深不超6m，流速不超3.5m/s，使用期限2年以内的软基河床。
（三）混凝土围堰
1.优点：
抗冲能力大、挡水水头高、底部小，堰顶可以溢流，围堰可以两面挡水。
2.缺点：
施工复杂，一般需在水下清基、浇筑混凝土。
3.适用：
水头高、岩基河床，一般多和永久建筑物连接。
（四）钢板桩格围堰
1908年，美国纽约布法罗黑石港船闸首先采用，在30年代
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得到推广。
1.概念：
由多块钢板桩通过锁口互相连接而成的格型整体。
一般筒径D=0.9-1.2H（水头）。
2.优点：
修建、拆除高度机械化，钢板桩回收率70%以上；边坡垂直，端面小，安全可靠。
3.缺点：
需用钢材量大，施工复杂，技术要求高。
4.适用：
有较深的覆盖层的河床。
挡水水头一般16-20m。
５.分类：
圆筒型格体、鼓型格体、花瓣型格体。
（三）围堰的拆除
１.队工程的影响
（1）一期横向围堰拆除不合要求，增加截流工作难度。
（2）下游拆除不干净，抬高尾水，影响水轮机利用水头。
２.土石围堰的拆除
（1）时间：
最后一次汛期过后，上游水位下降，即可拆除。
（2）拆除方法：
从被水坡开始分层拆除，但必须保持稳定，不能太快。
三、导流设计流量的确定
是设计导流建筑物的重要依据，他是按照导流时段根据导流
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标准确定的。
（一）导流标准
1.导流标准：
选择导流设计流量的标准。
在经济性与风险性中选择。
2.导流标准的选择
（１）重现期法：
首先根据临时建筑物的保护对象、失事后
果、使用年限和工程规模将其划分为Ⅲ～Ⅴ级，然后再根据导流
建筑物的类型和级别选定某一洪水重现期作为导流标准。
１）导流建筑物级别划分：
见下表
项
目
级
别
保护对象
失 事 后 果
使用年
限（年
围堰工程规模
堰高
（m）
库 容
（亿
m）
Ⅲ
有特殊要求的Ⅰ级永久建筑物
淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失
>3
>50
>1.0
Ⅳ
Ⅰ、Ⅱ级永久建筑物
淹没一般城镇、工矿企业、
或影响工程总工期及第一台（批）机组发电而造成较大
经济损失
1.5~3
15~50
0.1~1.0
Ⅴ
Ⅲ、Ⅳ级永久建筑物
淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小
<1.5
<15
<0.1
２）导流建筑物洪水标准划分：
见下表。
导流建筑物
类 型
导 流 建 筑 物 级 别
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
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洪水重现期（年）
土 石
50~20
20~10
10~5
混凝土
20~10
10~5
5~3
注：
a.列为Ⅲ级导流建筑物时，至少应有两项指标符合要求。
b.规模巨大且在国民经济中占有特殊地位的水利水电工程，
其导流建筑物的级别和设计洪水标准，经充分论证后报上级批准。
c.同一施工阶段，各导流建筑物的洪水标准必须相同，一般以主要挡水建筑物的洪水标准为准。
d.利用围堰挡水发电时，围堰级别可提高一级，但必须经过技术经济论证。
e.导流建筑物失事淹没重要厂矿、城镇等时，其结构设计级别可以提高一级，但设计洪水标准不相应提高。
例如：
三峡工程一期土石围堰Ⅳ级；二期上游土石围堰，被
专家喻为三峡工程的“荆江大堤”，提高二级，定为Ⅱ级，洪水
重现期为100年一遇，下游提高一级，定为Ⅲ级；三期上游碾压
混凝土高水围堰（工作水头115m，高程140m，蓄水位135m），由
于拦蓄库容147亿立方米，特别重要，提高三级，定为Ⅰ级临时建筑物，但洪水重现期为20年一遇。
（２）典型水文年法
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1）适用：
河道水文系列较长（大于等于20年），按实测典型年资料分析选用。
如葛洲坝工程。
2）枢纽所在河段上游建有水库，可考虑水库调节作用。
（二）导流时段的划分
１.导流时段
（１）导流程序：
在施工过程中的不同阶段，可以采用不同
类型和规模的挡水建筑物与泄水建筑物，这种不同不同导流方法组合的顺序，称导流程序。
（２）导流时段：
按照导流程序划分的各施工阶段的延续时间。
例：
三峡工程导流程序及导流时段的划分如下：
施工时间
导流程序
导流时段
1993.10~1997.11
原河床导流（束窄30%）
3.5年
1997.11~2002.11
大明渠导流
5年
2002.11~2009.5
已完建的底孔、深孔导流
6.5年
２.导流时段划分
（１）导流时段划分依据
河道水文特性、枢纽类型及布置、导流方式、施工总进度和
总工期等。
全年流量变化过程线所划分的水文时段是基本依据。
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（２）导流时段（围堰挡水时段或施工时段）的划分与导流设计流量的确定
１）基坑不过水
a.若主体建筑物能在一个枯水期内抢修到拦洪高程以上，则
导流时段可考虑为一个枯水期，相应的导流设计流量为该时段内导流标准对应的，根据洪水重现期推算出的最大流量。
b.若主体建筑物不能在一个枯水期修建到拦洪高程以上，则
导流时段可考虑为围堰全年挡水，这时导流设计流量为导流标准对应的，根据洪水重现期推算出的全年最大流量。
２）基坑过水
根据经济比较确定淹没次数和时间。
四、导流建筑物的水力计算
（一）纵向围堰位置和束窄河床段的水力计算
１.河床的束窄度考虑因素
（1）流速不得超过允许值：
如通航不超3m/s，围堰防冲等。
（2）各段主体工程量施工均衡。
（3）满足后期导流和截流要求。
（4）利用永久分水导墙作纵向围堰。
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（５）尽量利用河床中有利地形、地质条件。
如有小岛等可作纵向围堰或其基础。
２.水力计算计算
（１）河床的束窄度
K
A2
A1
100%
Ａ２：
围堰和基坑所占过水面积
（２）束窄河床的平均流速
Vc
Q（A1A2）
：
侧收缩系数，一侧收缩采用0.95，两侧收缩采用0.9（３）束窄河床段前水位壅高
Z
1
2
Vc
2g
V0
2g
：
流速系数，与围堰布置形式有关，围堰布置为矩形时取0.75-0.80，梯形取0.8-0.85，有导流墙时取0.85-0.9。
（二）泄水建筑物的水力计算（仅介绍隧洞导流）１.有压流进口底坎上水深Ｈ
H0h
p
V
2g
（1）（
V
CR
i）L
ｈｐ：
下游计算水深，自由出流取0.85D，淹没出流按实际
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水深计算，Ｄ为隧洞直径。
２.无压流隧洞水力计算
（１）急流
下游水位对上游隧洞进口水深不发生影响，所以上游水深可按非淹没宽顶堰公式计算：
H0（
Q
mb2g
）
2
3
隧洞进口处水面计算宽度b
k
h
k
，
k
为相应于临界水深时
的过水断面面积。
（２）缓流
有长洞和短洞之分，计算方法略。
（三）上下游围堰堰顶高程确定１.下游围堰堰顶高程
H
下
h
下
２.上游围堰堰顶高程
H上h上
：
围堰安全超高，过水围堰采用02-0.5m，不过水围堰采用0.7-1.0m。
五、影响导流方案选择的因素
14
3
导流方案是指不同导流时段所采用的不同导流方法的组合。
１.水文、气象
2.地形、地质与水文地质
3.枢纽形式及其布置
4.施工进度、施工方法及施工期河流的综合利用
第二节 截流
一、概述
（一）基本概念
1.截流：
在泄水建筑物完建后，抓住时机，迅速截断河流，迫使河水由导流建筑物下泄。
2.进占：
从河床一侧或两侧，在河流中填筑截流戗堤的工作。
3.龙口：
戗堤进占到一定程度，河床束窄到有较大流速的泄水缺口。
如葛洲坝截流龙口40m，最大流速可达7m/s。
4.裹头护底：
在龙口迎水面和底部设置防冲加固设施。
５.合龙：
封堵龙口的工作。
６.闭气：
合龙后在戗堤迎水面设置防渗设施，截断渗漏。
如：
斯大林格勒截流合龙后仍有480m/s的渗漏量。
（二）截流
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１.截流过程：
戗堤进占→龙口裹头、护底→合龙→闭气。
２.截流后及时加高培厚戗堤筑成围堰。
３.截流在技术性和施工组织上都具有相当的艰巨性和复杂性。
截流一旦失败将延误工期一年。
（三）截流日期和截流设计流量的确定
１.截流考虑因素
（1）截流前泄水建筑物必须完建。
（2）截流宜在停航期进行。
（3）冰冻期不宜截流。
宜堵塞河床和导流建筑物，壅高水位。
（4）截流应尽量提前，以便及早进行主体建筑物的施工。
截流后需修建围堰、基坑排水、开挖，然后才能进行主体建筑物的施工，任务十分繁重。
2.截流时间：
一般宜选择在枯水期初，也可根据预报及时调整。
3.截流设计流量：
按工程级别，一般选截流时期10-20%频率的旬、月平均流量。
二、截流的基本方法
（一）立堵法
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1.概念：
从龙口一端或两端向中间抛投截流材料进占，逐渐束窄龙口，直至截断水流。
2.截流机具：
自卸汽车、大功率推土机等。
3.优点：
准备简单，造价低，不需浮桥和栈桥，便于机械化施工。
4.缺点
（１）龙口单宽流量逐渐增大，需单个重量较大的截材。
（２）冲刷较大，一般均需护底。
（３）工作前线狭窄，抛投强度受到限制。
5.适用：
大流量，岩基或覆盖层较薄的河床。
若护底妥善，也可用于软基。
目前应用最多。
6.截流采取措施（举例说明）
（1）削减龙口流量。
在导流建筑物上游修建挑水坝或引渠。
小浪底导流洞前挖有引渠。
（2）减少龙口落差。
采用双戗堤或多戗堤进占，分担落差。
如伊太普四戗堤进占。
戗堤间距的确定很重要。
（3）提高抛投物的抗冲稳定性。
小流速可采用麻袋装土，流速较大可采用石笼、铅丝笼、混凝土四面体等。
（4）加强抛投强度。
采用大吨位自卸汽车、抛石船、宽戗
17
3
堤。
如三峡采用卡特777型自卸汽车，最大抛投强度达10万m/d。
（５）护底、裹头。
抛石、沉排等。
７.龙口位置和宽度
（１）龙口位置选择要求
1）龙口宜选在耐冲刷河床上，以减少截材流失，或戗堤塌方失事。
2）龙口周围有宽阔场地，便于制作、堆放截材和进行运输组织，以增加抛投强度。
3）龙口尽量设置在主槽，以利截流前通航。
注：
当龙口水深较大时，为缩短合龙持续时间，防止戗堤塌方，可先平抛，再立堵。
如葛洲坝、三峡、青铜峡。
（２）龙口宽度
１）对无通航要求河流，主要考虑戗堤预进占所用材料和合
龙工程量。
龙口宜尽量窄（根据进占材料抗冲流速，计算出相应
龙口宽度），以减少合龙工程量。
合龙是高强度施工，施工时间
不宜过长，一般为几十个小时。
如葛洲坝72h，三峡36h。
２）对通航河流，决定龙口宽度时应着重考虑通航要求。
（二）平堵法
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1.概念：
在龙口架设浮桥或栈桥，沿龙口全线均匀逐层抛填，直至高出水面。
2.优点
（1）单宽流量小，最大流速小且分布均匀。
（2）需材料重量小，工作线长，抛投强度大。
３.缺点：
碍航，需架设浮桥，投资大。
３.适用：
软基，无通航要求河流。
三、截流抛投材料
四、拦洪渡汛和封孔蓄水
是施工进度中两个控制性环节，关系工程成败能否如期受益。
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