施工導流是指,在修筑時為了使水工建筑物能保持在干地上施工,用圍堰來維護基坑,并將水流引向預定的泄水建筑物泄向下游,稱為施工導流。施工導流方法分為全段圍堰法和分段圍堰法。

一、導流作用

在水域(大多數指活水河道)內修建水利工程的過程中,為創造干地施工條件,前期用圍堰圍護基坑,將河道水流通過預定方式繞過施工場地導向下游的工程措施。施工導流是水利工程施工,特別是修建閘壩工程所特有的一項十分重要的工程措施。導流方案的選定,關系到整個工程施工的工期、質量、造價和安全渡汛,事先要做出周密的設計。

二、設計內容

主要包括:

1、掌握并分析河流的水文特性和工程地點的氣象、地形、地質等基本資料;

2、選定導流時段、設計標準、導流流量、導流方式及導流建筑物類型;

3、擬定導流建筑物的修建順序、拆除圍堰及封堵導流建筑物的施工方法;

4、制定攔洪渡汛和基坑排水措施;

5、確定施工期通航、過水、供水等綜合利用措施。施工導流措施受多方面因素的制約,一個完整的方案,需要通過技術經濟比較,必要時要做模型實驗,反復論證,然后定案。

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三、導流方式

按河床位置分為:河床外導流、河床內導流兩類。

河床外導流:用圍堰一次攔斷整個河床,讓河水通過河床外的導流泄水建筑物導向下游;

河床內導流:用圍堰先后分段圍護部分河床,河水通過被束窄的另一部分河床導走,即分期導流。

按泄水建筑物類型分為:明渠導流、隧洞導流,以及涵洞、壩體底孔、梳齒和缺口過流、涵管導流等導流方式。

涵洞導流一般用于中小型水閘、土石壩等工程。

底孔導流用于混凝土壩施工,水流全部或部分通過壩體內設置的臨時或永久泄水孔導向下游。

梳齒導流則是在混凝土壩施工時預留梳齒狀缺口過水,隨壩體升高,分級輪換封堵缺口。

涵管導流是一種利用涵管進行導流的施工方法,適用于導流量較小的河流或只用來擔負枯水期的的導流。一般在修筑土壩、堆石壩等工程中采用。由于涵管過多對壩身不利,且使大壩施工受到干擾,故此壩下埋管不宜過多,單管尺寸不宜過大,涵管在干地施工,易布置在河灘上,灘地高程在枯水位以上。

導流方式的選擇,一般須考慮:

①水文條件。河流流量大小、過程線特征、洪水和枯水情況、水位變幅、流冰等均直接影響方案選擇。如水位變幅大的河流,有時宜采用過水圍堰,圍堰擋水高度及導流泄水建筑物只考慮枯水期流量。

②地形條件。如河床寬闊,施工期有通航要求,可采用分期導流;如河道較窄,宜根據地形地質條件采用明渠或隧洞導流。

③有條件時,要盡量利用永久水工建筑物的泄水建筑物,結合進行施工導流。如導流洞可與泄洪洞結合,圍堰可與土石壩壩體結合。

④滿足施工期間的通航、過木、給水、灌溉等綜合利用要求。

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四、設計標準

根據工程施工進度及各個時期的泄水條件,施工導流可分為三個階段:①初期導流,即圍堰擋水階段,從河床截流開始到壩體修建到圍堰高程以上的時段。②中期導流,即壩體擋水階段。此時導流泄水建筑物尚未封堵,汛期由壩體擋水。隨著壩體升高,庫容加大,防洪能力也逐步增大。③后期導流,即從導流泄水建筑物封堵到大壩全面修到設計高程的時段,永久泄水建筑物已投入運行。

施工導流設計中,要選定導流時段,即在擋水圍堰工作延續時間內,是枯水期擋水還是全年擋水。應根據河流水文特性、主體工程施工特點及進度,合理劃分與選擇導流時段。導流設計應采用導流時段內設計頻率的最大流量和洪量。小型工程應爭取在一個枯水期建成,以簡化導流設施;大中型工程一般難以在一個枯水期建成,可考慮全年導流,導流設計流量則以全年一定頻率的洪水流量為準。當地材料壩壩體一般不允許過水,當壩體施工難以在汛期達到攔洪高程時,要按全年導流標準考慮圍堰高程和導流建筑物規模。混凝土壩通常允許過水,可按全年導流標準考慮,也可按枯水期導流考慮。當采用分月設計頻率的流量安排施工進度時,對河流水文特性需有充分論證,慎重對待。

導流設計標準即是對導流設計中所采用的設計流量頻率的規定。對不同的導流階段和不同的建筑物,規定的頻率也不相同。總的要求是;初期導流階段的洪水標準可低一些,中期和后期導流階段的洪水標準逐步提高。當要求工程提前發揮作用(如提前發電)時,相應的導流階段的防洪標準應高一些。對混凝土、漿砌石建筑,洪水標準低一些,對土石壩則要求的洪水標準較高。另一方面,導流設計標準也隨永久建筑物的級別不同而有所不同。

1全段圍堰法

定義

全段圍堰法,又稱一次攔斷法或河床外導流。主河道被全段圍堰一次攔斷,水流被導向旁側的泄水建筑物。

適用

多用于河床狹窄,基坑工作面不大,水深流急、覆蓋層較厚難于修建縱向圍堰,難于實現分期導流的工程。

類型

隧洞導流:適用于兩岸陡峻、山巖堅硬、風化層薄、河谷狹窄的山區河流或有永久性隧洞可供利用。

明渠導流:明渠導流適用于岸坡平緩或有寬闊灘地的平原河道。在山區河道上如河槽形狀明顯不對稱。

涵管導流:涵管導流多用于中小型土石壩工程,導流流量不超過1000/s。

渡槽導流:渡槽導流一般適用于小型工程的枯水期導流,導流流量不超過20~30/s,個別達100/s。

2分段圍堰

定義

分段圍堰法,又稱分期圍堰法 或河床內導流,分期就是將河床圍成若干個干地施工基坑,分段進行施工。分期就是從時間上將導流過程劃分成階段。分期是就時間而言,分段是就空間而言。工程實踐中,兩段兩期導流采用最多。

適用:

河床較寬,流量大,工程工期較長的情況,易滿足通航、過木、排冰等要求。

類型:

①束窄河床導流

②底孔導流

③缺口導流

④梳齒導流

⑤廠房導流

導流設計

在分析與施工導流相聯系的主客觀條件的基礎上,劃分導流時段,選定導流標準和導流設計流量,設計導流、截流方案,確定導流建筑物型式、構造、尺寸及布置,擬定導流建筑物修建、拆除、封堵的順序及施工方法,制定攔洪度汛和基坑排水方案、施工期河道綜合利用措施,以及擬定施工控制性進度計劃等。

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3導流時段

又稱擋水時段,是指水利工程施工整個過程中,依靠圍堰擋水進行導流的延續時間。河流按水文特性分為枯水期、中水期及洪水期。有X小型水利工程的圍堰,只需擋一個枯水期流量,所以圍堰低,工程量較小;大中型水利樞紐工程通常難以在一個枯水期修筑到攔洪高程,特別是土石壩不允許壩面溢流,導流時段就要按全年考慮。圍堰要擋洪水期流量,所以圍堰較高,工程量也較大。混凝土壩可以壩體溢流,洪水時允許淹沒基坑,可以采用過水圍堰。選定導流時段要仔細研究河道的水文特性,根據主體工程的特點和施工進度的要求,進行技術經濟比較。一般不宜把導流時段劃分過細,分月設計頻率的流量,只作為安排施工進度計劃時的參考,不宜作為導流設計的依據。

導流標準

確定導流設計流量所依據的洪水標準。導流設計流量是選擇導流方案、確定導流建筑物規模的主要依據。施工過程中河道流量經常變化,為使設計的導流流量盡可能符合施工期的實際流量,各國根據河流特性,建筑物特點,建設經驗和安全、經濟等因素,制定選擇導流標準。不同國家的導流標準,有的相差很大。不少國家從經濟與安全方面統一考慮,制定不同重要性導流建筑物應承擔不同的風險度(即某一非期望事件所發生的概率),供確定導流設計流量時參考。

4導流方案的選擇

一個完整的導流方案受多方面因素的制約,要進行技術經濟比較,反復論證后確定。這些因素主要有:

①水文條件。河流流量大小,流量過程線特征,水位變化幅度,洪水及枯水延續時問長短,冬季流冰及冰凍情況等,均是直接影響導流方案選擇的重要因素。例如,水位變幅很大的河流,有時需采用過水圍堰,允許基坑短期淹沒導流,冬季有流冰的河流,需充分考慮流冰宣泄問題。

②地形條件。施工地區的河床及兩岸地形,對導流方案有重大影響。例如,河道寬闊、施工期有通航要求,宜選用分期導流;河床狹窄、岸壁陡峻、河谷較深,宜選用隧洞導流。

③工程地質及水文地質條件。選擇施工導流方案時,對隧洞或明渠導流的經濟合理性,河床的可能束窄程度,圍堰的構造及修建方法,以及基坑排水的措施等,都要考慮工程地質和水文地質的條件。例如,深厚覆蓋層、透水性大的河床,要妥善解決圍堰地基的抗沖、防滲等問題,在滿足通航條件下,巖基河床分期導流時的束窄度允許大一些。

④水利樞紐布置及建筑物型式。施工導流需與樞紐布置結合考慮,并充分利用建筑物構造的特點。例如,泄洪、發電、放空孔等與臨時導流孔洞的結合,圍堰與度汛的結合。就壩體結構形式,混凝土壩采用分期導流的可能性較大。

⑤河流綜合利用。施工期間,為滿足通航、過木、給水、排水、灌溉等要求,使施工導流問題復雜化。例如,分期導流時,被束窄的河道要滿足通航的流速、坡降(縱坡、橫坡、局部坡降)、流態和水流銜接等的要求,有時還需設置臨時船閘;當封孔蓄水時,要注意下游通航水位以及灌溉、給水、水電站等正常用水的需要;為了漁業生產,要考慮過魚設施等。

⑥施工進度、施工方法及場地布置。選擇導流方案時,要全面考慮社會影響、施工設備及建筑材料供應和施工經驗等因素,在保證安全的前提下,力求簡化施工導流工程,降低費用,縮短工期。重要的施工導流工程,要進行必要的模型試驗或計算機模擬計算,并作充分的比較論證。