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（2000-2500m3/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）。

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600。

d.隧洞进出口与河道主流的交角不超300，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（10000m3/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300，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

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

（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。

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、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

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m3）

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

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

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。

（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。

（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

Ａ２：

围堰和基坑所占过水面积

（２）束窄河床的平均流速

（３）束窄河床段前水位壅高

：

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

ｈｐ：

下游计算水深，自由出流取0.85D，淹没出流按实际水深计算，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：

隧洞进口处水面计算宽度

，

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

２.上游围堰堰顶高程

：

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

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480m3/s的渗漏量。

（二）截流

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

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、宽戗堤。

如三峡采用卡特777型自卸汽车，最大抛投强度达10万m3/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

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。